一次加油站雷擊事故調(diào)查與分析

李炳文，耿常友，林建民

（1.臨沂市氣象局，山東 臨沂 276000；2.蒙陰縣氣象局，山東 蒙陰 276299；3.莒縣氣象局，山東 莒縣 276500）

一次加油站雷擊事故調(diào)查與分析

李炳文1，耿常友2，林建民3

（1.臨沂市氣象局，山東 臨沂 276000；2.蒙陰縣氣象局，山東 蒙陰 276299；3.莒縣氣象局，山東 莒縣 276500）

通過(guò)對(duì)中石化臨沂第三十八加油站雷擊事故的調(diào)查，明確了造成本次雷擊事故的雷電流閃擊路徑，以及造成本次事故的雷電流的能量與雷電閃擊設(shè)備的破壞效應(yīng)，分析并確定了雷電流反擊加油機(jī)的調(diào)查鑒定方法。

加油站；雷擊事故；調(diào)查鑒定法

引言

2015年6月10日13時(shí)54分，中石化臨沂第三十八加油站（以下簡(jiǎn)稱第三十八加油站）ZL2加油機(jī)起火、連接該加油機(jī)的配電箱部分開關(guān)熔斷器損壞。出現(xiàn)事故后該加油站負(fù)責(zé)人及時(shí)報(bào)告公司領(lǐng)導(dǎo)及臨沂市氣象局防雷中心，經(jīng)防雷中心技術(shù)人員的調(diào)查鑒定，分析確定為雷電反擊造成的危害，現(xiàn)將調(diào)查與鑒定方法介紹如下，以供防雷技術(shù)人員參考。

1 事故調(diào)查

1.1 災(zāi)情調(diào)查

2015年6月10日13時(shí)54分，第三十八加油站（118.40°E，35.10°N）ZL2加油機(jī)出現(xiàn)火災(zāi)事故，經(jīng)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)ZL2加油機(jī)控制線路板燒壞起火、ZL2加油機(jī)電源線路控制開關(guān)燒壞、距離ZL2加油機(jī)65cm的立柱（2#立柱）底部50cm處（距離地面），有一面積35cm×20cm的裝飾板炸開，室內(nèi)配電箱中一個(gè)熔斷器損壞。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)勘察

1.2.1 基本情況調(diào)查

第三十八加油站位于南北向道路的西側(cè)100m處，其西部與南北三面半徑500m的范圍內(nèi)無(wú)建（構(gòu)）筑物周圍，其西北側(cè)200m處為高壓架空線路（東北西南走向），加油站由二層辦公樓與7m加油罩棚構(gòu)成，加油站變壓器配電室處于加油站辦公樓的配電房?jī)?nèi)，油罐位于辦公樓的南側(cè)，采用地埋式設(shè)置方式，4臺(tái)加油機(jī)位于罩棚內(nèi)四根立柱附近，罩棚與辦公樓的上部設(shè)置了接閃帶，并且相連，在罩棚的O點(diǎn)設(shè)立了一支5m高的接閃桿，接閃桿與接閃帶等電位連接良好，辦公樓的南北兩側(cè)皆設(shè)有防雷引下線（A，B兩點(diǎn)）。加油站變電室與架空線路間采用埋地電纜穿金屬管引入，入室端金屬管與辦公樓主筋等電位連接（圖1）。辦公樓與加油罩棚對(duì)空面積為24m×18m，罩棚天面為鋼管金屬屋面，以4根鋼筋混凝土立柱支撐，立柱外掛1.2cm厚大理石，立柱鋼筋與罩棚及地基鋼筋綁扎相連，地基深為4.0m，4臺(tái)加油機(jī)距離立柱皆為65cm左右。

圖1 罩棚防雷及加油機(jī)靜電設(shè)施平面分布示意圖（單位：mm）

1.2.2 加油站防雷及防靜電設(shè)施情況調(diào)查

辦公樓頂部采用接閃帶進(jìn)行直擊雷防護(hù)，加油機(jī)罩棚頂O點(diǎn)豎有5m高接閃桿，加油機(jī)罩棚高于辦公樓50cm，加油機(jī)罩棚金屬頂棚與辦公樓接閃帶可靠焊接，接閃桿與接閃帶及罩棚圈梁、立柱立筋已進(jìn)行等電位相連，辦公樓南北側(cè)各設(shè)置一條引下線，工頻電阻為1.2?。每臺(tái)加油機(jī)皆在水泥臺(tái)附近設(shè)一根長(zhǎng)2.5m，規(guī)格為5mm×50mm×50mm角鐵垂直接地體，各接地體用4mm×40mm鍍鋅扁鐵連成閉合接地網(wǎng)，工頻電阻為1.5?。事故加油機(jī)ZL2距立柱鋼筋為65cm（圖1）。加油站罩棚各立柱及加油機(jī)間均未做等電位連接。

