西南空管雷达站防雷检测方法研究

西南空管雷达站防雷检测方法研究

张婧雯 1，刘 畅 1，张 峰 2，张海洋 2，吴 容 1，叶中脉 2

（1. 四川省防雷中心；2.西南地区空中交通管理局技术保障中心）

摘要✦

西南空管局雷达站在四川省内共有 7 个，分别位于广元、宜宾、龙泉、双流，且在郊区山顶，地势空旷，站内有雷达塔、甚高频天线塔等较高金属通信塔，极易遭受雷击。由于台站地理因素、设备安装的特殊性，雷击电磁脉冲对站内通信甚高频系统、雷达系统、通信监制系统危害很大，雷电所产生的电磁场会在一定范围内造成许多电子、电器设备的损坏，甚至引起火灾。同时还干扰无线电通信和各种电子设备的正常工作。据统计宜宾、广元、龙泉近年都遭受过雷击，通信监视设备受到较大损坏。因此为了提高雷电灾害防御能力，保障国家财产和人民生命安全，防雷检测工作已经成为西南空管局雷达站安全工作的重要组成部分。

资助项目：四川省气象局防雷中心课题“航油管道防雷检测关键技术研究”

本文发表在《科技与创新》2021.22

目前，西南空管雷达站防雷检测过程中主要参照的是《建筑物防雷装置检测技术规范》和《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》（设计规范）。雷达站检测对象涉及建筑物、计算机场所、铁塔、通信设备等不同类型，检测流程因各对象对应防雷设计规范不一，一定程度上影响了检测效率和检测结果。为保证西南空管雷达站正常运行，防止雷击电磁脉冲对电子设备造成危害，使得防雷装置检测工作有章可依，开展对西南空管雷达站的防雷检测方法研究是十分必要的。

01

西南空管雷达站雷电活动背景

2019 年，四川省共探测到雷电活动 366 591 次，其中正闪 31 255 次，负闪 335 336 次。雷电初日出现在 01-07（成都市简阳市），闪电强度为﹣31.2 kA；雷电终日出现在 12-28（凉山彝族自治州甘洛县），闪电强度为﹣23.1 kA。雷电活动覆盖全年 1—12 月；雷电活动明显集中在 4—10 月，共发生雷电 358 075 次（占全年雷电总数的 97.7%）；7 月为雷电闪击发生最多的一个月，共发生雷电闪击 132 791 次。

西南空管局在四川境内共有广元、宜宾、成都共 7 个雷达站。广元 2019 年出现雷电活动次数为 15 772 次，宜宾24 379 次，成都 15 903 次。可以看出项目所在地都属四川省雷电高发区，雷电活动频繁，宜宾站雷电活动次数最多。

结合四川省防雷中心云地闪电监测资料分析得到，西南空管局被检测场站均位于四川雷电频发区域，雷暴日、地闪密度等资料为全省雷击最频发区。且雷达站、导航台均位于山峰制高点，地势空旷，站内有雷达塔、甚高频天线塔等较高金属通信塔，极易遭受雷击。

02

雷达站防雷检测关键技术

近 3 年西南空管局雷达站共遭受雷击 7 次，造成设备损坏项 15 件，造成经济损失 176.6 万元。7 次雷击事故均为雷电波入侵设备机房造成电子设备原件损害，在直击雷保护措施相对完善的情况下，因雷达站位置、场站内高耸铁塔分布等原因依旧造成了雷电波电磁脉冲入侵，说明已有的防雷检测规范要求无法完全满足雷达站正常防雷需求，需要在国家规范、行业规范、地方标准的基础上结合现场条件进行更加严格的雷电防护措施。

