0 引言

雷电是一种极具破坏力的自然灾害，被列为最严重的10种自然灾害之一，其危害程度和造成的经济损失，并未随着社会和科学技术的发展而减弱。随着信息时代的到来，数字技术、信息网络技术广泛应用，雷电灾害更主要集中在微电子设备上。在地震系统，地震监测设施是地震监测的基础单元，集观测、采集、传输、服务为一体，实现地震观测数据的产出与服务（赵刚等，2020）。其自身也是微电子产品，普遍存在雷电灾害风险。因此，地震台站防雷措施显得尤为迫切（孙若敏，2009）。在此背景下，地震监测台站综合防雷改造工程得到大力推广，并取得了显著成效（王大伟等，2017）。然而，由于某些疏忽或认识不足，雷击损害事件仍时有发生。

海南岛四面环海，受热带海洋性气候影响，热量与水气来源充足，气流运动旺盛，使得雷暴频繁发生。该岛是我国雷电灾害高发区，每年都有因雷击导致人员伤亡和大量电子设备损坏的事件。2017—2020年，海南省地震局对本省各观测站点连续进行综合观测系统防雷改造。儋州市西流地下流体观测站（下文简称西流观测站）因遭受多次雷击事故，被划为重点改造站点之一。然而，2021年6月，西流站观测设备连续2次遭受雷击，严重影响观测数据质量。为此进行现场勘查，分析雷击路径及存在的隐患，以汲取教训、防漏补缺，确保台站观测设备正常稳定运行。

1 台站概况

西流观测站位于海南省儋州市国营西流农场，属市级地下流体观测台站。台站所属儋州市位于海南省西北部地区，雷暴每年高达110天，属高雷暴地区（吴怡兴等，2014）。

西流观测站主要承担海南省西部地下流体动态观测，现配备SWY-Ⅱ型水位仪、SZW-Ⅱ型水温仪、WYY-1型气象三要素仪3套观测仪器。观测井位于台站西南端观测室内，水位仪、水温仪安装在井孔旁，气象仪主机放置在值班楼二楼值班室，气温、雨量传感器安装在楼顶（图 1），观测设备均置于机柜内作电磁屏障。观测室配备C、D级电源综合防雷，地网接地阻值低至1 Ω，供电线、网线均采用地埋方式，由值班楼二楼值班室引入，长度约20 m。台站以南为坡谷地，分布有稻田和2个鱼塘，水汽丰沛。台站雷击事件较多，观测设备几乎每年遭受雷击，损失严重。2007年，台站对电源防雷系统进行改造，引入电涌防雷器和地网。2017年，在中国地震局专项支持下，进一步实施综合防雷改造推广工程，工程涵盖交流电配电线路、通信线路防护措施、电磁屏蔽、接地与等电位连接、综合线路整理等。

2 雷击事件现场调查

2021年6月7日—8日，海南省儋州市西流地下流体观测站连续经历2次雷击事件，海南地球物理站网维修人员携带备用仪赶赴现场，进行详尽调查。

2.1 第1次雷击事件

2021年6月7日，儋州市遭遇雷雨天气，下午13时30分开始，连续出现罕见强雷暴。闪电过后，西流观测站水位仪面板观测曲线数据零乱，水温仪观测面板无显示，判断仪器遭受雷击损坏。海南地球物理站网维修人员按以下流程对事件现场进行全面调查（图 2）：

（1）观测室内观测设施除了观测井及2套观测仪器外还备有2组蓄电池，配置C、D级电源防雷器，各种线缆铺设条理有序、简洁。检查发现，水位仪、水温仪主机电源指示灯常亮，其中：水位仪（SWY-2）主机屏幕有显示，但观测曲线零乱、无规律，显示数据与正常数据存在较大差异；水温仪（SZW-2）主机屏幕黑屏，无显示。

（2）机柜内网络交换机电源灯常亮，网络端口灯熄灭，网络无法连通。

（3）值班室（二楼）设备较多，有UPS不间断电源、网络机柜、气象三要素仪及机柜、电脑等，线缆较多，走线条理有序。初步检查各设备工作正常，网络连接正常。

（4）值班室C级电源防雷箱雷击次数由5跳到11。

（5）值班室路由器其中一端口灯不亮，该端口为观测室网络交换机输入端。

采取提拉水位仪传感器、撤掉传感器线等操作做进一步检测，仪器仍无响应，数据曲线保持无规律变化；检测仪器主机机箱，可见2台仪器主板电源正常，但用电脑均无法连通仪器主机。更换为备用仪，2套仪器显示数据均非正常观测数据。经调查，本次雷击事件造成以下损失：观测设备中水位仪、水温仪主机及传感器损坏；通信系统中观测室网络交换机和值班室路由器网络端口损坏。此外，本次雷击事件造成距台站约100 m处农场场部的一部分职工电视机损坏。

