新一代天氣雷達站防直擊雷安全性能評價

李 萍，蔡河章，張泉鋒，管 超

（福建省三明市氣象局，福建 三明365000）

1 引言

氣象雷達站的防直擊雷不但關系到雷達站自身的安全，而且關系到能否準確提供氣象災害信息，關系到政府部門能否迅速傳遞防災減災決策，關系到人民生命財產的安全問題［1］。有關新一代天氣雷達也有一些其他研究［2］，如對強對流天氣的預報［3］、雨量［4］、人工增雨作業效果等。為使雷達設備的防直擊雷的抗擾性能達到要求，本文根據福建省三明市新一代天氣雷達站址的周邊環境，就其防直擊雷措施進行了詳實的論述，以期獲得減少雷害，使雷達系統能正常發揮其作用。

2 自然環境概況

2.1 氣候概況

福建省三明市泰寧縣地處福建省西北部，屬于中亞熱帶季風型山地氣候，每年的3～6月為雨季，同時也是雷暴多發時期。年平均降水量為1787.2mm，相對濕度為84%，平均年日照時數為1606.7h，年太陽輻射量4316.17MJ/m2［5］，50年來平均無霜期為275d［6］。

2.2 地形及地貌概況

新一代天氣雷達站位于東經117°04′50″，北緯27°00′31″，海拔1700m。雷達站塔樓及裙樓均設在峨眉峰山頂上，除了距雷達站塔樓中心點20m左右的東北方向有一微波站及一鐵塔外，其余周邊均為山坡空地。

3 雷達站防直擊雷安全評價

3.1 接閃器安全評價

3.1.1 建筑物的直擊雷防護

（1）塔樓及裙樓的直擊雷防護。防直擊雷接閃器直接利用屋面的建筑鋼筋組成暗裝接閃網；并在屋面距外沿100mm處敷設一圈明設接閃帶，材料φ12熱鍍鋅圓鋼，支撐卡高度100mm，間距80cm。屋面上所有金屬構件或外露金屬管道均用φ12熱鍍鋅圓鋼與接閃網（帶）焊接聯接。接閃帶、網均應互相焊接聯接。

（2）塔樓的側擊雷防護?；炷恋匿摻罨ハ噙B接，其連接要求，構件內有箍筋或成網狀鋼筋，其箍筋與鋼筋的連接，鋼筋與鋼筋的連接采用土建施工的綁扎法；單根鋼筋、圓鋼或外引預埋連接板、線與上述鋼筋的連接采用焊接。結構圈梁中的鋼筋每層連成閉合回路保證電氣連通，就近與防雷裝置引下線焊接。外墻上的欄桿、門窗、幕墻等較大的金屬物與防雷裝置連接。豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端與防雷裝置連接。由于雷達站塔樓（含天線罩）的高度為45.592m，除了做好以上措施外，還從一層起每隔6m設置一圈水平接閃帶，以防止側擊雷，同時也可起到均壓的效果。水平接閃帶在土建一并施工。

3.1.2 雷達天線的直擊雷防護

雷達天線的直擊雷防護，采用3支等高接閃桿，接閃桿的布置位置分別為西南、東偏南15°、北偏西15°，每根接閃桿間隔120°。接閃桿基座布置在27.4m高的平臺上（此處承受力最大），與天線罩的距離3.1m。避雷針針身長度23.6m，由兩部分組成：①雷達天線仰角零度下邊緣以下部分采用內徑150mm的無縫熱鍍鋅鋼管，鋼管長7.6m；在距離基座4.2m處采用兩根直徑60mm的熱鍍鋅鋼管作為抓手將接閃桿與塔樓進行第二點固定。②在雷達天線仰角零度下邊緣以上使用高強度玻璃鋼接閃桿，設計風速60m/s；接閃桿長16m，其內使用截面積50mm2多股銅芯線實現接閃器與金屬支撐桿的電氣連接（圖1）。

圖1 接閃桿安裝位置示意

3.2 引下線安全評價

利用塔樓沿四周外側構造柱內的主筋作為建筑物防直擊雷引下線，且自下而上通長焊接連通，下部與獨立基礎底部鋼筋焊接連通，上部與塔樓8層露面水平圈梁主鋼筋及接閃帶焊接連通。

