貴陽市烏當區新添加油站雷電風險評估

陳 軍，滕萬里，張 麗

(1.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300;2.貴州省清鎮市氣象局，貴州 清鎮 551400;3.貴州省綏陽縣氣象局，貴州 綏陽 563300)

1 引言

雷電風險評估既是指導與統籌防雷工程設計以及防雷工程施工的需要，也是科學防雷、規范防雷的重要工作。為了減少或避免貴陽市烏當區新添加油站(以下簡稱新添加油站)遭受雷擊而引起雷電災害，為了科學的指導防雷設計和施工，對項目進行了雷擊風險評估，計算出該項目的風險值與最大容許值進行比較，通過對資料數據的具體分析，計算出風險值是否達到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置達到良好的防護作用。

2 相關數據來源與分析

2.1 數據來源

烏當區氣象局40 a氣象觀測資料(1966—2005年);貴州省雷電監測網近5 a閃電資料(2006—2010年)、以新添加油站項目現場測量的地理參數為基準點3 km范圍的閃電資料。地理位置參數:26°33'35.4″N，106°30'36.7″E。

2.2 烏當區40 a氣象觀測數據分析

烏當區1966—2005年氣象觀測數據統計表明:烏當區年平均雷暴日為49 d;雷電活動主要發生在3－9月，月平均雷暴日接近6 d。雷暴日最多的年份為1979年的60 d;雷暴日最少年份為1966年的23 d。初雷日最早為1月3日發生在1987年;終雷日最晚為12月27日發生在2004年;初終間跨度最長的年份為2004年，從1月10日—12月27日。

2.3 貴州省雷電監測網數據分析

烏當區近4 a地閃數據顯示:該地域地閃主要活躍在15－03時，90% 的地閃都發生在這個時段，04－14時地閃相對較少，約10%的地閃發生在這個時段。

新添加油站(3 km半徑)區域范圍內雷電流參數:雷電流的平均值為16.6 kA，最大正閃強度為157.8 kA，最大負閃強度206.9 kA。

項目3 km半徑區域范圍地閃密度為68次/km2·a，采用該值作為雷電風險計算參數。

2.4 土壤電阻率

本文中所用的土壤電阻率數值來源于在貴州貴陽市烏當區新添加油站項目所處區域現場采集的數據。所測量土壤電阻率為地表至地下5m土壤層的平均土壤電阻率，其值為1 059Ω·m。

3 評估項目概況

新添加油站地處貴陽市烏當區新添大道，占地面積約7 000 m2，建筑面積400 m2。加油站分為兩部分:北面為附屬用房、綜合樓、運動場等輔助區;南面為卸油區、加油區和儲油區、站房和配電房等。其中卸油區位于輔助區的南面，采用密閉卸油方式，以減少油氣揮發造成的危害。加油區位于卸油區的東南面，包括站房和加油棚。站房內設有休息室、辦公室和收款室等功能部分;站房南面與站房相連接的為加油棚，2排加油島和8臺加油機。

3.1 建筑物本身主體形狀

根據設計圖紙，新添加油站項目建設內容包括廁所、雜物房、配電房等輔助區及站房和加油棚，加油棚與站房相連接稱為站區。廁所、雜物房、配電房在建筑上作為一個單體進行評估，稱為輔助區。

站區加油棚長度32.9 m、寬度28.0 m、高度12.0 m;輔助區附屬房建筑主體長度24.4 m、寬度6.2 m、高度12.7 m，綜合樓為擬建工程，對其不作評估。

3.2 建筑物內的設備

加油區內有2排加油島和8臺加油機。儲油罐區位于加油島和車道下面，設計有4個埋地的臥式罐，包括容積為30 m3的0#柴油罐1個，30 m3的90#汽油罐1個，30 m3的93#汽油罐1個，30 m3的97#汽油罐1個。輔助區配電房內設有1臺30 Kw柴油發電機作UPS。以上各單體內的設備通過工藝管線連接。

3.3 傷害的影響

在建筑物內或建筑物戶外距離建筑物3 m以內區域中的人員接觸和跨步電壓有可能造成傷害的影響:根據建設項目的特點，平時工作人員共計8人，而運營時平均活動人員約35人/h。站區內金屬構件和管道較多，接觸和跨步電壓有可能對人員構成傷害。

3.4 各類入戶金屬管線特性

新添加油站輔助區內設配電房，電力線纜采用套金屬管埋地方式引入，配電房內設有一臺30 kW柴油發電機作UPS。所有用電設備的電源由配電房提供，站內主要的用電設備有加油機、空調、收費電腦，照明設備等。

3.5 線路敷設狀況

供配電系統采用TN－S系統，由發配電間引出的VV22型電力線纜、RVV型控制線在行車道內均穿PVC阻燃塑料管后，敷設于專用電纜溝內。電力線穿鋼管埋地敷設。除加油棚內照明導線穿熱鍍鋅鋼管DN15明敷設外，其余照明導線在室內均穿PVC阻燃塑料管暗敷設，在室外穿鋼管保護埋地暗敷設。該加油站低壓電源進線進戶后零線必須重復接地，其接地電阻值要求不＞10Ω，該加油站要求PE線與N線應絕對分開。低壓配電系統母線加裝電源電涌保護器SPD，進行過電壓保護。

3.6 新添加油站項目雷擊風險評估相關特性對應數據

①根據提供的設計圖紙及現場勘測得到的建筑特性與對應數據如表1～表4所示:

