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雷电预警系统技术规程 T/CECS 688-2020
中国工程建设标准化协会标准
雷电预警系统技术规程
Technical specification for lightning warning system
T/CECS688-2020
主编单位：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司
批准单位：中 国 工 程 建 设 标 准 化 协 会
施行日期：2 0 2 0 年 1 0 月 1 日
中国工程建设标准化协会公告
第589号
关于发布《雷电预警系统技术规程》的公告
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2017年第一批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2017]014号)的要求，由国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司等单位编制的《雷电预警系统技术规程》，经协会雷电防护专业委员会组织审查，现批准发布，编号为T/CECS 688-2020，自2020年10月1日起施行。
中国工程建设标准化协会
二O二O年四月二十五日
前言
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2017年第一批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2017]014号)的要求，规程编制组经过深入调查研究，认真总结实践经验，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。
本规程共分为6章和1个附录。主要技术内容包括：总则、术语、设计、设备选型、施工与安装、维护与评估等。
请注意本规程的某些内容可能直接或间接涉及专利，本规程的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本规程由中国工程建设标准化协会雷电防护专业委员会归口管理，由国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司负责具体技术内容的解释。本规程在执行过程中如有需要修改或补充之处，请将有关资料和建议寄送解释单位(地址：湖北省武汉市洪山区珞喻路143号，邮编：430074)，以供修订时参考。
主编单位：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司
参编单位：四川中光防雷科技股份有限公司
国网浙江省电力有限公司
中国科学院空天信息创新研究院
国网陕西省电力公司
国网湖北省电力有限公司
国网上海市电力公司
国网江苏省电力有限公司
湖北省防雷中心
国网北京市电力公司电力科学研究院
国网安徽省电力有限公司
国网湖南省电力有限公司
国网重庆市电力公司
国网江西省电力有限公司
主要起草人：谷山强 王剑 郭钧天 冯万兴 孟刚 杨国华 方玉河 李健 姜文东 彭春荣 彭波 纪航 刘洋 谭磊 严波 王海跃 张午阳 张宇 蒲路 王学良 姚尧 吴大伟 陈明 赵淳 王海涛 姜志博 王钊 陶汉涛 许远根 张磊 曾瑜 陶铃宏 赵倩 陈秀敏 叶宽 岳一石 邓帮飞 周象贤
主要审查人：张勤 何俊佳 涂长庚 张小青 周文俊 高成 蔡汉生 王钢 魏凤
1 总则
1.0.1 为规范雷电预警系统的技术要求，做到安全可靠、技术先进、质量优良，制定本规程。
1.0.2 本规程适用于雷电预警系统的设计、设备选型、施工与安装、维护与评估。
1.0.3 雷电预警系统的设计、选型、施工及维护除应执行本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语
2.0.1 地闪 cloud-to-ground lightning
雷暴云与大地之间的放电现象。
2.0.2 警报 alarm
目标或目标周边区域可能遭受雷暴及其伴随闪电活动影响的报警信息。
2.0.3 雷电相关事件 lightning related event(LRE)
目标或目标周边地区遭受雷击的事件。
2.0.4 雷电预警系统 lightning warning system
监测目标区域内的雷暴活动，并能对该区域未来时段雷电发生情况进行预警的系统。
2.0.5 雷电预警传感站 lightning warning sensor station
