一种野战装备雷电预警防护系统及方法

1.本发明涉及雷电防护技术领域，尤其是涉及一种野战装备雷电预警防护系统及方法。


背景技术：

2.野外条件下装备的使用环境恶劣，地理条件复杂，如果没有有效的雷电防护措施，一旦遭到雷击，极有可能引起装备系统瘫痪，造成巨大的经济损失与严重的人员安全问题。目前在野外训练过程中，仅根据需要在配置一些固定的传统式避雷针，缺少能随装备机动架设的雷电综合预警和防护系统，而且大多数装备的天馈、电台等网络系统、微电子系统没有必要的防雷电波耦合措施，使得装备中的电子信息系统因频繁遭遇雷电出现故障。另一方面，现有防直击雷设备保护范围太小，防雷效果差，特别是，对感应雷没有防护作用，各类电子设备极易受到感应雷产生的过电压和过电流损毁，使“避雷”成为“引雷”，对装备带来极大的安全隐患。因此，野外雷电灾害学综合防范这一需求非常必要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种野战装备雷电预警防护系统及方法，旨在解决现有技术中的上述问题。
4.本发明提供一种野战装备雷电预警防护系统，包括：直击雷防护子系统、感应雷防护子系统以及雷电预警子系统；
5.所述直击雷防护子系统，用于通过接闪器接收雷击，将基于雷击产生的雷电流沿引下线泄流；
6.所述感应雷防护子系统，用于对直击雷沿引下线泄放时在电源数据线路上耦合到的电压波进行泄放；
7.所述雷电预警子系统，用于采集大气电场并将所述大气电场转化为电压信号，通过对电压信号进行分析产生雷电预警信号，基于所述雷电预警信号进行预警。
8.本发明提供一种野战装备雷电预警防方法，包括：
9.通过直击雷防护子系统中的接闪器接收雷击，将基于雷击产生的雷电流沿引下线泄流；
10.通过感应雷防护子系统对直击雷沿引下线泄放时在电源数据线路上耦合到的电压波进行泄放；
11.通过雷电预警子系统采集大气电场并将所述大气电场转化为电压信号，通过对电压信号进行分析产生雷电预警信号，基于雷电预警信号进行预警。
12.采用本发明实施例，综合考虑直击雷防护、感应雷防护和有效接地，可对装备有威胁的雷电进行提前预警、对直击雷进行拦截、泄流，对感应雷电进行屏蔽、隔离将雷电导致的人员伤亡、设备损坏等概率降到最低。能有效实现野外装备雷电预警和综合防护，提高电子信息装备在复杂强电磁场环境下的野外使用能力。
13.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明实施例的野战装备雷电预警防护系统示意图；
16.图2是本发明实施例的直击雷防护子系统的产品展开平面示意图；
17.图3是本发明实施例的直接雷防护子系统的接闪器、引下线、拉线安装示意图；
18.图4图4是本发明实施例的直接雷防护子系统底板及地桩安装图；
19.图5是本发明实施例的直击雷防护子系统的拉线固定示意图；
20.图6是本发明实施例的直击雷防护子系统接地装置安装平面示意图；
21.图7是本发明实施例的直击雷防护子系统接地线与接地极固定示意图；
22.图8是本发明实施例的自诊断浪涌保护单元原理框图；
23.图9是本发明实施例的天馈线安装示意图；
24.图10是本发明实施例的天馈线安装平面示意图；
25.图11是本发明实施例的直击雷防护子系统与感应雷防护子系统的工作原理示意图；
26.图12是本发明实施例的野战装备雷电预警防护方法流程图。
具体实施方式
27.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.系统实施例
29.根据本发明实施例，提供了一种野战装备雷电预警防护系统，图1是本发明实施例的野战装备雷电预警防护系统的示意图，如图1所示，根据本发明实施例的野战装备雷电预警防护系统具体包括：直击雷防护子系统10、感应雷防护子系统12以及雷电预警子系统14；
30.直击雷防护子系统10，用于通过接闪器接收雷击，将基于雷击产生的雷电流沿引下线泄流；
31.直接雷防护子系统10由接闪器、转接件、手动升降杆、引下线、接地装置组成；
