作者：郑晓敏
目前加油站的防雷手段主要是传统被动式的雷电防护：基于避雷针的原理，对加油棚、油罐及附属建筑进行直击雷防护和接地。现有的加油站雷电防护方案均是通过建筑工程设计进行防护。这些研究方案通过加油站所处的环境及雷电自身的特点，依据GB50057、IEC61312等标准对雷电防护的要求对加油站建筑进行防护。然而，即使为建筑物布设完善的防雷设施也无法完全避免加油站遭受雷击灾害，传统防雷设施可以较好的避免直击雷带来的人身伤害，但是由于安装不规范或浪涌保护器失效等原因，感应雷可能引起加油站电源系统和信号系统损坏、着火、爆炸。而且有资料显示这类事故时有发生。所以准确预测雷击，提前切换备用电源，可以有效减少损失、提升安全保障。
为了应对无法完全避免的雷击事故，国家制定的《加油站作业安全规范》中规定：加油站上空有高强闪电或雷击频繁时，应停止加油作业，采取防护措施。同时，中石油公司也制定了完善的《加油站应急预案》，规定了下属各加油站在遇到高强度频繁电闪雷击时应当执行的处置动作，如疏散人员、停止加卸油。但在加油站的实际运营过程中，现场工作人员很难对雷暴天气进行准确的认定和预测，安全规范和应急预案难以有效的执行。目前加油站站长主要依靠主观感受和经验来预测雷暴到达加油站所在区域的时间。由于主观判断的不准确性，带来了两种极端的情况。
1)过于频繁进入预警状态
一些加油站负责人只要看到远方有雷电就将加油站切换到雷电预警状态，执行上级制定的应急预案。实际情况中，只有3km内的雷击会对加油站产生影响，而人眼能观察到100 km外的闪电，能听到20～30 km处的雷声，根据主观判断无法正确评估雷击风险，导致过于频繁进入预警状态，降低了有效营业时间，造成营业收入损失。
2)极少执行应急预案
加油站由于业务繁忙，为了不影响正常营业，尽可能完成销量任务，绝大多数加油站在尚未打雷前，都不愿意关闭加油系统。结果，总有部分心存侥幸的加油站遭雷击。
1 基于雷电监测预警技术的加油站防雷方案
如何获得加油站周边地区高精度的短时雷电预警信息，成为解决应急预案执行问题的关键。这样既能减少主观判断带来的误差，又能为精准启动应急预案提供依据，有效避免事故和灾害发生，同时也能减少不必要的暂停营业，实现加油站安全保障和经济效益的双提升。
1.1 加油站预警模型
中科院空间中心雷电探测研究室从20世纪70年代开始研究闪电与核爆电磁脉冲探测技术。近年来，利用GPS卫星精确测量雷暴放电产生的VLF/LF电磁脉冲到达时间，并基于网络通讯和多站TOA时间差定位原理，研制的高精度雷暴云地回击、云内闪击三维定位探测系统( LLS)，在毫秒级别对雷击进行定位。探测精度在300m左右，探测效率达95%。地面电场仪(EFM)可以实时探测其周围地区的大气电场信号，监测其周围地区雷暴活动引起的电场变化。利用电场、定位等信息，并结合加油站的业务特点，可以构建加油站雷电预警模型。北京石油雷电监测预警示范网，目前布设了6台闪电定位仪和10台大气电场仪，定位范围覆盖了整个北京市，预警范围涵盖了北京主城区和远郊区县约30%的面积。
1.1.1 建模流程
首先，依照图1所示的流程建立模型。
1.1.2样本结构
样本的结构分为观察期、缓冲期和表现期3个部分如图2所示。
观察期：收集此期间内的电场数据和定位数据，生成衍生变量。
缓冲期：为加油站采取应急预案保留的缓冲时间。
表现期：该时段发生至少一次雷击事件，则样本是打雷样本，否则为不打雷样本。
1.1.3抽样
围绕每个雷击进行抽样，调整抽样权重使打雷样本和不打雷样本各占一半，表1是京顺路单电场模型的抽样结果。
1.1.4生成衍生变量
模型开发过程中，基于闪电原理和数据，会不断生成新的衍生变量。如表2所示。
1.1.5 利用WOE和IV评价变量
WOE和IV是反映变量预测能力的重要指标，WOE和IV的计算方法如下：