用于监测雷电预警特征参量的设备总称，包括雷电探测站、大气电场仪、多普勒雷达、卫星信号接收器等。
2.0.6 雷电预警中心站 lightning warning central station
雷电预警系统的数据处理及系统控制中心，负责雷电预警传感站的数据接收、预警计算、信息存储、应用支持以及各单元之间的管理控制，由前置采集子系统、预警计算子系统、数据服务子系统和应用服务子系统等组成。
2.0.7 雷电预警应用终端 lightning warning application terminal
将雷电预警信息与关注目标、地理信息融合展示的终端，可通过浏览器服务器、客户端/服务器等方式进行部署发布，面向终端用户提供雷电预警功能应用，并提供预警信息主动推送服务和对外接口交互服务。
2.0.8 探测效率 detection efficiency(DE)
探测到的地闪占实际发生的地闪总数的百分比。
2.0.9 中值定位精度 median location accuracy(MLA)
实际雷击位置与雷电定位系统确定的雷击位置之间距离的中值。
2.0.10 覆盖区域 coverage area(CA)
预警系统具有有效探测效率或精度的区域。
2.0.11 目标区域 target area(TA)
需要进行预警的地理区域。
2.0.12 监测区域 monitoring area(MA)
能监测到雷电活动并能对目标区域进行有效预警的地理区域。
2.0.13 周边区域 surrounding area(SA)
环绕并包围目标区域、且存在雷电相关事件引发潜在危险的地理区域。
2.0.14 提前时间 lead time(LT)
警报开始与目标区域首次发生雷电相关事件的时间间隔。
2.0.15 驻留时间 dwell time(DT)
不再符合所有预警条件后，警报持续的时间。
2.0.16 有效警报 effective alarm(EA)
在预警持续阶段，目标周边区域内有雷电相关事件发生的警报。
2.0.17 漏报 failure to warn(FTW)
目标周边区域发生了雷电相关事件，但并未发出警报。
2.0.18 漏报率 failure to warn ratio(FTWR)
漏报次数和影响周边区域雷电相关事件总数的比率。
2.0.19 虚报 false alarm(FA)
系统发出警报，但目标及其周边区域并未发生雷电相关事件。
2.0.20 虚报率 false alarm ratio(FAR)
虚报占所有警报数的比率。
3 设计
3.1 雷电预警系统组成与功能
3.1.1 雷电预警系统宜由雷电预警传感站、雷电预警中心站、雷电预警应用终端三部分组成(图3.1.1)。
3.1.2 雷电预警传感站应配备下列一种或多种设备：
1 雷电探测站；
2 大气电场仪；
3 多普勒雷达；
4 卫星信号接收器。
3.1.3 雷电预警中心站应配置可支持雷电预警传感站通信、接收、存储、计算与应用发布的硬件和软件。
3.1.4 雷电预警应用终端应具备提供数据展示、信息查询、预警信息自动推送的功能。
3.2 雷电预警传感站布点与选址
3.2.1 雷电预警传感站的站址，应具备通信和供电条件，并宜避开电磁干扰源。
3.2.2 雷电探测站的布点与选址应符合下列规定：
1 相邻三个探测站站址的几何分布宜为锐角三角形；
2 在监测区域和目标区域应根据模拟计算结果按照探测效率不小于90％、中值定位精度不大于0.5km的原则布置探测站；
3 在监测区域探测站数量宜按N+1原则设置；
4 站址应避开周围建筑物或其他遮挡物，遮挡物与探测站的距离宜大于两者高度差的30倍。
3.2.3 大气电场仪的布点与选址应符合下列规定：
1 布点应选择在目标区域内；
2 宜根据目标区域特点选择单站布点、多站环形布点和多站带状布点；
3 传感站在山区布置时的间距宜小于15km，在平原地区布置时的间距宜小于20km；
4 在目标区域传感站数量宜按N+1原则设置；
5 站址应避开周围建筑物或其他遮挡物，遮挡物与传感站的距离宜大于两者高度差的3倍。
3.2.4 多普勒雷达的布点与选址应符合下列规定：
1 选址应符合现行国家标准《天气雷达选址规定》GB/T 37411的有关规定；
2 所选站址与关注目标的直线距离宜小于100km；
3 所选站址应对关注区域有效覆盖，并宜避开落雷密集区。
3.2.5 卫星信号接收器的选址应符合下列规定：
1 天线指向卫星的方向应避开障碍物遮挡；
2 天线基座承重面应能承受自重、天线最大风负荷以及天线基座重量。
3.3 雷电预警传感站功能
3.3.1 雷电探测站应具备下列基本功能：