整理历年检测数据，梳理历年防雷安全整改意见，了解通信甚高频系统，雷达系统、传输系统、供配电系统运行基本情况，参照检测对象对应各防雷设计标准，包括：GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》、GB 21431—2015《建筑物防雷装置检测技术规范》、GB 50689—2011《通信局站防雷与接地工程设计规范》、GB/T 33676—2017《通信局站防雷装置检测技术规范》、DB51/T 1325—2011《无线电监测站防雷技术规范》（已过期）、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》、MH/T 4020—2006《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》、DB51/T 853—2008《计算机信息系统及场（站）防雷装置检测技术规范》，并结合近三年各雷达站遭受雷击事故频繁，室内电子设备多次因雷击造成损坏的实际情况，确定雷达站属于第二类防雷建筑物[2]，加之项目所在地所处地理位置特殊，雷达站内设备多且重要，遭受雷击风险较大，结合 GB 50343—2012 中表 4.3.1 的要求，确定雷达站电子信息系统雷电防护等级为 A 级。

2.1 接闪器、引下线防雷检测技术

接闪器的材料规格应符合 GB 50057—2010 中第 4.3 节、第 5.2 节的要求。检测时应检查接闪器的安装位置、类型、敷设方式及材料。检测时测量接闪器的规格、网格尺寸、固定支持件的间距等，测量与被保护的建筑物、设备之间的相关数据，计算并确定接闪器对被保护物的保护范围。检查接闪器的安装工艺或现状。接闪器应焊接饱满、固定牢靠、保持完整，锈蚀不大于直径或厚度的 1/3。检查接闪器上有无附着有电气线路及通信、监控等信号线路。测量各建筑物顶部接闪器与引下线的连接，其他正常不带电的金属体与接闪器的等电位连接。等电位连接的直流过渡电阻值不应大于0.2 Ω。测量各接闪器的接地电阻值，是否符合设计要求，一般不大于 1 Ω。室外雷达楼、VHF 天线、配电房、发电机房和地面监控、线缆等设备设施应处在直击雷保护范围之内的 LPZ0B 区。雷达机房屋面接闪杆与其保护的金属设备的间距不宜小于 3 m。接闪网（带）应在沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。接闪杆应相互连接，并就近连接至引下线。接闪器的规格、材质应符合 GB 50057—2010中 5.2 的规定。检查天线塔平台外沿应设置一均压环，均压环可采用截面积不小于 100 mm2 的圆钢或者扁钢。引下线一般采用明敷、暗敷和利用建筑物内主钢筋或其他金属构件敷设。建筑物的消防梯、钢柱等金属构件宜作为引下线的一部分，其各部件之间均应连成电气通路。专设引下线不应设置在雨水排水管道内，也不宜设置在排水沟槽内。引下线的敷设方式、材料规格应符合 GB 50057—2010 中第 5.3 节的要求。均压环可使用塔身作为接地线，如果塔身金属构件电气连续性不可靠时，应使用 40 mm×4 mm 的热镀锌扁钢设置2 根专门的接地线。天线塔位于机房附近时，宜利用天线塔基础作为接地体，并在基础外设置环形接地网，用 40 mm×4 mm 的热镀锌扁钢将环形接地网与天线塔脚基础内的金属构件焊接连通；天线塔地网应与监测站附属建筑物地网在地下焊接连通，天线塔地网与机房地网之间可每隔 3～5 m 相互焊接连通一次，且连接点不少于两点。机房与铁塔及配电房组成的综合地网接地电阻不应大于 1 Ω。在接地电阻无法满足小于 1 Ω的地区，应在铁塔地网远离机房一侧的铁塔两脚加辐射性接地体。

2.2 接地装置防雷检测关键技术

雷达站内每一建筑物应利用建筑物内的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、低压配电系统的保护性接地等与外部连接构成共用接地系统。雷达站根据条件可采用合设接地方式，也可采用分设接地方式。

