氣象信息系統雷電防護現狀及處理措施

氣象信息系統雷電防護現狀及處理措施

高志筠

本文發表于《科技新時代》2025年第16期

摘要：氣象信息系統作為電子信息系統的重要組成部分，其高集成度和敏感性對雷電防護提出了極高要求。雷電不僅可能直接擊中設備，還會通過電磁感應、雷電波侵入等方式造成損害。當前氣象信息系統雷電防護存在接地系統缺陷、防護措施不統一等問題。為保障系統安全，需加強浪涌保護、等電位連接、接地等防護措施，并推動防雷技術的創新與規范，以提升氣象信息系統的穩定性和可靠性。

引 言

隨著氣象信息系統在現代社會中的關鍵作用日益凸顯，其高精度電子設備對雷電電磁脈沖極為敏感，雷電災害已成為威脅系統可靠運行的主要因素之一。當前，氣象信息系統的雷電防護雖已建立基本框架，但仍存在防護措施不全面、技術標準滯后及地網設計不合理等問題，導致設備雷擊損壞和數據傳輸中斷的風險較高。因此，深入分析現有雷電防護體系的薄弱環節，并針對性地完善綜合防護策略，對于提升氣象業務連續性和數據安全性具有重要的現實意義。本文旨在探討氣象信息系統雷電防護的現狀，并提出有效的處理措施。

1 氣象信息系統雷電防護現狀

1.1 直擊雷防護基礎已具備但仍存隱患

目前絕大多數氣象臺站均已按照規范安裝了避雷針、避雷帶等直擊雷防護設施，為建筑本體提供了基礎保護。然而隱患依然突出，部分早期建成的臺站其設計標準未能預見今日設備的高度精密化，引下線布置或接地電阻可能已不滿足最新要求。更普遍的問題在于，隨著業務擴展，臺站內新增了大量室外觀測傳感器如自動站風桿、雷達天線以及各類通信天線，這些設施的直擊雷防護未能被系統地納入整體規劃，形成了防護空白點。此外，接地裝置因長期埋于地下，受土壤腐蝕、地質變動及氣候變化影響，其接地電阻值可能悄然升高，若缺乏定期檢測與維護，會使整個直擊雷防護系統的有效性大打折扣，雷電流無法被迅速泄放入地反而會加劇感應雷害的風險。

1.2 雷電電磁脈沖（LEMP）防護薄弱且系統性不足

氣象信息系統核心機房的服務器、交換機和數據采集器等微電子設備對雷電感應產生的過電壓極為敏感。當前許多臺站雖配備了電涌保護器，但普遍存在安裝與應用不匹配的問題。整個防護體系缺乏精細化的層級設計和能量協調，各級電涌保護器之間未能實現有效配合，導致鉗位殘壓過高或保護器本身因承受不住能量而損壞。信號線路的防護更是薄弱環節，大量來自室外傳感器的數據線、信號線在入戶端未安裝或未正確安裝對應的信號電涌保護器，雷電過電壓極易沿這些線路侵入并燒毀后端貴重設備。這種缺乏系統性的防護模式使得投資不菲的電涌保護裝置未能形成一道連貫的防線，LEMP依然是導致設備損壞和數據中斷的首要原因。

1.3 接地系統缺陷成為防護效能的關鍵瓶頸

良好的接地是所有雷電防護措施有效發揮作用的共同基礎，但現狀卻常常于此環節出現瓶頸。許多臺站存在多個接地系統未能實現等電位連接的問題，例如建筑防雷地、電氣工作地、信息系統邏輯地各自獨立，在雷擊發生時不同接地系統間存在的高電位差會產生劇烈反擊電流，直接損壞設備。此外，受限于當地土壤電阻率過高或建設時預算制約，接地網的網格尺寸和埋深可能不達標，難以獲得并保持長期穩定的低接地電阻。土壤腐蝕也會逐步侵蝕接地體，導致接地電阻逐年增大。這樣一個存在缺陷的接地系統如同一個不牢固的地基，使得建立在它之上的所有防雷措施效果大打折扣甚至完全失效。