32.接闪器安装在升降杆顶部与引下线连接，用于接受直接雷击，使处于接闪器保护范围内的装备免遭直接雷击；转接件安装在接闪器与升降杆之间，用于隔离雷电流，避免升降杆遭受损坏；手动升降杆与接闪器连接，将安装于顶部的接闪器快速提升到设计高度，支撑提前放电接闪器和引下线，建立符合要求的防雷保护半径，基于防雷保护半径确定野战
装备避免雷击的保护范围；引下线连接接闪器与接地装置，将接闪器接收的雷电流快速引入地下泄放；接地装置分为：直击雷接地装置和设备接地装置，防直击雷接地装置的作用是把经引下线传导的雷电流，快速安全地泄放到大地，受保护范围内的装备拥有良好的接地，使得接闪器接受直接直击后产生的强电磁场使得耦合到装备通信、供电线路上的过电压得到有效泄放，也用于设备的工作接地。
33.如图2是本发明实施例的直击雷防护子系统的产品展开平面示意图，其中包括手动式升降杆2-1，引下线2-2，汇流排一2-3，直击雷接地装置2-4，连接线2-5，等电位连接器2-6，汇流排二2-7，设备接地装置2-8，警示牌2-9，雷达设备2-10，安全警示范围2-11，直击雷防护子系统的架设步骤如下：
34.a.分别将设备抬入选定的架设区域；
35.b.将锁紧带松开，将转接件插入手动升降杆顶端，并将固定螺栓拧紧，再将接闪器旋入转接件、将引下线从下穿线环穿入并与转接件可靠连接用蝶形螺母压紧，如图3是本发明实施例的直接雷防护子系统的接闪器、引下线、拉线安装示意图，包括接闪器3-1，转接件3-2，升降杆底座3-3，地桩上拉线盘3-4，中拉线盘3-5，下拉线盘3-6，上穿线环3-7，下穿线环3-8，上拉线3-9，中拉线3-10，下拉线3-11，蝶形螺母3-12，引下线3-13，锁紧带3-14；
36.c.图4是本发明实施例的直接雷防护子系统底板及地桩安装图，4-1为升降杆底座，4-2为地桩，如图4所示，以底板为中心，按图4分布选择3点将地桩用铁锤打入距离，中心点5～10m为半径的三等分圆周上，地桩与竖直方向20
°
～30
°
夹角；
37.d.将拉线盒中的三根拉线分别挂在手动升降杆的上、中、下层线盘上，此时拉线盒锁销均处于拔起状态，然后分别将拉线盒挂在地桩上；
38.e.将升降杆扶起；并将底座定位销插入升降杆底部定位孔；
39.f.在拉线盒放线之前拨起拉线盘锁销，使锁销柄上的凸台与锁体上凹槽脱开并放在旋转90度位置，此位置称放线位置；
40.g.扶住杆体，分别将下拉线同时拉紧，并保持升降杆与地面垂直，将下拉线的锁销放在锁闭位置即旋转锁销使锁销柄凸台进入里侧靠圆形挡索板处锁体凹槽内，使拉线锁定；
41.h.负责升降的操作人员将手摇把插入升降杆绞线器的插孔中，顺时针方向摇动摇把，升降杆各杆同时升起，在任意高度能够自锁，不会下落；
42.i.图5是本发明实施例的直击雷防护子系统的拉线固定示意图，其中，5-1为下拉线，5-2为中拉线，5-3为上拉线，5-4为下锁销，5-5为中锁销，5-6为下锁销，5-7为固定环5-8为小摇把，每个拉线盒由一人边监视升降杆升起过程边放线，保证升降杆垂直升起，当发现倾斜时，用小摇把调紧对应第二、三根拉线，以纠正倾斜；
43.j.当杆体上升到顶端时，负责升降的操作人员见红色标记即停止上升，同时将上、中锁销放入锁体上的凹槽内，并用小摇把紧好拉线盒拉线，调整杆体与地面垂直为止；
44.k.图6是本发明实施例的直击雷防护子系统接地装置安装平面示意图，6-1为接地极，6-2为接地线，6-3为压片，6-4为内六角螺栓，如图6所示，取出三根各20m长的接地线，将它们一端固定呈扇形铺开，三根导线间夹角成60
°
；
45.l.将接地线拉直与接地极连接，用内六角螺栓拧紧，图7是本发明实施例的直击雷防护子系统接地线与接地极固定示意图，7-1为接地极，7-2为接地线，7-3为压片，7-4为内
六角螺栓；
46.m.将引下线与“汇流排”相连；
47.n.当土壤条件较好时，通过测试接地电阻值，如接地电阻值满足要求时，可以适当减少接地极安装数量；
48.o.接地电阻测试，当产品架设完成后，用接地电阻测试仪检测防直击雷接地装置接地电阻是否符合要求。
