定向闪击防雷系统及诱导雷电定向闪击方法技术领域
本发明涉及风力发电电场及空旷货场、高山地带、湖边地带、大型船舶加工场地等场所的防雷领域，尤其涉及一种定向闪击防雷系统及诱导雷电定向闪击方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展与发展理念的转变，环保节能项目的开发利用，风力发电也在我国的多个省市普遍开发，单机发电量达到了日产30000多度电的良好效益，对于荒山秃岭粮食产量较低的山区，风力发电的开发将是良好的环保项目。但是由于设备的高度较高，一台机组的风叶半径为30米，发电机组设置高度80米，在机组正常发电状况下，叶片的最大运转高度为110米，如此高的高度加上复杂的山区地形，形成了雷电侵害的最佳对象，造成了叶片及机组电器的损坏，莒县北部山区半径15千米范围的175台发电机组，自2011年至今，每年均有十几台发电机组遭受雷电闪击，损失巨大，维护困难，雷电危害成了防雷发电正常运转的一大天敌。
目前，我国对大型货运场所、港口货场、风力发电机组等户外大型设备的雷电直接闪击防护主要有下列4种方法。
第一、落雷区中对于货物比较集中的货场采用接闪线（避雷线）的方式进行直击雷的防护；
第二、单体设备采用接闪杆（避雷针）的方式进行直击雷的防护。
第三、范围相对较大并且有一定高度的设备、货物的雷电防护，一般采用法国的ESE针进行防护。
但是，上述的几种雷电防护方法无法对高度110米、且大面积布设的风力发电机组进行直接雷击防护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向闪击防雷系统及诱导雷电定向闪击方法，其能实现超高度、大面积分布的构筑物（货物）的雷电防护问题，且能实现定向闪击。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种定向闪击防雷系统，包括大气电场检测预警器、中央控制器与向上先导发射装置。
所述大气电场检测预警器与中央控制器及向上先导发射装置通过控制线路连接。
所述大气电场检测预警器用于检测当地大气电场的变化情况，当大气电场的变化平缓时，发出“正常”信号；当大气电场变化急速且升值坡度较大时，发出“预警Ⅰ”信号；当大气电场升至4kV/m，发出“预警Ⅱ”信号；大气电场升至9kV/m，发出“预警Ⅲ”信号；并将信号传递给中央控制器；
所述中央控制器用于接受所述大气电场检测预警器传递的信号，并根据信号情况，利用继电器对向上先导发射装置发出启动信号；
所述向上先导发射装置用于发射雷电向上先导媒介质。
进一步地，还包括太阳能供电模块，用于向大气电场检测预警器、中央控制器与向上先导发射装置供电。
进一步地，所述大气电场检测预警器包括电连接的电场探头、数据处理主机、传感器与报警器。
进一步地，所述中央控制器包括电连接的信号接收装置、临界电场分析系统与先导发射指令器。
进一步地，所述先导发射装置包括电连接的发射控制器、先导媒介发射器与雷电定向铁塔。
进一步地，所述太阳能供电模块包括太阳能控制器以及与所述太阳能控制器的输入连接的太阳能电池板、蓄电池，所述太阳能控制器的输出为12V直接输出。
本发明第二方面提供一种诱导雷电定向闪击方法，基于上述的一种定向闪击防雷系统，包括如下步骤：
S1：将电场探头置于开阔地带，采集当地的大气电场，通过数据处理主机分析大气电场的变化情况，并根据分析结果输出“正常”、“预警Ⅰ”、“预警Ⅱ”或“预警Ⅲ”信号，同时传感器将信号传递至中央控制器；
S2：信号接收装置接收处理主机发送的信号，若信号达到“预警Ⅲ”，则立即启动临界电场分析系统，分析大气电场的变化速度与升值坡度，若大气电场达到临界电场，发出先导发射启动指令；
S3：先导发射装置的发射控制器接收启动指令，通过继电器连接先导媒介发射器，先导媒介发射器发射脉冲高电压，启动先导发射媒介，直接进入雷雨云电荷区，闪电沿先导通道准确闪击雷电定向铁塔，并泄放雷电流，雷雨云电荷消失。
优选地，系统启动前采用红灯与警报报警提醒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够识别大气电场的变化情况，精确判定雷雨云的临界电场，实现准确预警及准时发射；能实现雷电闪击电流沿先导媒介泄放大地，达到了定向闪击，避免了周边设施雷击可能性；实现了局地对流形成的雷雨云电荷一次性消失，锋面过境形成的雷雨云前端电荷短时间内无法进行补充而形成再次闪击；太阳能和蓄电池供电，高压脉冲发生方式和低功耗设计，可以保证设备全天候运行。