1.4 防護管理維護滯后且缺乏系統性檢測

雷電防護并非一勞永逸的工程，而是一個需要持續維護管理的動態過程，而這正是當前最普遍的短板。許多單位存在重建設、輕管理的傾向，防雷設施一旦安裝便很少再進行日常巡檢、維護和周期性檢測。電涌保護器在經過一次或數次雷擊泄流后其性能會衰退甚至失效，若不及時更換則形同虛設。接地電阻的值也需要定期測量以確認其符合規范。由于缺乏系統性的檢測計劃和專業的技術人員，這些隱性問題和性能劣化難以及時發現，使得整個防護體系在關鍵時刻可能無法發揮作用。同時，業務系統的更新換代時常忽略同步升級相應的雷電防護措施，新設備與舊防護之間的不匹配引入了新的風險點，管理上的脫節使得技術防護措施的效能無法得到保障。

2 氣象信息系統雷電防護處理措施

2.1 多級防護原則與綜合防護

氣象信息系統需遵循多級防護原則，從雷電入侵的不同路徑構建全方位防護體系。在外部防護層面，針對直擊雷，通過設置接閃裝置攔截雷電，避免其直接擊中氣象觀測設備與機房建筑；同時優化接地系統，確保雷電電流能安全導入大地，減少對周邊設備的影響。在內部防護層面，針對感應雷與雷電電磁脈沖，在電源線路、信號線路的不同節點設置防護裝置，逐步削弱雷電能量，防止其沿線路侵入核心設備。此外，還需結合屏蔽措施，對機房空間、關鍵設備外殼及線路進行屏蔽處理，減少雷電電磁輻射對系統的干擾，形成“外部攔截-內部削弱-全面屏蔽”的綜合防護格局，覆蓋雷電危害的各個環節。

2.2 定期檢測與維護

建立常態化的防雷檢測與維護機制，是保障氣象信息系統防護效果的關鍵。檢測工作需覆蓋整個防護系統，包括外部的接閃裝置、引下線與接地系統，檢查是否存在部件銹蝕、連接松動、破損等情況，確保電流傳導路徑暢通；對于內部的防護裝置，需檢查其安裝狀態是否完好，是否出現老化、失效跡象，同時測試防護裝置的響應性能，確保其在雷電發生時能正常動作。維護方面，需根據檢測結果及時處理問題，如更換老化部件、加固松動連接、修復破損結構；同時建立維護檔案，記錄每次檢測維護的內容、發現的問題及處理結果，便于追溯防護系統的運行狀態，提前預判潛在風險，避免因防護裝置失效導致系統遭受雷擊損害。

2.3 電子信息系統防護

氣象信息系統中的電子信息設備，如數據采集器、服務器、通信模塊等，抗干擾能力較弱，需針對性強化防護。首先，優化電子設備的布局，將核心設備集中放置在機房內，遠離窗戶、外墻等易受雷電影響的區域，減少直接暴露風險；其次，對連接電子設備的電源線路與信號線路進行整理，采用隔離、絕緣措施，避免線路之間的干擾，同時在設備接口處加裝適配的防護器件，阻擋雷電脈沖侵入設備內部電路。此外，還需為電子設備配備穩壓、濾波裝置，穩定供電電壓，過濾電網中的雜波干擾，降低雷電間接影響導致設備故障的概率；對于重要數據，需建立實時備份機制，防止雷電導致數據丟失，保障電子信息系統的穩定運行與數據安全。

2.4 專業人員與規范操作

防雷工作的專業性較強，需依賴專業人員與規范操作確保防護措施落地生效。在人員配置上，需配備具備防雷專業知識與實操經驗的技術人員，負責系統的設計、安裝、檢測與維護工作，同時定期組織培訓，更新人員的防雷知識體系，使其熟悉最新的防護技術與標準要求。在操作規范方面，制定詳細的防雷工作流程，從防護系統的設計階段開始，嚴格遵循行業標準與技術規范，確保設計方案科學合理；安裝階段需按照規范流程施工，避免因操作不當導致防護系統存在隱患；檢測維護階段需依據統一標準開展工作，確保檢測結果準確、維護措施到位。同時，建立責任制度，明確各環節人員的職責，避免因操作不規范、責任不明確導致防雷工作出現疏漏，保障整個防護體系的可靠性。

3 結語

綜上所述，在全球氣候多變、極端天氣頻發的當下，雷電作為常見且具強大破壞力的自然現象，對氣象信息系統構成嚴峻威脅。從現狀來看，接地系統缺陷、雷電防護管理維護滯后等問題，嚴重制約著氣象信息系統的穩定運行。而多級防護與綜合防護體系的構建、定期檢測維護機制的落實、電子信息系統防護的強化，以及專業人員與規范操作的推進，為解決上述困境提供了可行路徑。未來，應持續深化這些防護措施，結合前沿技術創新防護手段，以保障氣象信息系統安全，為氣象事業穩健發展筑牢根基。