表1 新添加油站站區建筑特性與數據

表2 新添加油站輔助區附屬房建筑特性與數據

表3 新添加油站項目入口區域特性

表4 新添加油站內部區域特性

②根據設計圖紙、現場勘測結果得到電氣特性與對應的數據如表5所示。圖紙未設計有通訊線纜的安裝和鋪設情況。本報告對通訊線纜的雷電災害風險不作評估。

表5 新添加油站項目低壓電纜及室內設備特性與數據

4 風險估算

4.1 建筑物年預計雷擊次數

4.1.1 建筑物及入戶設施的截收面積 新添加油站站區建筑物每年的截收閃電面積:

新添加油站輔助區附屬房每年的截收閃電面積:

所以:Ad=Ad1+Ad2=16 438.4(m2)

新添加油站建筑物附近地面的截收閃電面積(輔助區的附近地面區域在站區所占附近地面區域內):

新添加油站低壓電線纜的截收閃電面積:

新添加油站低壓電線纜附近地面的截收面積:

4.1.2 新添加油站年預計雷電閃擊次數 建筑物年預計閃擊次數為:

建筑物附近地面的年預計閃擊次數為:

低壓電線纜的年預計閃擊次數為:

低壓電線纜附近地面的年預計閃擊次數為:

所以，總的入戶線纜的年預計閃擊次數為:

總的入戶線纜附近地面的年預計閃擊次數為:

4.2 人員傷亡風險

4.2.1 人員傷亡損失量值 Lt、Lf和LO的值由于確定困難，故均取典型平均值。

Lt的取值為:加油站入口區域Lt=10－5，加油站建筑內區域Lt=10－2，

Lf的取值為:Lf=5×10－3;LO的取值為:LO=10－2。

4.2.2 分量計算 RA為在加油站建筑物外3 m入口區域內因接觸和跨步電壓引起的人員傷亡風險，此風險只存在于建筑物入口區域。

加油站建筑物入口:

RB是由于雷擊建筑物產生危險的電火花引起燃燒或爆炸引起的物質損害，這種損害還可能危害到周圍，造成人員傷亡損害:

RV是因雷擊電流通過低壓電纜傳導引入導致燃燒或爆炸，而造成的物質危害，并可能造成人員傷亡的損失。由低壓電纜引入的雷電流造成的損害風險分量為:

總RV=電源線RV1=8.00×10－6

加油站雖具有爆炸風險，在前面說明中指出其電子裝置(主要針對加油機)失效不足以立即危及人類生命，故風險風量 RM、RC、RW、RZ的值作 0處理。加油站采用電纜套金屬管埋地進線，故入戶線路的雷擊電流當人員接觸電壓導致生命損害的風險RU做0處理。

4.2.3 各類風險總量 雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風險

4.2.4 與損害源相關的風險 直接雷擊對建筑物閃擊的風險

損害源為S2，S3和S4:

4.2.5 與損害類型相關的風險 R=RS+RF+RO

接觸和跨步電壓對人員傷亡損害的風險:RS=RA+RU

物質損害的風險:

電氣和電子裝置失效的風險:R0=RM+RC+RW+RZ=0

5 評估結果和防雷裝置完善建議

5.1 評估結果

根據國際防雷標準規定［5］:雷擊造成人員傷亡損失的最大風險可容許值RT=1.00×10－5。而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風險R=1.64×10－3＜RT，超出可承受的范圍。

5.2 防雷裝置完善建議

5.2.1 外部防雷裝置 新添加油站站區的外部防雷裝置按二類防雷建筑設計，輔助區的外部防雷裝置按三類防雷建筑設計。

5.2.2 內部電纜線及金屬管道接地 加油槍及站區內所有金屬管道、線纜金屬屏蔽層、金屬構件、外殼均應與接地裝置相連。低壓配電線路安裝兩級SPD，首級通流容量不＜60 kA。卸油口及油罐區安裝導除人體靜電裝置，宜與站區防雷接地體保持電氣連接，若采用單獨接地，要求其接地電阻不＞30 Ω。法蘭盤應采取跨接措施。防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統接地宜采用聯合接地，接地電阻不＞4Ω。降低防雷接地裝置的接地電阻可采用下列方法:采用多支線外引接地裝置，外引長度不應大于有效長度;接地體埋于較深的低電阻率土壤中;采用降阻劑;換土。

5.3 完善措施后的風險

5.3.1 各類風險總量 由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風險

5.3.2 與損害源相關的風險 由于直接雷擊對建筑物閃擊的風險

損害源為S2，S3和S4:

由于RM=0 RU=0 RW=0 RZ=0

則Rl=RV=2.4×10－7

5.3.3 與損害類型相關的風險 R=RS+RF+RO

由于接觸和跨步電壓對人員傷亡損害的風險:

物質損害的風險:

由于電氣和電子裝置失效的風險:

綜上采取相應措施后，雷電風險值降至規范規定可承受的范圍(1.00×10－5)。

6 結論

本文根據氣象資料及閃電定位議資料分析，可得到新添加油站項目所在地雷暴日數為50 d，3 km半徑地閃密度為6.8次/km2，屬于強雷區。計算出人員傷亡損害的風險R=1.64×10－3＜RT=1.00×10－5，超出可承受的范圍，存在著防雷安全隱患。通過增加防直擊雷設施、防感應雷設施及防雷電波設施的方式，完善防雷裝置，加強雷電的防護后。計算出 R=4.32×10－6＜ RT，達到容許值范圍，從而減少或避免雷擊事故發生的人員傷亡或者財產損失。

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