1 自动识别、采集地闪信号，提取和实时传送时间、强度、方向等地闪信号特征数据；
2 定时发送自检状态、工作温度、触发阈值等运行状态信息；
3 按照指令要求发送或修改触发阈值、存储模式、通信模式等设备参数；
4 自动校准系统时钟；
5 自动定时自检，并支持远程测试；
6 支持与选址站点通信接入条件相匹配的通信方式，包括光纤、无线网或卫星等。
3.3.2 大气电场仪应具备下列基本功能：
1 连续测量地面大气电场的强度和极性；
2 定时发送工作温度、探头转速和通信状态等运行状态信息；
3 具备卫星定位授时功能，自动同步系统时钟；
4 支持与选址站点通信接入条件相匹配的通信方式，包括光纤、无线网等。
3.3.3 多普勒雷达应具备下列基本功能：
1 按照用户设置的工作模式自动、定时的执行扫描；
2 实时提供回波强度、径向速度和速度谱宽等信息；
3 自动生成强对流天气相关数据产品、预报和探测产品；
4 具备在线自检测功能；
5 具备复位后自动初始化功能。
3.3.4 卫星信号接收器应具备下列基本功能：
1 自动接收卫星云图数据，并可实时显示最新卫星云图信息；
2 生成反映云的亮度、温度状况参量；
3 获取图像上任意点的地理位置；
4 提取任意位置点的云顶温度值；
5 显示云顶高度；
6 支持JPG、BMP、GIF、PNG等多种常用图像文件格式；
7 图像放大、缩小和漫游显示；
8 历史资料滚动管理；
9 掉电恢复和自动重启。
3.4 雷电预警中心站功能
3.4.1 雷电预警中心站应包括前置采集子系统、预警计算子系统、数据服务子系统和应用服务子系统，以及服务器、存储设备、网络资源等硬件设施。
3.4.2 前置采集子系统应能与雷电预警传感站进行通信连接，实时采集、转发、存储雷电预警监测数据，并应具备对雷电预警传感站远程监控的功能。
3.4.3 预警计算子系统应具备实时对雷电预警监测数据进行汇聚、统计，并基于雷电预警算法开展分析、计算的功能。
3.4.4 数据服务子系统应配备专业数据库软件，具备雷电预警监测、分析计算结果、预警预报信息、用户应用信息等数据的统一存储功能，并应提供实时、历史各类数据的数据查询或定制化接口服务。
3.4.5 应用服务子系统应具备雷电预警信息查询、推送等后台应用发布功能，宜支持多用户同时访问与用户权限控制等。
3.5 雷电预警应用终端功能
3.5.1 雷电预警应用终端软件应具备下列展示功能：
1 展示雷电预警传感站网络通断、工作状态等监控信息；
2 展示雷电预警传感站雷电电磁波、大气电场、雷达回波、卫星云图等原始数据；
3 展示雷电预警中心站子系统软件的服务状态；
4 展示历史和实时的雷电地闪、大气电场、卫星云图、雷达回波等雷电预警特征参量的监测情况；
5 展示历史、实时和未来一段时间内的雷电活动特征，包括雷电活动的运动轨迹、强度、数量等。
3.5.2 雷电预警应用终端软件应具备下列应用功能：
1 用户关注目标区域配置；
2 根据目标区域主动推送定制化的雷电预警信息；
3 雷电预警信息查询。
3.5.3 雷电预警应用终端应支持浏览器/服务器、客户端/服务器、专线式等应用结构。
3.5.4 雷电预警应用终端应支持雷电预警信息和报表的导入和导出功能。
3.5.5 雷电预警应用终端与雷电预警中心站之间的数据通信方式应满足应用单位信息通信系统安全防护的要求。
3.6 雷电预警过程
3.6.1 雷电预警启动的条件应依据雷电预警系统自身的特性以及在监测区域内的性能确定，应包括下列一种或多种条件：
1 监测区域内发生了雷电相关事件；
2 地面大气电场强度达到阈值，且电场极性出现变化；
3 通过卫星或雷达识别的雷雨云运动靠近目标区域。
3.6.2 雷电预警过程(图3.6.2)应包括下列阶段：
1 预警启动阶段：实时判断雷电预警传感站在监测区域内监测的信息是否满足预警启动条件，若满足则触发预警程序，若不满足则继续判断；
2 预警持续阶段：预警程序触发后，依据雷电预警传感站监测信息对目标区域进行雷电风险评估与等级划分，并定时计算更新，当预警等级持平或增大时，持续发出预警警报；
3 预警结束阶段：雷电预警启动后，当预警条件不再满足时，并不立即结束警报，而是在驻留时间内保持警报，驻留时间依据雷电预警应用需求设置，若在驻留时间内仍未触发任何预警则结束预警。
4 设备选型
4.1 雷电预警传感站
4.1.1 雷电预警传感站应能在下列环境条件正常使用：
1 环境温度：-40℃～50℃；
2 相对湿度：15％RH～90％RH。
4.1.2 雷电探测站的性能指标应符合下列规定：
1 回击信号识别分辨率应小于2ms；
2 方向角测量精度不应大于1°；
3 时间标定精度不应大于0.2μs；
