西南空管雷達站防雷檢測方法研究＊

張婧雯，劉暢，張峰，張海洋，吳容，葉中脈

（1.四川省防雷中心，四川成都 610072；2.西南地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心，四川成都 610225）

目前沒有針對西南空管雷達站的防雷檢測技術(shù)標準，防雷檢測過程中主要參照的是《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》和《民用航空通信導航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》（設(shè)計規(guī)范）。雷達站檢測對象涉及建筑物、計算機場所、鐵塔、通信設(shè)備等不同類型，檢測流程因各對象對應(yīng)防雷設(shè)計規(guī)范不一，一定程度上影響了檢測效率和檢測結(jié)果。為保證西南空管雷達站正常運行，防止雷擊電磁脈沖對電子設(shè)備造成危害，使得防雷裝置檢測工作有章可依，開展對西南空管雷達站的防雷檢測方法研究是十分必要的。

1 西南空管雷達站雷電活動背景

2019 年，四川省共探測到雷電活動366 591 次，其中正閃31 255 次，負閃335 336 次。雷電初日出現(xiàn)在01-07（成都市簡陽市），閃電強度為﹣31.2 kA；雷電終日出現(xiàn)在12-28（涼山彝族自治州甘洛縣），閃電強度為﹣23.1 kA。雷電活動覆蓋全年1—12 月；雷電活動明顯集中在4—10 月，共發(fā)生雷電358 075 次（占全年雷電總數(shù)的97.7%）；7 月為雷電閃擊發(fā)生最多的一個月，共發(fā)生雷電閃擊132 791 次。

西南空管局在四川境內(nèi)共有廣元、宜賓、成都共7 個雷達站。廣元2019 年出現(xiàn)雷電活動次數(shù)為15 772 次，宜賓24 379 次，成都15 903 次。可以看出項目所在地都屬四川省雷電高發(fā)區(qū)，雷電活動頻繁，宜賓站雷電活動次數(shù)最多。結(jié)合四川省防雷中心云地閃電監(jiān)測資料分析得到，西南空管局被檢測場站均位于四川雷電頻發(fā)區(qū)域，雷暴日、地閃密度等資料為全省雷擊最頻發(fā)區(qū)。且雷達站、導航臺均位于山峰制高點，地勢空曠，站內(nèi)有雷達塔、甚高頻天線塔等較高金屬通信塔，極易遭受雷擊。

2 雷達站防雷檢測關(guān)鍵技術(shù)

近3 年西南空管局雷達站共遭受雷擊7 次，造成設(shè)備損壞項15 件，造成經(jīng)濟損失176.6 萬元。7 次雷擊事故均為雷電波入侵設(shè)備機房造成電子設(shè)備原件損害，在直擊雷保護措施相對完善的情況下，因雷達站位置、場站內(nèi)高聳鐵塔分布等原因依舊造成了雷電波電磁脈沖入侵，說明已有的防雷檢測規(guī)范要求無法完全滿足雷達站正常防雷需求，需要在國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范、地方標準的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場條件進行更加嚴格的雷電防護措施。

整理歷年檢測數(shù)據(jù)，梳理歷年防雷安全整改意見，了解通信甚高頻系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)運行基本情況，參照檢測對象對應(yīng)各防雷設(shè)計標準，包括：GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、GB 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》、GB 50689—2011《通信局站防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》、GB/T 33676—2017《通信局站防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》、DB51/T 1325—2011《無線電監(jiān)測站防雷技術(shù)規(guī)范》（已過期）、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》、MH/T 4020—2006《民用航空通信導航監(jiān)視設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》、DB51/T 853—2008《計算機信息系統(tǒng)及場（站）防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》，并結(jié)合近三年各雷達站遭受雷擊事故頻繁，室內(nèi)電子設(shè)備多次因雷擊造成損壞的實際情況，確定雷達站屬于第二類防雷建筑物[2]，加之項目所在地所處地理位置特殊，雷達站內(nèi)設(shè)備多且重要，遭受雷擊風險較大，結(jié)合GB 50343—2012 中表4.3.1 的要求，確定雷達站電子信息系統(tǒng)雷電防護等級為A 級。

2.1 接閃器、引下線防雷檢測技術(shù)

