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  作者：鄭曉敏

  目前加油站的防雷手段主要是傳統(tǒng)被動(dòng)式的雷電防護(hù)：基于避雷針的原理，對(duì)加油棚、油罐及附屬建筑進(jìn)行直擊雷防護(hù)和接地。現(xiàn)有的加油站雷電防護(hù)方案均是通過建筑工程設(shè)計(jì)進(jìn)行防護(hù)。這些研究方案通過加油站所處的環(huán)境及雷電自身的特點(diǎn)，依據(jù)GB50057、IEC61312等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雷電防護(hù)的要求對(duì)加油站建筑進(jìn)行防護(hù)。然而，即使為建筑物布設(shè)完善的防雷設(shè)施也無法完全避免加油站遭受雷擊災(zāi)害，傳統(tǒng)防雷設(shè)施可以較好的避免直擊雷帶來的人身傷害，但是由于安裝不規(guī)范或浪涌保護(hù)器失效等原因，感應(yīng)雷可能引起加油站電源系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)損壞、著火、爆炸。而且有資料顯示這類事故時(shí)有發(fā)生。所以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)雷擊，提前切換備用電源，可以有效減少損失、提升安全保障。

    為了應(yīng)對(duì)無法完全避免的雷擊事故，國(guó)家制定的《加油站作業(yè)安全規(guī)范》中規(guī)定：加油站上空有高強(qiáng)閃電或雷擊頻繁時(shí)，應(yīng)停止加油作業(yè)，采取防護(hù)措施。同時(shí)，中石油公司也制定了完善的《加油站應(yīng)急預(yù)案》，規(guī)定了下屬各加油站在遇到高強(qiáng)度頻繁電閃雷擊時(shí)應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的處置動(dòng)作，如疏散人員、停止加卸油。但在加油站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員很難對(duì)雷暴天氣進(jìn)行準(zhǔn)確的認(rèn)定和預(yù)測(cè)，安全規(guī)范和應(yīng)急預(yù)案難以有效的執(zhí)行。目前加油站站長(zhǎng)主要依靠主觀感受和經(jīng)驗(yàn)來預(yù)測(cè)雷暴到達(dá)加油站所在區(qū)域的時(shí)間。由于主觀判斷的不準(zhǔn)確性，帶來了兩種極端的情況。

    1)過于頻繁進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)

    一些加油站負(fù)責(zé)人只要看到遠(yuǎn)方有雷電就將加油站切換到雷電預(yù)警狀態(tài)，執(zhí)行上級(jí)制定的應(yīng)急預(yù)案。實(shí)際情況中，只有3km內(nèi)的雷擊會(huì)對(duì)加油站產(chǎn)生影響，而人眼能觀察到100 km外的閃電，能聽到20～30 km處的雷聲，根據(jù)主觀判斷無法正確評(píng)估雷擊風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致過于頻繁進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，降低了有效營(yíng)業(yè)時(shí)間，造成營(yíng)業(yè)收入損失。

  2)極少執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案

    加油站由于業(yè)務(wù)繁忙，為了不影響正常營(yíng)業(yè)，盡可能完成銷量任務(wù)，絕大多數(shù)加油站在尚未打雷前，都不愿意關(guān)閉加油系統(tǒng)。結(jié)果，總有部分心存僥幸的加油站遭雷擊。

1  基于雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的加油站防雷方案

    如何獲得加油站周邊地區(qū)高精度的短時(shí)雷電預(yù)警信息，成為解決應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行問題的關(guān)鍵。這樣既能減少主觀判斷帶來的誤差，又能為精準(zhǔn)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)，有效避免事故和災(zāi)害發(fā)生，同時(shí)也能減少不必要的暫停營(yíng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)加油站安全保障和經(jīng)濟(jì)效益的雙提升。