2.2 第2次雷击事件

第2次雷击事件发生在更换故障设备、仪器恢复正常观测后。2021年6月8日下午16时开始，当地再次出现雷雨天气。维修人员迅速拔掉交流电源，改用蓄电池供电。然而，观测设备再次遭受雷击，水温仪主机黑屏（7英尺大显示屏），水位仪主机显示屏（3英尺小屏幕）数据曲线出现一个尖峰突跳后恢复正常。现场检查发现：①水位仪显示正常，表明主机及传感器虽遭受雷击，但未损坏；②水温仪主机电源指示灯闪亮，显示屏黑屏，仪器无法连接，后检查发现，整套仪器、主机和传感器均被雷击损坏；③观测室网络交换机损坏，值班室路由器对应网络端口灯不亮。再度更换交换机、路由器网络端口，网络连接恢复，水位仪正常连通。

3 雷击事件分析

此次连续雷击事件涉及通信系统，与以往主机电源模块部分元件被雷击烧坏颇为不同。调查发现：

（1）地震监测设备在2次雷击事件中受损程度不同，其中：水温仪整套设备在2次雷击中均被损坏；水位仪在第1次雷击时整套仪器虽被损坏，但显示屏仍有显示，说明破坏程度较轻，第2次雷击时出现一个突跳后恢复正常。可见，2套仪器抗雷击能力差别较大，其影响因素是观测方式、主机元件或其他，需要仪器生产厂家关注。

（2）通讯设备在雷击中受损，其中：路由器型号为新华三MSR810，属工业级别，其各端口之间独立运行，其对应交换机一端口在雷击中发生故障，说明该路由器防护得当、质量可靠；网络交换机（8端口小型普通网络交换机）在雷击中整体损坏。可见，不同级别的网络设备，其质量及防护能力存在较大差别，台站通信系统应尽可能采用工业级别的网络设备。

（3）观测室观测设备主机电源部分未受雷击影响。在第2次雷击时使用蓄电池直流供电，观测设备仍遭受雷击损坏，故排除雷电由电源部分侵入的可能。

（4）2次雷击事件破坏路径相同（图 2），即观测室至值班楼的网线两端（路由器—交换机、主机通信系统、传感器），造成通信链路及其相关元件、设施受损。

（5）西流观测站信号防雷器在此次连续雷击事件中均未受损，防雷措施无效值得关注。

综上所述，认为此次连续雷击为典型的感应雷击事件，源头应为值班楼二楼值班室至观测室之间约20 m长的通信网线。也就是说，雷击事件由通信链路感应所致。经现场调查，观测室周边分布鱼塘、稻田，水汽丰沛，水位仪、水温仪等微电子设备遭受雷电感应概率较大。在雷击过程中，雷电流由高往低泄流，观测室接地电阻较小，且传感器置于水下，使得观测室通信链路上的设备变为雷电流泄流通道，从而导致设备在强电流冲击下受损；观测室受到雷电的主要冲击，值班室可能仅受到过电流影响，因路由器防雷性能良好，且各端口之间为分立式，故仅其对应端口受损。

4 结束语

2017年，在进行综合防雷改造时，西流观测站按防雷技术要求，从配电线路、通信及信号线路、接地与等电位连接等，均进行相应改造、升级，配置B、C、D三级电源防雷、安装信号防雷器，防雷措施较为完备。然而，却忽略了对观测室至值班室约20 m长通讯链路的防雷改造，浅显地认为网络由光纤引入，无需安装网络防雷装置，结果使之成为雷电感应侵入的媒介和通道，酿成此次连续雷击事故。此次雷击后，台站加强了通信网络的防雷措施，在路由器输出端和交换机输入端均安装了通信网络防雷器，此后再无类似雷击事件发生。

地震台站综合防雷工作是一项系统工程，旨在防止因微小疏忽而引发的事故，防微杜渐，认真汲取此次事件的教训，消除隐患，尽可能降低雷击风险，保障观测设备的稳定运行（马伟等，2016）。