接閃器的材料規(guī)格應(yīng)符合GB 50057—2010 中第4.3 節(jié)、第5.2 節(jié)的要求。檢測時應(yīng)檢查接閃器的安裝位置、類型、敷設(shè)方式及材料。檢測時測量接閃器的規(guī)格、網(wǎng)格尺寸、固定支持件的間距等，測量與被保護的建筑物、設(shè)備之間的相關(guān)數(shù)據(jù)，計算并確定接閃器對被保護物的保護范圍。檢查接閃器的安裝工藝或現(xiàn)狀。接閃器應(yīng)焊接飽滿、固定牢靠、保持完整，銹蝕不大于直徑或厚度的1/3。檢查接閃器上有無附著有電氣線路及通信、監(jiān)控等信號線路。測量各建筑物頂部接閃器與引下線的連接，其他正常不帶電的金屬體與接閃器的等電位連接。等電位連接的直流過渡電阻值不應(yīng)大于0.2 Ω。測量各接閃器的接地電阻值，是否符合設(shè)計要求，一般不大于1 Ω。室外雷達樓、VHF 天線、配電房、發(fā)電機房和地面監(jiān)控、線纜等設(shè)備設(shè)施應(yīng)處在直擊雷保護范圍之內(nèi)的LPZ0B 區(qū)。雷達機房屋面接閃桿與其保護的金屬設(shè)備的間距不宜小于3 m。接閃網(wǎng)（帶）應(yīng)在沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。接閃桿應(yīng)相互連接，并就近連接至引下線。接閃器的規(guī)格、材質(zhì)應(yīng)符合GB 50057—2010中5.2 的規(guī)定。檢查天線塔平臺外沿應(yīng)設(shè)置一均壓環(huán)，均壓環(huán)可采用截面積不小于100 mm2的圓鋼或者扁鋼。引下線一般采用明敷、暗敷和利用建筑物內(nèi)主鋼筋或其他金屬構(gòu)件敷設(shè)。建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構(gòu)件宜作為引下線的一部分，其各部件之間均應(yīng)連成電氣通路。專設(shè)引下線不應(yīng)設(shè)置在雨水排水管道內(nèi)，也不宜設(shè)置在排水溝槽內(nèi)。引下線的敷設(shè)方式、材料規(guī)格應(yīng)符合GB 50057—2010 中第5.3 節(jié)的要求。均壓環(huán)可使用塔身作為接地線，如果塔身金屬構(gòu)件電氣連續(xù)性不可靠時，應(yīng)使用40 mm×4 mm 的熱鍍鋅扁鋼設(shè)置2 根專門的接地線。天線塔位于機房附近時，宜利用天線塔基礎(chǔ)作為接地體，并在基礎(chǔ)外設(shè)置環(huán)形接地網(wǎng)，用40 mm×4 mm 的熱鍍鋅扁鋼將環(huán)形接地網(wǎng)與天線塔腳基礎(chǔ)內(nèi)的金屬構(gòu)件焊接連通；天線塔地網(wǎng)應(yīng)與監(jiān)測站附屬建筑物地網(wǎng)在地下焊接連通，天線塔地網(wǎng)與機房地網(wǎng)之間可每隔3～5 m 相互焊接連通一次，且連接點不少于兩點。機房與鐵塔及配電房組成的綜合地網(wǎng)接地電阻不應(yīng)大于1 Ω。在接地電阻無法滿足小于1 Ω的地區(qū)，應(yīng)在鐵塔地網(wǎng)遠離機房一側(cè)的鐵塔兩腳加輻射性接地體。

2.2 接地裝置防雷檢測關(guān)鍵技術(shù)