1.2.3 電源線路設(shè)置情況調(diào)查

加油站連接4臺(tái)加油機(jī)的線路為3相4線制線路，自變電室配電盤穿管埋地引至辦公樓、加油機(jī)及用電器。ZL1、ZL2、ZL3、ZL4加油機(jī)電機(jī)為TT接地制式，電機(jī)為380V型，電氣連接良好。加油機(jī)控制線路通過(guò)配電室內(nèi)配電盤分別進(jìn)入加油機(jī)，ZL1、ZL3、ZL4加油機(jī)采用TN-C接地制式，ZL2加油機(jī)采用TN-C-S接地制式，在加油機(jī)中中性線又進(jìn)行了重復(fù)接地，電器連接方式見圖2。

圖2 用電設(shè)備連接示意圖

1.3 受損設(shè)備及連接線路的金相與剩磁量檢測(cè)

1.3.1 受損設(shè)備與接閃器的金相檢查情況

防雷鑒定技術(shù)人員對(duì)發(fā)生爆炸的大理石破損部位進(jìn)行了仔細(xì)勘察，此處的柱筋連接部位出現(xiàn)脫焊現(xiàn)象，連接部位雖然緊密連接，但是縫隙明顯，且有銀灰色電灼跡象。沿此柱筋及罩棚頂部未發(fā)現(xiàn)異常。通過(guò)罩棚連接的O點(diǎn)接閃桿頂部出現(xiàn)明顯的銀白色灼燒跡象，并伴有凹面出現(xiàn)，凹面呈灰白色。

1.3.2 受損設(shè)備與接閃器的剩磁量測(cè)量

事故后3小時(shí)25分，防雷鑒定技術(shù)人員使用HT208型剩磁量測(cè)量?jī)x，對(duì)受損設(shè)備及其連接導(dǎo)線、事故處鋼筋、接閃桿、接閃帶等金屬構(gòu)件進(jìn)行了測(cè)量，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 檢測(cè)部位剩磁量 mT

1.4 供電系統(tǒng)過(guò)電壓調(diào)查

第三十八加油站的供電網(wǎng)絡(luò)歸屬臨沂市河?xùn)|區(qū)電力公司管理，經(jīng)對(duì)臨沂市電力公司調(diào)度室調(diào)查，2015年6月10日13時(shí)—15時(shí)期間，臨沂市河?xùn)|區(qū)供電所未出現(xiàn)電容及電感損壞及電網(wǎng)重開現(xiàn)象，該供電線路中的其他單位未曾出現(xiàn)設(shè)備損壞問(wèn)題，該時(shí)間段未曾出現(xiàn)操作過(guò)電壓情況。

1.5 周邊環(huán)境災(zāi)情調(diào)查

建立以事故點(diǎn)為中心、半徑1000m的災(zāi)情圈，對(duì)該災(zāi)情圈實(shí)施災(zāi)情調(diào)查，結(jié)果在該圈內(nèi)未發(fā)現(xiàn)災(zāi)情出現(xiàn)。

1.6 加油機(jī)處土壤電阻率

利用K-2127B接地電阻綜合測(cè)試儀對(duì)加油站土壤電阻率進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)加油機(jī)罩棚周邊3m處土壤電阻率，分別為160.5?·m、160.3?·m、160.2?·m，平均為160.3?·m。

1.7 雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)查

1.7.1 閃電定位資料查詢

通過(guò)山東省氣象局內(nèi)部網(wǎng)查詢，2015年6月10日13時(shí)—15時(shí)，山東省臨沂市出現(xiàn)閃電天氣，閃電閃擊的時(shí)間、地點(diǎn)及雷電流強(qiáng)度見表2。

表2 2015年6月10日13時(shí)30分00秒—14時(shí)21分00秒臨沂市境內(nèi)雷電數(shù)據(jù)

1.7.2 天氣實(shí)況查詢

經(jīng)對(duì)臨沂市氣象局探空資料調(diào)查，2015年6月10日13時(shí)29分—14時(shí)09分臨沂市境內(nèi)出現(xiàn)雷雨天氣，雷暴出現(xiàn)方向位于觀測(cè)場(chǎng)（臨沂市氣象局觀測(cè)場(chǎng)經(jīng)緯度為東經(jīng)118°24′、北緯35°03′）的東北部。

1.7.3 天氣形勢(shì)分析

分析2015年6月10日08時(shí)高空形勢(shì)（圖3a），臨沂處于高空冷渦的東南象限，低層850hPa為暖色控制，上干冷下暖濕，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度高，從章丘站的探空（圖3b）也可以看出雷擊事故當(dāng)天，探空曲線呈現(xiàn)為較明顯的喇叭口形態(tài)，對(duì)流層中層存在較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量，邊界層有逆溫層，有利于不穩(wěn)定能力的積累，通過(guò)T-lnP圖求出的對(duì)流溫度Tg大約為31℃左右，隨著氣溫逐步升高，到午后最高氣溫達(dá)32℃，超過(guò)了對(duì)流溫度Tg，事發(fā)地上空存在強(qiáng)烈的熱力不穩(wěn)定和動(dòng)力不穩(wěn)定，隨著對(duì)流的觸發(fā)，導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生。