附图说明
图1为本发明提出的定向闪击防雷系统的工作原理图；
图2为本发明提出的定向闪击防雷系统的结构框图；
图3为本发明提出的定向闪击防雷系统中太阳能供电模块的工作原理图；
图4为本发明提出的诱导雷电定向闪击方法的工作流程图；
图5为本发明提出的诱导雷电定向闪击方法的程序流程图。
图中：11-电场探头，12-数据处理主机，13-报警器，14-传感器；2-中央控制器；3-向上先导发射装置，31-发射控制器，32-高压脉冲发射器，33-先导媒介发射器，34-雷电定向铁塔；4-太阳能供电模块，41-太阳能控制器，42-太阳能电池板，43-蓄电池，51-供电线路，52-控制线路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1至图3，本发明提供一种定向闪击防雷系统，包括大气电场检测预警器、中央控制器2、向上先导发射装置3与太阳能供电模块4。所述大气电场检测预警器与中央控制器2及向上先导发射装置3通过控制线路52连接。
所述大气电场检测预警器包括电连接的电场探头11、数据处理主机12、传感器14与报警器13。
所述中央控制器2包括电连接的信号接收装置（未图示）、临界电场分析系统（未图示）与先导发射指令器（未图示）。
所述向上先导发射装置3包括电连接的发射控制器31、高压脉冲发射器32、先导媒介发射器33与雷电定向铁塔34。
所述太阳能供电模块4包括太阳能控制器41以及与所述太阳能控制器41的输入连接的太阳能电池板42、与太阳能控制器41双向连通的蓄电池43，用于当太阳能电池板42收集到的电容量不够用时为所述定向闪击防雷系统供电，以及当蓄电池43电容量不满时由太阳能控制器41将太阳能电池板42收集到的电容量充入蓄电池43内，所述太阳能控制器41的输出为12V直接输出。所述电场探头11、数据处理主机12、报警器13、传感器14、中央控制器2和发射控制器31通过供电线路51由其供电，高压脉冲发射器32自备蓄电池。
请参阅图1、图2与图5，所述大气电场检测预警器的电场探头11用于检测当地大气电场的变化情况，并将接收的信息传递至数据处理主机12，经过数据处理主机12将检测信息分为4个级别，当大气电场的变化平缓时，发出“正常”信号（场强小于250V/m）；当大气电场变化急速且升值坡度较大时，发出“预警Ⅰ”（场强大于2kV/m）信号；当大气电场升至4kV/m，发出“预警Ⅱ”信号；大气电场升至9kV/m，发出“预警Ⅲ”信号；当“预警Ⅰ”“预警Ⅱ”“预警Ⅲ”出现时报警器13发出警报，且“预警Ⅲ”出现时传感器14同时发出信号，中央处理器2接收信号启动临界电场分析系统，大气电场达到临界电场时，启动发射控制器31，由其启动高压脉冲发生器32，启动先导媒介发射器，完成发射，雷电定向铁塔泄流入地。
请参阅图4，诱导雷电定向闪击方法具体步骤如下：
S1：将电场探头置于高度约1.2米，附近障碍物高度夹角不大于30°的开阔地带，采集当地的大气电场，通过数据处理主机分析大气电场的变化情况，并根据分析结果输出“正常”、“预警Ⅰ”、“预警Ⅱ”或“预警Ⅲ”信号，同时传感器将信号传递至中央控制器；
S2：信号接收装置接收处理主机发送的信号，若信号达到“预警Ⅲ”，则立即启动临界电场分析系统，分析大气电场的变化速度与升值坡度，若大气电场达到临界电场（13kV/m），发出先导发射启动指令；
S3：先导发射装置的发射控制器接收启动指令，通过继电器连接先导媒介发射器，先导媒介发射器发射脉冲高电压，启动先导发射媒介，直接进入雷雨云电荷区，闪电沿先导通道准确闪击雷电定向铁塔，并泄放雷电流，雷雨云电荷消失。
综上，本发明提供的所述定向闪击防雷系统及诱导雷电定向闪击方法能够识别大气电场的变化情况，精确判定雷雨云的临界电场，实现准确预警及准时发射；能实现雷电闪击电流沿先导媒介泄放大地，达到了定向闪击，避免了周边设施雷击可能性；实现了局地对流形成的雷雨云电荷一次性消失，锋面过境形成的雷雨云前端电荷短时间内无法进行补充而形成再次闪击；太阳能和蓄电池供电，高压脉冲发生方式和低功耗设计，可以保证设备全天候运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。