3.3 接地裝置安全評價

雷達站接地采用共用接地系統，依據土壤電阻率高的情況，接地電阻設計值不大于4Ω。充分利用建筑物的自然接地體，利用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵將塔樓基礎接地與裙樓基礎接地進行4點以上焊接。塔樓共有12個8m深的孔樁，每個孔樁的主鋼筋通長通焊良好電氣連接，并與承臺基礎進行焊接。

由于雷達站處地土壤電阻率高，還采用了在建筑物外埋設環型人工輔助接地網，該環型水平接地體敷設在散水坡以外。采用水平接地極與垂直接地極組成的復合接地裝置，并施與一定量的降阻劑。水平接地極采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵，垂直接地極采用50mm×5mm的等邊熱鍍鋅角鋼長度1.5m，間隔3m沿水平接地極敷設，降阻劑敷設在水平接地極以及外邊緣的垂直接地極上。在人工接地裝置外引支線中點沿四個方向均勻布設一深度50m的深井接地裝置，并采用降阻劑進行填充。同時在人工接地裝置外圍8個不同方向均勻布設一6m×3m×3m的泄流坑。

塔樓基礎下面采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鐵鋪設成3m×3m的網格進行均壓處理。人工接地裝置及連接線穿過人行道以及接地裝置距人行道不足3m時采取用鍍鋅扁鋼做均壓等電位處理、接地體深埋措施、用瀝青絕緣層絕緣等措施，以防止跨步電壓和接觸電壓。

3.4 雷達機房的防雷安全評價

在雷達塔樓8層機房的內墻（磚墻）抹灰層下面玻璃窗上敷設50mm×50mm不銹鋼網，不銹鋼網邊緣采用金屬條壓接并每隔1m焊接到大樓鋼筋上；在玻璃窗上加裝50mm×50mm不銹鋼網，不銹鋼網與玻璃窗金屬框連接，并與墻面屏蔽網電氣連接。8層機房結構柱、以及上下樓板鋼筋網采用φ6mm鋼筋加密，縱橫網格為50mm×50mm的網格，采用綁扎或電焊，綁扎的每一平方電焊一次；同時機房內結構鋼筋每隔1m預留20mm長的鋼筋頭（緊挨墻體內側）作為與外加屏蔽網、金屬門框電氣連接用。機房用金屬屏蔽門，采用銅編織線進行接地，金屬門框與機房屏蔽網、大樓主鋼筋可靠電氣連接。所有的不銹鋼網、金屬門框與機房局部等電位連接母排進行連接。為防雷擊電磁脈沖干擾，所有線纜均應敷設在金屬屏蔽槽（管）內，并進行多次等電位連接后進入機房。雷達機房和控制室內設備滿足距引下線不應小于1.0m的要求。

4 結語

三明市新一代天氣雷達站由于設置在高山上，加之電力傳輸線路架空引入，更是易被雷電經常光顧，迄今為止，該雷達站防雷裝置已正常運行1年多，因有相對比較完善的雷電防護系統，塔樓的雷達設備未曾遭到雷電損害，已經被證明是完全經得起考驗的，可以在今后新建天氣雷達站中借鑒應用。

［1］胡春良，包炳生.新一代多普勒氣象雷達與雷電防護設置［J］.科技通報，2010，26（6）：926～930.

［2］張亞萍，程明虎，劉 德.利用天氣雷達觀測資料預報小流域流量［J］.氣象學報，2012，70（3）：562～575.

［3］馮晉勤，黃愛玉，張治洋，等.基于新一代天氣雷達產品閩西南強對流天氣臨近預報方法研究［J］.氣象，2012，38（2）：197～203.

［4］徐廣闊，孫建華，雷 霆，等.多普勒天氣雷達資料同化對暴雨模擬的影響［J］.應用氣象學報，2009，20（1）：36～46.

［5］蔣宗孝，阮錫章，伍毓柏，等.三明市農業氣候資源概況［J］.氣象科技，2004，32（增刊）：68～72.

［6］張尾蘭，黃立盛，江艷芳，等.泰寧縣近50年氣候資源及主要氣象災害變化特征分析［J］.福建農業科技，2012（5）：51～56.