49.感应雷防护子系统12，用于对直击雷沿引下线泄放时在电源数据线路上耦合到的电压波进行泄放；
50.感应雷防护子系统12包括：防雷箱、天馈线浪涌保护器以及车端k口浪涌保护器；
51.防雷箱包括浪涌保护器、防雷监测单元、人机交互单元；浪涌保护器与防雷监测单元连接，用于实现线路浪涌过压保护，并输出监测端子分别接入防雷监测单元；防雷监测单元与浪涌保护器及人机交互单元连接，用于实现信号浪涌保护器tvs短路及开路监测，对tvs短路及开路情况进行告警，向人机交互单元发送故障信息；人机交互单元用于接述故障信息并对故障信息进行显示及记录；
52.天馈线浪涌保护器用于将馈线耦合的雷电过电压进行钳制泄放，有效保护天馈线后端的通讯设备；
53.车端k口浪涌保护器用于将通讯线路耦合的雷电过电压进行钳制泄放，有效保护通信端口；
54.信号线路上所接入的电涌保护器，其最大持续运行电压最小值应大于接到线路处可能产生的最大运行电压，由于电源及信号类浪涌保护器数量较多，实际使用过程中若某一个浪涌保护器器老化或损坏将会影响信号的传输，为此自诊断型防雷箱将会解决浪涌保护器老化损坏的检测，图8是本发明实施例的自诊断浪涌保护单元原理框图，感应雷防护系统由带检测端子的浪涌保护器、通过spd，智能终端单元的后备保护监测单元采集spd后备保护状态，实现spd后备状态的在线监测；通过热脱扣监测单元采集spd热脱扣状态，实现spd热脱扣状态在线监测；通过温度监测单元采集spd温度，实现spd表面温度的在线监测；通过雷击次数监测单元采集spd雷击次数，实现雷击状况的在线监测；通过微电流监测单元采集spd泄漏微电流，实现spd老化状态的在线监测；通过远程通信单元，实现与上位机通信管理；
55.感应雷防护子系统设备包括自诊断防雷箱、天馈线浪涌保护器、通信k口浪涌保护器，具体安装步骤如下：
56.1、自诊断防雷箱的安装：
57.⑴
主界面介绍
58.主界面显示分“操作按钮”，“事件记录”，“状态指示”，“参数显示”五个部分。
59.a)“操作按钮”，包括启动测试、事件查询、清除警报以及系统调试
60.启动测试：(操作此按钮后，会进入测试界面，可以对spd进行自动巡检工作)；
61.事件查询：(操作此按钮后，进入事件查询界面，可以查看每天的操作与故障记录)；
62.清除报警：(操作此按钮后，只清除“启动测试”中发出的故障报警)；
63.系统调试：(操作此按钮后，会进入系统调试界面，进入此界面需要权限才能操作，
只有通过密码安全界面进行密码验证后方可对巡检参数进行配置，初始密码为：123456，用户使用后可以进行修改保存)；
64.b)“事件记录”：在主界面中有一单列窗口，可以记录每一次的操作与故障信息；
65.c)“状态指示”包括通信与报警
66.通信：hmi与ied通信状态指示，“闪烁”表示通信正常，“暗”表示通信异常。
67.报警：故障报警指示，“闪烁”表示设备检测到故障，“暗”表示系统运行正常。
68.d)“参数显示”具体显示如下内容：
69.机内温度：机箱内温度显示；
70.机内湿度：机箱内湿度显示；
71.外界温度：机箱外部温度显示(需要接入外界温湿度探头pt100)。
72.泄露电流：泄露微电流显示；
73.雷击次数：雷击次数显示(需要接入雷击计数器信号)；
74.信号对数：信号避雷器组数显示；
75.(2)启动测试界面
76.在主界面点击“启动测试”按钮进入启动测试界面：通过此界面可对信号避雷器进行测试，确认信号避雷器是否正常，状态灯“暗”表示正常，“亮”表示信号避雷器故障或损坏，点击“确认测试”：开始检测接入信号避雷器是否正常，点击“返回”：返回到主界面；
77.(3)事件查询界面
78.在主界面点击“事件查询”按钮进入事件查询界面：可以对浪涌监测系统进行事件查询，同时也可以对日志进行行备份工作；
79.(4)系统调试界面
80.选择用户和输入正确的密码才能进入系统调试界面：可以对浪涌监测系统进行系统调试和参数配置；
81.2、浪涌保护器安装