1.1  加油站預(yù)警模型

    中科院空間中心雷電探測(cè)研究室從20世紀(jì)70年代開始研究閃電與核爆電磁脈沖探測(cè)技術(shù)。近年來，利用GPS衛(wèi)星精確測(cè)量雷暴放電產(chǎn)生的VLF/LF電磁脈沖到達(dá)時(shí)間，并基于網(wǎng)絡(luò)通訊和多站TOA時(shí)間差定位原理，研制的高精度雷暴云地回?fù)�、云�?nèi)閃擊三維定位探測(cè)系統(tǒng)( LLS)，在毫秒級(jí)別對(duì)雷擊進(jìn)行定位。探測(cè)精度在300m左右，探測(cè)效率達(dá)95%。地面電場(chǎng)儀(EFM)可以實(shí)時(shí)探測(cè)其周圍地區(qū)的大氣電場(chǎng)信號(hào)，監(jiān)測(cè)其周圍地區(qū)雷暴活動(dòng)引起的電場(chǎng)變化。利用電場(chǎng)、定位等信息，并結(jié)合加油站的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，可以構(gòu)建加油站雷電預(yù)警模型。北京石油雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警示范網(wǎng)，目前布設(shè)了6臺(tái)閃電定位儀和10臺(tái)大氣電場(chǎng)儀，定位范圍覆蓋了整個(gè)北京市，預(yù)警范圍涵蓋了北京主城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)縣約30%的面積。

1.1.1  建模流程

首先，依照?qǐng)D1所示的流程建立模型。

1.1.2樣本結(jié)構(gòu)

樣本的結(jié)構(gòu)分為觀察期、緩沖期和表現(xiàn)期3個(gè)部分如圖2所示。

    觀察期：收集此期間內(nèi)的電場(chǎng)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，生成衍生變量。

    緩沖期：為加油站采取應(yīng)急預(yù)案保留的緩沖時(shí)間。

    表現(xiàn)期：該時(shí)段發(fā)生至少一次雷擊事件，則樣本是打雷樣本，否則為不打雷樣本。

1.1.3抽樣

圍繞每個(gè)雷擊進(jìn)行抽樣，調(diào)整抽樣權(quán)重使打雷樣本和不打雷樣本各占一半，表1是京順路單電場(chǎng)模型的抽樣結(jié)果。

1.1.4生成衍生變量

模型開發(fā)過程中，基于閃電原理和數(shù)據(jù)，會(huì)不斷生成新的衍生變量。如表2所示。

1.1.5  利用WOE和IV評(píng)價(jià)變量

WOE和IV是反映變量預(yù)測(cè)能力的重要指標(biāo)，WOE和IV的計(jì)算方法如下：

    假設(shè)變量VAR有m個(gè)分箱，分別為B1，……，BM，分箱Bi中的打雷樣本量為nl/，不打雷樣本量為n0i，那么：

圖3是場(chǎng)強(qiáng)衍生變量char2702_1800（觀察點(diǎn)前30min，場(chǎng)強(qiáng)連續(xù)增加趨勢(shì)持續(xù)的最長(zhǎng)時(shí)間）的分箱結(jié)果，曲線是單調(diào)上升的，表示場(chǎng)強(qiáng)增加趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，越可能打雷，這與閃電原理是一致的，IV=2. 505 1也是比較高的，說明該變量可以作為L(zhǎng)ogis-tic回歸的候選變量。

1.1.6   Logistic回歸及模型評(píng)價(jià)

    將WOE和IV表現(xiàn)好的衍生變量轉(zhuǎn)換成啞元變量，并以打雷為事件建立Logistic模型，變量選擇為Stepwise，顯著系數(shù)為0.05。最后通過計(jì)算K-S統(tǒng)計(jì)量和Gini系數(shù)來評(píng)價(jià)模型。京順路加油站單電場(chǎng)模型的輸出K-S為0.72，Gini系數(shù)為0.83，說明該模型有很強(qiáng)的區(qū)分能力。

1.2加油站主動(dòng)式防雷方案

1.2.1  方案設(shè)計(jì)

加油站主動(dòng)式防雷建立在雷電預(yù)警網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，方案設(shè)計(jì)如圖4所示。

    如圖4所示，加油站主動(dòng)式防雷體系由預(yù)警服務(wù)提供、信息傳輸和現(xiàn)場(chǎng)處置3個(gè)層次組成。

    1)預(yù)警服務(wù)提供

    雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)落雷位置和大氣電場(chǎng)變化趨勢(shì)，利用采集的數(shù)據(jù)，使用分布式自適應(yīng)預(yù)測(cè)模型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雷電預(yù)測(cè)，評(píng)定雷電預(yù)警等級(jí)，提供雷電預(yù)警信息服務(wù)。