分设接地方式由接地体、接地引人线、地线盘及室内接地配线组成。分设接地方式设置的不同接地体间的距离均应大于20 m。接地装置的材料要求、埋设深度和间距等要求应符合GB 50057—2010 第 5.4 节中的规定。首次检测时应查看隐蔽工程记录，检查接地装置的安装形式、结构和安装位置，检查接地体的埋设间距、深度、安装方法，检查接地装置的材质、连接方法、防腐处理。检查地面区间防雷接地及预留接地端子的设置，测量其接地电阻值是否符合设计要求。检查避雷器、其他接闪杆与预留接地端子的连接状况，测量其过渡电阻值不应大于 0.2 Ω。检查接地体与引接线部分是否焊接牢固，引接线露出地面部分应涂调和漆，地下部分应涂机械油，但接地体除外；引接线截面积符合设计要求。雷达站机房可设专用垂直接地干线。垂直接地干线由总等电位接地端子板引出，同时与建筑物各层钢筋或均压带连通。各楼层设置的接地端子板应与垂直接地干线连接。垂直接地干线宜在竖井内敷设，通过连接导体引入设备机房与机房局部等电位接地端子板连接。垂直接地干线应做防腐处理，应避免从作为防雷引下线的柱筋附近引入。

2.3 电磁脉冲屏蔽措施防雷检测关键技术

四川省雷电活动主要特征为电流强度大，放电电流主要集中在 20～50 kA 区间，因此电气系统宜采用 M 形网形结构。室内应设置等电位连接带。应检查室内电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆金属外层、电子设备防静电接地、安全保护接地、功能型接地是否应以最短距离与接地基准点网络连接，同时其过渡电阻不应大于0.2 Ω。应检查电子系统的所有外露导电物应与建筑物的等电位连接网络是否做功能性等电位连接，电子系统不应设独立的接地装置。由于雷达站所处区域一般位于空旷室外或山顶，四周无更高建筑物，建筑物内部电磁屏蔽措施并不完善，采用共用接地装置，所以其接地电阻应按 50 Hz 电气装置的接地电阻确定，不应大于按人身安全所确定的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定，其接地电阻要求应不大于 1 Ω。检查在屋面敷设的各类电源线、天馈线、信号线的金属外层需在两端接地，并应符合每隔 5～10 m 与接地预留件或防雷装置就近连接一次的要求。检查 GPS 馈线、KU 卫星馈线需在防雷交界区进行等电位连接、宜增加法拉第笼电磁屏蔽。检查屋面各设备信号线路采用金属管道或金属线槽进行屏蔽时，其屏蔽层宜采取全封闭，两端需接地。检查雷达塔控制馈线进入雷达机房处（架空入户）需进行有效电磁屏蔽、馈线需就近接地、防雷区域交界处宜增设等电位连接排。检查雷达机房电子信息线路需合理布线，应效减少感应环路面积。检查通信局站范围内不宜架空走线。检查室内走线架及各类金属构件必须接地，各段走线架之间必须采用电气连接。检查 GPS 天线设在楼顶时，GPS 馈线严禁与接闪器缠绕。检查铁塔上架设的馈线及其他同轴电缆金属外壳是否分别在塔顶处、地面处、以及机房入口处就近接地。当馈线及其他同轴电缆长度大于 60 m 时，是否在铁塔中部增加一个连接点，连接线的截面积应小于 10 mm2 的多股铜线。

03

结论

通过以上分析可以得出结论：①西南空管局各雷达站位于四川省雷电高发区，遭受雷击风险较大；②雷达站电子信息系统雷电防护系统宜划分为 A 级；③接闪器、引下线、接地装置接地电阻应不大于 1 Ω，接闪杆至被保护物之间的间隔距离不宜小于 3 m；④雷达站机房应设专用垂直接地干线；⑤雷达站应采取馈线两端接地、法拉第笼金属屏蔽、机房合理布线、金属物体等电位有效连接等电磁屏蔽防护措施。

参考文献：

［1］陈渭民.雷电学原理［M］.北京：北京气象出版社，2006：28-30.

［2］中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50057—2010 建筑物防雷设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［3］中国气象局.GB/T 32937—2016 爆炸和火灾危险场所防雷装置检测技术规范［S］.北京：中国质检出版社，2016.

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