雷達站內(nèi)每一建筑物應(yīng)利用建筑物內(nèi)的金屬支撐物、金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋等自然構(gòu)件、金屬管道、低壓配電系統(tǒng)的保護性接地等與外部連接構(gòu)成共用接地系統(tǒng)。雷達站根據(jù)條件可采用合設(shè)接地方式，也可采用分設(shè)接地方式。分設(shè)接地方式由接地體、接地引人線、地線盤及室內(nèi)接地配線組成。分設(shè)接地方式設(shè)置的不同接地體間的距離均應(yīng)大于20 m。接地裝置的材料要求、埋設(shè)深度和間距等要求應(yīng)符合GB 50057—2010 第5.4 節(jié)中的規(guī)定。首次檢測時應(yīng)查看隱蔽工程記錄，檢查接地裝置的安裝形式、結(jié)構(gòu)和安裝位置，檢查接地體的埋設(shè)間距、深度、安裝方法，檢查接地裝置的材質(zhì)、連接方法、防腐處理。檢查地面區(qū)間防雷接地及預留接地端子的設(shè)置，測量其接地電阻值是否符合設(shè)計要求。檢查避雷器、其他接閃桿與預留接地端子的連接狀況，測量其過渡電阻值不應(yīng)大于0.2 Ω。檢查接地體與引接線部分是否焊接牢固，引接線露出地面部分應(yīng)涂調(diào)和漆，地下部分應(yīng)涂機械油，但接地體除外；引接線截面積符合設(shè)計要求。雷達站機房可設(shè)專用垂直接地干線。垂直接地干線由總等電位接地端子板引出，同時與建筑物各層鋼筋或均壓帶連通。各樓層設(shè)置的接地端子板應(yīng)與垂直接地干線連接。垂直接地干線宜在豎井內(nèi)敷設(shè)，通過連接導體引入設(shè)備機房與機房局部等電位接地端子板連接。垂直接地干線應(yīng)做防腐處理，應(yīng)避免從作為防雷引下線的柱筋附近引入。

2.3 電磁脈沖屏蔽措施防雷檢測關(guān)鍵技術(shù)

四川省雷電活動主要特征為電流強度大，放電電流主要集中在20～50 kA 區(qū)間，因此電氣系統(tǒng)宜采用M 形網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接帶。應(yīng)檢查室內(nèi)電子設(shè)備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設(shè)備防靜電接地、安全保護接地、功能型接地是否應(yīng)以最短距離與接地基準點網(wǎng)絡(luò)連接，同時其過渡電阻不應(yīng)大于0.2 Ω。應(yīng)檢查電子系統(tǒng)的所有外露導電物應(yīng)與建筑物的等電位連接網(wǎng)絡(luò)是否做功能性等電位連接，電子系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)獨立的接地裝置。由于雷達站所處區(qū)域一般位于空曠室外或山頂，四周無更高建筑物，建筑物內(nèi)部電磁屏蔽措施并不完善，采用共用接地裝置，所以其接地電阻應(yīng)按50 Hz 電氣裝置的接地電阻確定，不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定，其接地電阻要求應(yīng)不大于1 Ω。檢查在屋面敷設(shè)的各類電源線、天饋線、信號線的金屬外層需在兩端接地，并應(yīng)符合每隔5～10 m 與接地預留件或防雷裝置就近連接一次的要求。檢查GPS 饋線、KU 衛(wèi)星饋線需在防雷交界區(qū)進行等電位連接、宜增加法拉第籠電磁屏蔽。檢查屋面各設(shè)備信號線路采用金屬管道或金屬線槽進行屏蔽時，其屏蔽層宜采取全封閉，兩端需接地。檢查雷達塔控制饋線進入雷達機房處（架空入戶）需進行有效電磁屏蔽、饋線需就近接地、防雷區(qū)域交界處宜增設(shè)等電位連接排。檢查雷達機房電子信息線路需合理布線，應(yīng)效減少感應(yīng)環(huán)路面積。檢查通信局站范圍內(nèi)不宜架空走線。檢查室內(nèi)走線架及各類金屬構(gòu)件必須接地，各段走線架之間必須采用電氣連接。檢查GPS 天線設(shè)在樓頂時，GPS 饋線嚴禁與接閃器纏繞。檢查鐵塔上架設(shè)的饋線及其他同軸電纜金屬外殼是否分別在塔頂處、地面處、以及機房入口處就近接地。當饋線及其他同軸電纜長度大于60 m 時，是否在鐵塔中部增加一個連接點，連接線的截面積應(yīng)小于10 mm2的多股銅線。

3 結(jié)論

通過以上分析可以得到：①西南空管局各雷達站位于四川省雷電高發(fā)區(qū)，遭受雷擊風險較大；②雷達站電子信息系統(tǒng)雷電防護系統(tǒng)宜劃分為A 級；③接閃器、引下線、接地裝置接地電阻應(yīng)不大于1 Ω，接閃桿至被保護物之間的間隔距離不宜小于3 m；④雷達站機房應(yīng)設(shè)專用垂直接地干線；⑤雷達站應(yīng)采取饋線兩端接地、法拉第籠金屬屏蔽、機房合理布線、金屬物體等電位有效連接等電磁屏蔽防護措施。