82.将浪涌保护器旋入天馈线即可，图9是本发明实施例的天馈线安装示意图，其中9-1为天馈线避雷器，9-2为馈线，9-3为天线，9-4为车辆；
83.图10是本发明实施例的天馈线安装平面示意图，其中10-1为车辆端接线柱，10-2为浪涌保护器接线，10-3为接口，10-4为浪涌保护器，10-5为线缆，10-6为接线柱，k口浪涌保护器将数据线压入车端接线柱，并将避雷器旋入车端，避雷器另一端将数据线压入避雷器接线柱即可。
84.雷电预警子系统14，用于采集大气电场并将所述大气电场转化为电压信号，通过对电压信号进行分析产生雷电预警信号，基于所述雷电预警信号进行预警；雷电预警子系统14具体包括：采集模块、处理模块、交互模块、预警模块以及存储模块；
85.采集模块与处理模块连接，用于通过感应探头将大气电场转换为电信号，并将电信号进行放大、建波和滤波后转换为电压信号，通过ad采集电路将所述电压信号转换为数字信号；采集模块采用感应探头为场磨式电场感应传感器用于将大气电场转换为可采集的电信号，电信号再经过放大、检波和滤波等信号调理电路转换为可被ad采集的电压信号，最终通过高精度ad采集电路转换为数字量，采集得到的大气电场数据既可以向本地终端输出数据文件，也可以通过无线网络向数据中心输出数据文件；
86.处理模块与采集模块、交互模块、预警模块以及存储模块依次连接，用于接收数字信号，基于数字信号产生雷电预警信号，并将雷电预警信号发送到预警模块、存储模块以及直击雷预警子系统；
87.交互模块与处理模块连接，用于实时监测采集模块采集到的数字信号，并通过处理模块向采集模块发送指令信息；
88.预警模块与处理模块连接，用于接收雷电预警信号并进行告警提示；
89.存储模块与处理模块连接，用于存储雷电预警信号。
90.雷电预警子系统的安装需求如下：
91.a)系统需求
92.操作系统：windows 7/xp
93.硬件：通用流行配置计算机
94.cpu：1.4ghz以上
95.内存：512mb以上
96.硬盘：2g以上空闲空间
97.显示器：1024
×
768分辨率以上
98.声卡：具有外音功能。
99.b)电源需求
100.交流：220v
101.直流：12v
102.c)软件安装
103.将安装光盘放入光驱中，进入【我的电脑】用鼠标双击光盘所在驱动器盘符，双击《大气电场仪雷电监测预警系统.exe》文件，出现安装程序对话框，选择安装路径和安装选项，可以根据实际需要进行选择安装(一般同意并保持默认即可)；
104.d)硬件安装：包括探头安装、支撑杆安装、采集箱安装以及整机检查；
105.e)安装场地要求
106.由于大气电场仪测量的是地表的电场值，理想探测环境是周边没有遮挡的平坦安装场地，同时尽量远离如空调风机、建筑通风口、电器、马达，高达金属物等容易产生静电干扰的地点，当周边没有遮挡或者安装在突出于地表的地方时，探测的电场强度与实际电场强度有一定的差别；因此电场仪要求尽量安装在空旷的地方，装有预警系统探头的车辆所在位置对天仰角需大于120度，地线需直接与地网相连；
107.f)上位机设置
108.①
串口设置
109.运行上位机软件，点击菜单【参数设置】
→
【传输通道设置】，在弹出的对话框中，选择【启动串口】，串口号选择之前记住的串口号，其他参数默认即可。点击【确定】，设置好串口；
110.②
报警门限设置
111.点击【参数设置】
→
【报警门限设置】，在弹出的对话框中，输入各等级报警的电场值，单位为千伏/米；
112.当探头探测到的电场值，达到或超过设置的各等级报警门限时，系统会自动报警。
其中，
113.1级报警：默认的阀值为2kv/m，此时雷暴云正在形成，对雷暴的初始活动进行报警；报警灯为蓝色；
114.2级报警：默认的阀值为4kv/m，此时雷暴正逐渐逼近，对正在接近的雷暴或在本地生成的雷暴进行报警。报警灯为黄色；
115.3级报警：默认的阀值为6kv/m，雷暴即将发生，对即将在监测地发生的雷击进行报警。报警灯为橙色；
116.4级报警：默认的阀值为10kv/m，雷暴正在发生。报警灯为红色；
117.③
修正参数设置