4 平均无故障工作时间不宜小于10000h；
5 数据传输速率不宜低于9600bps；
6 功耗不宜大于30W；
7 有效探测半径不宜小于200km；
8 时间同步系统秒脉冲精度典型值不宜大于50ns；
9 探测带宽应至少覆盖1kHz～350kHz频段。
4.1.3 大气电场仪的性能指标应符合下列规定：
1 量程宜为-100kV/m～100kV/m；
2 探测半径不宜小于15km；
3 测量误差不宜大于5％；
4 分辨率不宜大于15V/m；
5 数据传输速率不宜小于9600bps；
6 卫星定位同步时钟精度不宜大于0.1μs。
4.1.4 多普勒雷达的性能指标应符合下列规定：
1 设备技术要求应符合现行国家标准《天气雷达通用技术条件》GB/T 12648的有关规定；
2 回波强度测量距离不宜小于120km；
3 径向速度测量距离不宜小于100km；
4 谱宽测量距离不宜小于100km；
5 距离定位误差不应大于100m。
4.1.5 卫星信号接收器的性能指标应符合下列规定：
1 数据接收成功率不应小于90％；
2 有效数据不应小于90％；
3 图像分辨率不宜低于1280×1024×8位；
4 平均无故障工作时间不应少于7200h。
4.2 雷电预警中心站
4.2.1 雷电预警中心站的硬件配置应符合下列规定：
1 雷电预警中心站的硬件设备应符合现行国家标准《计算机通用规范 第1部分：台式微型计算机》GB/T 9813.1的有关规定；
2 雷电预警中心站的硬件宜采用功能分散模式，独立配置前置采集服务器、预警计算服务器、数据库服务器、应用服务器；
3 系统前置采集服务器、预警计算服务器、数据库服务器、应用服务器等关键硬件宜冗余配置。
4.2.2 雷电预警中心站的软件配置应符合下列规定：
1 中心站软件宜采用跨平台架构设计和主流技术进行软件开发；
2 中心站软件应由操作系统、数据库等系统软件和前置采集软件、预警计算软件、信息展示软件等应用软件组成，宜配置系统所在单位要求的安全防护措施；
3 服务器操作系统宜采用UNIX、LINUX等安全操作系统，数据库宜采用跨平台数据库，应具备完善的雷电监测参量数据库、观测目标数据库以及预警结果数据库；
4 前置采集软件应具备传感站数据采集、传感站运行状态监控功能；预警计算软件应具备实时数据计算、历史数据重算功能；信息展示软件应具备雷电移动趋势动画演示、预警信息发布与主动推送等应用功能。
4.3 雷电预警应用终端
4.3.1 覆盖区域内雷电预警应用终端的技术指标应符合下列规定：
1 雷电预警的提前时间不宜小于30min，提前时间应能按用户要求进行设定。
2 漏报率不宜大于20％；
3 虚报率不宜大于30％。
4.3.2 雷电预警应用终端应能设置目标区域(TA)、监测区域(MA)、覆盖区域(CA)，当目标区域内产生雷电威胁时应发出预警，雷电预警区域设定方法应符合本规程附录A的规定。
4.3.3 雷电预警信息内容应包括预警发布时间、预警提前时间、目标名称、预警等级、预警阶段。
5 施工与安装
5.1 雷电预警传感站施工与安装
5.1.1 雷电探测站与大气电场仪的施工与安装应符合下列规定：
1 设备主体宜固定在水泥基座或其他可固定支撑的支架上；
2 水泥基座或支架应可靠接地，冲击接地电阻宜小于10Ω；
3 设备及连接的电缆应配置防雷保护设施；
4 弱电设备应安装在防晒、防潮和防尘的机房内；
5 暴露在室外或箱体外的电缆宜设置防止外力破坏的保护装置，电缆连接部分应进行防水处理。
5.1.2 多普勒雷达的施工与安装应符合下列规定：
1 雷达安装平面应具备足够的面积，直径不宜小于5m；
2 安装基础宜采用钢筋混凝土结构，宜与安装平面浇筑成为一个整体；
3 安装基础高度不应遮挡雷达探测；
4 雷达应固定在安装基础上，天线底座应保持水平；
5 雷达防雷应符合现行行业标准《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX/T 2的有关规定；
6 雷达安装完成后应确保方位，俯仰转动应无明显的阻滞、打滑等情况；
7 雷达安装、调试完成并验证无误后宜安装防护装置和屏蔽装置，并应确保连接可靠、密封完好。
5.1.3 卫星信号接收器的施工与安装应符合下列规定：
1 安装基础宜采用钢筋混凝土结构；
2 室内设备应采取防潮、防尘、防噪声、防静电措施；
3 室外设备应具备防风、防雨、防雷、防电磁干扰功能；
4 从接收机到天线下面的高频放大器之间应连接信号电缆，并应以最短的布线方式进行连接；
5 卫星信号接收器应装设雷电保护装置，冲击接地电阻宜小于10Ω。
5.2 雷电预警中心站安装