  2)信息傳輸

  通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，傳輸雷電預(yù)警信息到加油站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心或者終端，主要提供信息傳輸服務(wù)。

  3)現(xiàn)場(chǎng)處置

  加油站現(xiàn)場(chǎng)在收到雷電預(yù)警信息后，根據(jù)預(yù)警等級(jí)，啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)警方案和處置方案，對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行處置，并做出相應(yīng)的反饋。

1.2.2應(yīng)急預(yù)案設(shè)計(jì)

加油站日常運(yùn)營(yíng)過程中，有大量人員、精密電氣設(shè)備和�；�品，人員疏散和暫停高危作業(yè)需要一定的時(shí)間，根據(jù)加油站這些業(yè)務(wù)特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)不同時(shí)間層次與不同雷擊概率相結(jié)合的預(yù)警等級(jí)策略。綜合考慮以上業(yè)務(wù)特點(diǎn)及雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警信息屬性，設(shè)計(jì)預(yù)警等級(jí)如表3所示。

1.3應(yīng)用分析

為保障安全生產(chǎn)，預(yù)防雷電造成的災(zāi)害，中石油北京銷售分公司進(jìn)行了為期一年的應(yīng)用測(cè)試。表4是2014年8月30日21點(diǎn)到8月31日01點(diǎn)期間，京順路加油站周邊的一次雷暴過程監(jiān)測(cè)記錄，按時(shí)段和范圍統(tǒng)計(jì)本次雷暴過程的雷擊情況。

圖5是本次雷暴過程中的大氣電場(chǎng)的變化曲線和預(yù)警概率曲線。

    從大氣電場(chǎng)圖中可以看出電場(chǎng)曲線“平穩(wěn)一小毛刺一劇烈抖動(dòng)一逐漸恢復(fù)平穩(wěn)”的過程，反映了雷暴的逐漸靠近、增強(qiáng)、遠(yuǎn)離、消散過程。

基于概率曲線并結(jié)合表3，得出此加油站在測(cè)試時(shí)段的預(yù)警等級(jí)和預(yù)案執(zhí)行情況如表5所示。

2結(jié)語

傳統(tǒng)的防雷方式無法完全避免加油站雷擊事故，同時(shí)加油站雷雨天應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行缺乏有效的依據(jù)，雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)對(duì)加油站的雷電防護(hù)是一種有效的補(bǔ)充；利用雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大氣電場(chǎng)數(shù)據(jù)建立Logistic模型，預(yù)測(cè)雷電在本地區(qū)發(fā)生的可能性，是一種有效的手段。模型的結(jié)果能夠?yàn)閼?yīng)急預(yù)案的執(zhí)行提供科學(xué)的依據(jù)；將人為天氣判斷改為客觀的量化的概率。依靠物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，在原有的預(yù)案基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一整套科學(xué)、完備主動(dòng)式防雷方案在現(xiàn)有的管理方式和技術(shù)上是可行的；實(shí)際應(yīng)用分析表明，本文建立的加油站防雷方案不但能夠有效提升加油站的雷擊防護(hù)水平，同時(shí)也能減少不必要的暫停營(yíng)業(yè)，降低營(yíng)業(yè)收入損失。

3摘要：基于雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，提出了一種新型的加油站防雷預(yù)案執(zhí)行方案，解決了現(xiàn)有的應(yīng)急預(yù)案無準(zhǔn)確執(zhí)行依據(jù)的問題。方案引入近幾年成熟的電場(chǎng)監(jiān)測(cè)和雷電定位技術(shù)，對(duì)加油站周邊地區(qū)的電場(chǎng)和雷擊情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和加油站業(yè)務(wù)特點(diǎn)建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，在雷電發(fā)生前獲得高精度的短時(shí)雷電預(yù)警信息，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了加油站防雷預(yù)案執(zhí)行方案，最后對(duì)方案的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。