民航雷達站雷電災害風險評估

李銘，王淑一，張宇峰

（1.大連市雷電防護中心，遼寧大連 116001；2.七臺河市氣象局，黑龍江七臺河 154600）

民航雷達站雷電災害風險評估

李銘1，王淑一1，張宇峰2

（1.大連市雷電防護中心，遼寧大連 116001；2.七臺河市氣象局，黑龍江七臺河 154600）

基于雷電定位數據的分析,采用定位誤差圓覆蓋法配合環境因素定性提取區域雷擊風險因子,依據地形地貌及建筑物屬性等進行地理空間區劃,分析雷暴活動時空頻率分布特性,判定風險致因,評定風險大小,對其中最關鍵的風險進行處理,選擇并實施應對方案,以避免風險或控制,降低風險并使之達到可接受的程度。

風險評估；雷達；民航

1 引言

隨著航空運輸業的發展，越來越多的電子設備應用于民航系統。尤其是用于航路管制的雷達設備，因其特殊的功能和作用，一般都建在地勢較高的地方，它們受到雷擊的可能性最大，雷擊成為電子設備損壞的主要原因。航管雷達對保證民航飛機安全飛行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用,而航管雷達站準確合理的選址、規劃和采取有效的防雷措施是保障雷達性能、有效作用和降低航管雷達故障頻率的重要條件。

為準確把握雷達所在區域雷電活動規律，指導防雷設計，減少或避免雷擊而引發的雷電災害，進行雷電災害風險評估，可為區域規劃及防雷減災提供可靠依據。

2 概況

雷達塔地上5層，框架結構，塔高20 m，雷達塔基座標高241.44 m，屬二類高層公共建筑。附屬用房（含機房、油機房、水箱間、配電間及警衛、生活用房）地上2層，框架結構，建筑高度10 m，屬多層公共建筑。

3 大連雷暴的時空分布與氣候特征

大連市1971-2009年氣象觀測資料分析表明：大連市年平均雷暴日為20.5 d;雷電活動主要發生在4-10月，月平均雷暴日接近2 d。雷暴日最多的年份為2007年，天數為31 d；雷暴日最少年份為1999，天數為11 d。初雷日最早為1月，發生在1991年；終雷日最晚為12月25日，發生在2009年；初終間跨度最長的年份為1991年，從1月至11月。

雷暴日僅僅反映了某區域大致的雷電活動規律，但不能準確表征地面落雷的頻繁程度、雷暴強度。因此，在進行建（構）筑物年雷擊次數的估算、雷擊風險計算時，本文中的雷達站（半徑5 km）年平均雷暴天數采用實際雷電監測網數據。根據閃電定位資料分析計算，雷達站年平均雷暴天數為39 d。雷電活動主要發生在4-10月，88%以上的地閃都發生在這7個月，月平均雷暴日接近5 d，最高8 d，6-8月份為雷電多發期。

4 雷電風險估算

雷達系統設備損壞的可接受的最大年平均雷擊次數

式中：Nc為直擊雷和雷電磁脈沖引起的雷達系統設備損壞的可接受的最大年均雷擊次數。

式中：C為各類因子之和；C1為設備系統所在建筑物材料結構因子，該主體結構均為鋼筋混凝土材料，C1取1.0；C2為設備系統重要程度因子，集成化程度較高的低壓微電流設備，C2取3.0；C3為雷達系統設備耐沖擊類型和抗沖擊過電壓能力因子，C3取3.0；C4為雷達系統設備所在雷電防護區的因子，電子系統在LPZ2區時，C4取0.5；C5為雷達系統發生雷擊事故的后果因子，產生嚴重后果時，C5取1.5；C6為區域雷暴等級因子，多雷區C6取1.0。

由上述各因子可得到：

再由公式：E=1-Nc/N=1-0.0183/2.1可以計算出雷達設備系統雷擊電磁脈沖防護等級E=0.99。

因為E＞0.98，所以雷達站電子信息系統雷擊電磁脈沖防護等級為A級。

公式NF=0.04e0.015Hs·Ng，可以確定高度為HS（m）的獨立避雷針年預計雷擊次數。

對于雷達所處區域：Ng=3.9次/km2·a,避雷針高度為1 m，故NF=0.16。

由于0.16＜0.226，所以原有的1 m獨立避雷針不能完全保護雷達塔樓。

5 評估結論

（1）根據風險計算結果：雷擊風險R1=55.98×10-5，大于評估標準規定的可接受風險值R＝10-5；

（2）根據現場勘測，雷達站所在土壤電阻率約為2 137 Ω.m，屬于典型高土壤電阻率區域，交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地、防雷接地等應共用接地裝置，其接地電阻值應≤1 Ω；如設備或系統有特殊要求，則以系統或設備要求為準。

（3）從建筑物的各項風險組成可見，RM的值占所有風險值的93.8%，可以得出雷擊建筑物附近因LEMP造成的內部系統故障占絕大部分，所以加強雷達站防雷擊電磁脈沖的措施更顯得尤為重要。

（4）經計算，雷達站需增加以下雷擊防護措施：

在安裝雷達天線基座的平臺上，應安裝不少于2支的避雷針或避雷線接閃，避雷針數量、高度等用滾球法計算確定。當雷達天線基座的平臺高度較低時，可在地面架設獨立避雷針或架空避雷線接閃。

建筑物內的金屬構件進行完善的等電位連接，并作良好接地；外露的金屬構件、金屬設備、引下線等有接觸電壓和跨步電壓危險的區域采取警示措施。

低壓供電線路采用屏蔽電纜，屏蔽層的單位長度電阻應滿足5＜RS≤20 Ω/km，采用屏蔽電纜時其屏蔽層應在兩端并宜在防雷區交界處做等電位連接并接地。

機房采取完善的屏蔽措施，包括使機房墻體中的鋼筋進行良好的電氣連通，使之成為一個完整的法拉第籠,并做良好接地。

電子信息系統應采取A級防雷措施進行保護。

1002－252X（2012）03－0039－02

2012－6－1

李銘（1984-），男，遼寧省大連市人，沈陽工業大學，本科生，助理工程師.