5.2.1 雷电预警中心站硬件安装应符合现行国家标准《数据中心设计规范》GB 50174和《计算机场地通用规范》GB/T 2887的有关规定。
5.2.2 雷电预警中心站软件安装应通过功能、性能和安全测试，并应在测试环境稳定运行5天后方可正式上线运行。
6 维护与评估
6.1 维护
6.1.1 雷电预警传感站的维护应包括下列内容：
1 当中心站无法正常接收传感站的数据时，应立即检查传感站运行状态以及传感站与中心站之间的通信情况；
2 对于新建或移动传感站，应立即更新网络IP和卫星定位信息；
3 对采用无线方式传输的传感站设备应每月检查一次无线通信卡通信流量余额，通信流量不足时应予以补充。
6.1.2 雷电预警中心站及应用终端的维护应包括下列内容：
1 宜每天检查并确认中心站各个硬件设备及软件接口处于正常运行状态；
2 当预警应用需求发生变化时，应立即对目标数据进行新增或修改；
3 对雷电预警结果数据宜每周进行一次备份；
4 当系统配置和软件存在漏洞时，应立即开展缺陷消除工作。
6.2 评估
6.2.1 评估系统的预警效果时，宜引入包围目标区域的周边区域(图6.2.1)。
6.2.2 对雷电预警系统运行效果的检验，宜通过计算预警虚报率、漏报率等性能指标来实现，并应符合下列规定：
1 预警虚报率(FAR)应按下式计算：
2 漏报率(FTWR)应按下式计算：
式中：NEA——有效警报(EA)的次数；
NFA——虚报(FA)的次数；
NFTW——漏报(FTW)的次数。
附录A 雷电预警区域设定方法
A.0.1 目标区域(TA)可设置成单一的点[图A.0.1(a)]，面状区域[图A.0.1(b)]，以及相连接的点、线及附近区域[图A.0.1(c)]。
A.0.2 监测区域(MA)的大小及形状应根据雷电预警系统的传感站类型和性能、目标区域(TA)的形状、预警系统目的及性能进行调整。
A.0.3 覆盖区域(CA)宜覆盖监测区域(MA)(图A.0.3)。当未能完全覆盖时，应扩充使用多个雷电预警传感站。
本规程用词说明
本规程用词说明
1 为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
1)表示很严格，非这样做不可的：
正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；
2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：
正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
引用标准名录
《数据中心设计规范》GB 50174
《计算机场地通用规范》GB/T 2887
《计算机通用规范 第1部分：台式微型计算机》GB/T 9813.1
《天气雷达通用技术条件》GB/T 12648
《天气雷达选址规定》GB/T 37411
《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX/T 2
条文说明
中国工程建设标准化协会标准
雷电预警系统技术规程
T/CECS688-2020
条文说明
3 设计
3.2 雷电预警传感站布点与选址
3.2.2、3.2.3 雷电探测站通常按以下原则布点：相邻三个探测站站址的几何分布建议为锐角三角形，最好为正三角形。
为保障系统稳定有效运行，通常在布站组网的时候采用冗余配置，这样当组网中存在某个站故障时，仍能够保证整个系统运行效率不存在影响，因此布站时通常按N+1原则设置。
3.5 雷电预警应用终端功能
3.5.1 雷电预警应用终端展示历史和实时大气电场、地闪、卫星云图、雷达回波等雷电预警特征参量的监测情况，由于历史数据很大，一般系统默认保存近1年的历史数据；这些监测数据不能直接与是否发出雷电预警相关，一般仅展示给专业雷电预警研究人员和系统运维人员。
3.6 雷电预警过程
3.6.2 在预警持续阶段，雷电预警等级一般可依据被保护对象的雷击灾害程度划分为3个等级，预警等级由低至高依次为黄色、橙色、红色预警。
4 设备选型
4.1 雷电预警传感站
4.1.2 雷电探测站只涉及具备雷电地闪探测能力的探测站，不涉及仅具备云闪监测功能的探测站。
4.3 雷电预警应用终端
4.3.3 雷电预警信息内容建议结合具体应用场景，提示用户采取合适的应急方案，如设备暂停使用、人员快速撤离现场等。
5 施工与安装
5.1 雷电预警传感站施工与安装
5.1.1～5.1.3 雷电探测站、大气电场仪、多普勒雷达以及卫星信号接收器的施工，一般在有条件的地方，配置避雷针和接地等防雷措施，在探测站电源、信号处理等系统上配置浪涌保护器等防护装置。