圖3 2015年6月10日08時(shí)高空形勢(shì)（a）和章丘站溫度對(duì)數(shù)壓力圖（b）（藍(lán)色線為500hPa等高線，紅色線為850hPa等溫線，風(fēng)為850hPa風(fēng)場(chǎng)）

2 案情判定分析

2.1 事故痕跡分析

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析

此次事故中共造成ZL2加油機(jī)控制線路板燒壞、該加油機(jī)處的立柱大理石板炸開、與ZL2控制線路板連接的線路開關(guān)（單相）燒壞。分析三處的損壞金相，皆為高溫?zé)龘p。從其環(huán)境分析，沒有外因燒灼，也沒有供電系統(tǒng)的過(guò)電壓溫升燒灼，而罩棚立柱與供電系統(tǒng)無(wú)任何連接部位。根據(jù)接閃桿燒損部位的金相分析，該處曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)二次短路溶痕跡象，且該處的剩磁量達(dá)到16.5mT，具有明顯的閃電閃擊特征。

2.1.2 閃電定位儀資料分析

閃電定位儀資料分析，2015年6月10日13時(shí)53分54秒，東經(jīng)118.40度、北緯35.10度處出現(xiàn)一次較強(qiáng)的云地負(fù)閃電，雷電流強(qiáng)度為18.52309kA，而臨沂市第三十八加油站的經(jīng)緯度恰好與該閃擊點(diǎn)基本吻合。對(duì)事故發(fā)生地的災(zāi)情圈進(jìn)行調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)有災(zāi)情出現(xiàn)。實(shí)際閃擊點(diǎn)與閃電定位儀經(jīng)緯度的理論距離L約為：

式中：E1、E0分別為實(shí)際事故點(diǎn)與閃電定位儀資料經(jīng)度；N1、N0分別為實(shí)際事故點(diǎn)與閃電定位儀資料緯度。

考慮到閃電定位儀的實(shí)際測(cè)量定位點(diǎn)的誤差，我們確定第三十八加油站的接閃桿即為閃電閃擊點(diǎn)。

2.2 閃電閃擊點(diǎn)的分流路徑及分流情況

閃電閃擊接閃桿后實(shí)施多路徑分流，分流渠道包括了加油機(jī)罩棚的4根立柱及辦公樓的兩條引下線。根據(jù)GB50057-2010的分流系數(shù)計(jì)算，受損立柱的分流I立柱為：

式中：I為接閃桿的閃擊雷電流，取18.52309kA；KC為分流系數(shù)，取0.44。

2.3 ZL2加油機(jī)受損的物理因素

ZL2加油機(jī)附近立柱的雷電流在泄放過(guò)程中，可對(duì)周邊線路產(chǎn)生電磁感應(yīng)或者反擊，ZL2加油機(jī)周邊的電壓降Ur為：

式中：I為通過(guò)立柱的雷電流，取8.15kA；ρ為ZL2加油機(jī)附近土壤電阻率，取160.3?·m；r為加油機(jī)距離立柱的間距，取0.65m。

雷電流在泄放過(guò)程中對(duì)ZL2的接地線產(chǎn)生了反擊，接地線的感應(yīng)過(guò)電壓達(dá)393.5kV，因ZL2加油機(jī)的中性線與PE線連接，因而中性線受脈沖高電壓影響，電壓會(huì)聚時(shí)升高至393.5kV，從而造成控制線路板的L-N間脈沖過(guò)電壓升至393.28kV，該脈沖過(guò)電壓足以造成耐受沖擊電壓6KV以下的所有電氣設(shè)備永久性損壞。

3 調(diào)查鑒定結(jié)論

（1）經(jīng)調(diào)查分析，此次事故為閃電泄流過(guò)程中，立柱脈沖高電壓對(duì)加油機(jī)接地體反擊所致。

（2）雷擊事故的調(diào)查必須做到科學(xué)、精細(xì)、規(guī)范，檢測(cè)要全面，直接閃擊要確定閃擊點(diǎn)，雷電感應(yīng)要明確雷電流的來(lái)源，同時(shí)要確定是靜電感應(yīng)還是電磁感應(yīng)。

（3）調(diào)查要有較高的時(shí)效性，金屬物體的剩磁量隨著時(shí)間的推移而逐漸減小。

（4）雷擊事故的鑒定必須明確以下三點(diǎn)：第一要明確雷電閃擊的類型，是直擊雷還是雷電感應(yīng)；第二要確定雷電流的泄流通道與危害方式及破壞效應(yīng)；第三要明確危害設(shè)備的雷電流量值。

[1]中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).（GB50057-2010）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010：77-79.

[2]林建民.雷電與雷擊事故調(diào)查鑒定[M].北京：氣象出版社，2014：159-161.

S429

：B

：1005-0582（2016）04-0039-04

10.19513/j.cnki.issn1005-0582.2016.04.008

2016-04-25

李炳文（1967—），女，天津人，本科，工程師，主要從事雷電防護(hù)工作。