118.每个大气电场仪出厂设置好后，为了统一各电场仪的监测值，需要在同一环境下，对监测数据进行修正，达到统一监测标准。
119.图11是本发明实施例的直击雷防护子系统与感应雷防护子系统的工作原理示意图，11-1为接闪器，11-2为引下线，11-3为手动升降杆，11-4为接地装置，11-5为防雷箱，11-6为天馈线避雷器，11-7为电位降示意，11-8为数据线缆，11-9为k口避雷器，11-10为保护范围，11-11为装备，11-12为其他车辆。
120.野战装备雷电预警防护系统的撤收通常情况下需要6人撤收，具体步骤如下：
121.a)负责升降人员将大摇把插入升降杆绞线器的插孔中，逆时针摇动摇把，升降杆在负载作用下下降；
122.b)升降杆下降时，由其他三人收拢拉线盒拉线，并观察每节钢丝绳是否都处在绷紧状态，如出现钢丝绳松弛现象，应立即停止下降，反向摇动手柄转为上升，直至钢丝绳绷紧，此时用拉线盒拉线向下拉，给杆体增加向下力的同时逆时针摇动摇把使升降杆体下降；
123.c)当升降杆降至底端后，将每个拉线盒中的3组拉线分别从地桩上取下，并合力将升降杆放倒后，再从线盘上取下拉线；
124.d)升降杆在回缩闭合后，将接闪器、转接件及引下线取下；此时，切记要用锁紧带把升降杆各节的顶部压紧锁定；
125.e)其他3人各自将3组拉线盒的锁销放在锁闭位置即旋转锁销使锁销柄凸台进入里侧靠圆形挡索板处锁体凹槽内，并收好拉线；
126.f)将接闪器、手动升降杆及附件等放入包装箱内。
127.g)将防直击雷接地装置与设备接地装置断开；
128.h)将接地极上螺栓旋开、接地线拽出，将接地线、引下线分别与汇流排断开；
129.i)将接地极依次拔出，接地线收拢，并放入包装袋/包内；
130.j)将引下线卷入收卷盘中；
131.k)将各部件放入包装箱内。
132.方法实施例
133.根据本发明实施例，提供了一种野战装备雷电预警防护方法，图12是本发明实施例的野战装备雷电预警防护方法的流程图，如图12所示，根据本发明实施例的野战装备雷电预警防护方法具体包括：
134.步骤s121，通过直击雷防护子系统中的接闪器接收雷击，将基于雷击产生的雷电流沿引下线泄流，步骤s121具体包括：通过接闪器接收直接雷击；
135.通过升降杆将接闪器提升到指定高度，根据接闪器高度确定防雷保护半径，基于所述防雷保护半径确定野战装备避免雷击的保护范围；
136.通过引下线连接接闪器与接地装置，将接闪器接收的雷电流引入接地装置；
137.通过接地装置将引下线传导的雷电流泄放到大地。
138.步骤s122，通过感应雷防护子系统对直击雷沿引下线泄放时在电源数据线路上耦合到的电压波进行泄放，步骤s122具体包括：通过防雷箱的浪涌保护器实现线路浪涌过压保护；通过防雷箱的防雷监测单元实现信号浪涌保护器tvs短路及开路监测，对tvs短路及开路情况进行告警，并向防雷箱的人机交互单元发送故障信息；通过防雷箱的人机交互单元接收故障信息并对所述故障信息进行显示及记录；
139.通过天馈线浪涌保护器将馈线耦合的雷电过电压进行钳制泄放；
140.通过车端k口浪涌保护器将通讯线路耦合的雷电过电压进行钳制泄放。
141.步骤s123，通过雷电预警子系统采集大气电场并将所述大气电场转化为电压信号，通过对电压信号进行分析产生雷电预警信号，基于所述雷电预警信号进行预警，步骤s123具体包括：通过采集模块感应探头将大气电场转换为电信号，并将所述电信号进行放大、建波和滤波后转换为电压信号，通过ad采集电路将所述电压信号转换为数字信号；
142.通过处理模块接收所述数字信号，基于数字信号产生雷电预警信号，并将雷电预警信号发送到预警模块、存储模块以及直击雷预警子系统；
143.通过交互模块实时监测所述采集模块采集到的数字信号，并通过处理模块向采集模块发送指令信息；
144.通过预警模块接收雷电预警信号并进行告警提示；
145.通过存储模块与存储雷电预警信号。
146.以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。