假设变量VAR有m个分箱，分别为B1，……，BM，分箱Bi中的打雷样本量为nl/，不打雷样本量为n0i，那么：
图3是场强衍生变量char2702_1800（观察点前30min，场强连续增加趋势持续的最长时间）的分箱结果，曲线是单调上升的，表示场强增加趋势持续时间越长，越可能打雷，这与闪电原理是一致的，IV=2. 505 1也是比较高的，说明该变量可以作为Logis-tic回归的候选变量。
1.1.6 Logistic回归及模型评价
将WOE和IV表现好的衍生变量转换成哑元变量，并以打雷为事件建立Logistic模型，变量选择为Stepwise，显著系数为0.05。最后通过计算K-S统计量和Gini系数来评价模型。京顺路加油站单电场模型的输出K-S为0.72，Gini系数为0.83，说明该模型有很强的区分能力。
1.2加油站主动式防雷方案
1.2.1 方案设计
加油站主动式防雷建立在雷电预警网络基础之上，方案设计如图4所示。
如图4所示，加油站主动式防雷体系由预警服务提供、信息传输和现场处置3个层次组成。
1)预警服务提供
雷电监测网络实时监测落雷位置和大气电场变化趋势，利用采集的数据，使用分布式自适应预测模型网络进行雷电预测，评定雷电预警等级，提供雷电预警信息服务。
2)信息传输
通过移动网络、专网或互联网，传输雷电预警信息到加油站现场监控中心或者终端，主要提供信息传输服务。
3)现场处置
加油站现场在收到雷电预警信息后，根据预警等级，启动相应的预警方案和处置方案，对预警信息进行处置，并做出相应的反馈。
1.2.2应急预案设计
加油站日常运营过程中，有大量人员、精密电气设备和危化品，人员疏散和暂停高危作业需要一定的时间，根据加油站这些业务特点，需要设计不同时间层次与不同雷击概率相结合的预警等级策略。综合考虑以上业务特点及雷电监测预警信息属性，设计预警等级如表3所示。
1.3应用分析
为保障安全生产，预防雷电造成的灾害，中石油北京销售分公司进行了为期一年的应用测试。表4是2014年8月30日21点到8月31日01点期间，京顺路加油站周边的一次雷暴过程监测记录，按时段和范围统计本次雷暴过程的雷击情况。
图5是本次雷暴过程中的大气电场的变化曲线和预警概率曲线。
从大气电场图中可以看出电场曲线“平稳一小毛刺一剧烈抖动一逐渐恢复平稳”的过程，反映了雷暴的逐渐靠近、增强、远离、消散过程。
基于概率曲线并结合表3，得出此加油站在测试时段的预警等级和预案执行情况如表5所示。
2结语
传统的防雷方式无法完全避免加油站雷击事故，同时加油站雷雨天应急预案的执行缺乏有效的依据，雷电监测预警技术对加油站的雷电防护是一种有效的补充；利用雷电监测数据和大气电场数据建立Logistic模型，预测雷电在本地区发生的可能性，是一种有效的手段。模型的结果能够为应急预案的执行提供科学的依据；将人为天气判断改为客观的量化的概率。依靠物联网和云计算技术，在原有的预案基础上设计一整套科学、完备主动式防雷方案在现有的管理方式和技术上是可行的；实际应用分析表明，本文建立的加油站防雷方案不但能够有效提升加油站的雷击防护水平，同时也能减少不必要的暂停营业，降低营业收入损失。
3摘要：基于雷电监测预警技术，提出了一种新型的加油站防雷预案执行方案，解决了现有的应急预案无准确执行依据的问题。方案引入近几年成熟的电场监测和雷电定位技术，对加油站周边地区的电场和雷击情况进行实时监测，并基于监测数据和加油站业务特点建立数学模型，结合先进的物联网和云计算技术，在雷电发生前获得高精度的短时雷电预警信息，在此基础上设计了加油站防雷预案执行方案，最后对方案的应用效果进行了分析。
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