加油站雷電災害風險評估的實踐和探討

魏光龍

【摘 要】雷電災害風險評估就是對生命、財產(chǎn)等可能帶來潛在的雷電威脅或雷擊傷害的致災因子和承災體的脆弱性進行分析和計算，提出相應技術防范措施，對項目的建設和安全生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文參照IEC和國內(nèi)最新制定的雷擊風險評估標準，利用通用的方法對山東省淄博市桓臺縣某加油站進行雷電災害風險評估，供大家共同探討。

【關鍵詞】加油站 雷電災害 風險評估

1 引言

我國每年因雷電災害造成3000～4000人傷亡，直接經(jīng)濟損失達數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟損失則難以統(tǒng)計，產(chǎn)生的社會影響也越來越大[1]。目前，我國尚未制定有關加油站雷擊風險評估的國家標準，僅重慶等部分省市出臺了雷擊風險評估的地方標準，針對加油站、液化石油儲配站和煤礦等項目進行雷擊風險評估的《易燃易爆場所雷電災害風險評估技術規(guī)范》也未出臺[2-5]。本文參照IEC和國內(nèi)最新制定的雷擊風險評估標準，利用通用的方法對山東省淄博市桓臺縣某加油站進行雷電災害風險評估，供大家共同探討。

2 項目概況

本項目位于山東省淄博市桓臺縣果里鎮(zhèn)侯莊村，湖南路以東，坐東朝西，東西長109.83米，南北寬80米，南側(cè)儲油罐，東側(cè)為辦公、配電、庫房等一排房屋，中間為加油機及金屬罩棚，金屬罩棚內(nèi)筋作為引下線，建筑高度8.2米，為二類防雷建筑物，其平面布局見圖1。服務設施包括電源線路、通信、監(jiān)控線路和電話線路。電源線路在距離建筑物15米處采用穿鋼管、埋地敷設入戶方式；通信線路為光纖接入，監(jiān)控線路和電話線路為穿鋼管埋地敷設方式。防雷設計有雷電防護裝置，在電源配電柜內(nèi)有二級電源SPD保護，有效的等電位連接。如圖1所示。

3 雷電活動特征分析

以下雷電資料取自山東省閃電定位系統(tǒng)，以項目現(xiàn)場測量的地理位置參數(shù)（中心位置：E118°07.888′，N36°53.681′）為參考點，選取其所在區(qū)域（5km范圍內(nèi)）地閃活動5年（2006.07～2011.06）的地閃數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析得出如下結(jié)論，作為雷電風險評價的基礎參數(shù)之一。

3.1 年平均地閃密度

圖2顯示以加油站5 km半徑范圍內(nèi)地閃密度分布，加油站所在區(qū)域年平均地閃密度約為Ng=4.61次/（km2·a）。

3.2 雷電活動季節(jié)變化

對加油站5 km半徑范圍內(nèi)5年的雷電數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析， 該區(qū)域發(fā)生地閃1672次（表1）。其中該區(qū)域發(fā)生負地閃1652次，發(fā)生正地閃20次，占總地閃比率分別為98.80%和1.20%。由表1可知地閃電流強度平均值為12.06kA。

圖3為以加油站所在區(qū)域為中心方圓5km范圍內(nèi)各月閃電次數(shù)占全年的百分比，3至5月份雷電活動逐漸增強，6至7月份強度急劇加強，8月份達到全年最強，9、10月份急劇降低，而11月份至次年1月份沒有地閃發(fā)生。

春季（3、4、5月）、夏季（6、7、8月）、秋季（9、10、11月）和冬季（12、1、2月）閃電次數(shù)分別占全年總數(shù)的5.14%、91.86%、2.75%和0.24%?？梢钥闯鱿募菊急茸罡撸瑸槿昀妆┗顒拥念l發(fā)期。

3.3 雷電活動日變化

依據(jù)圖4可得出以加油站所在區(qū)域為中心方圓5km范圍內(nèi)閃電活動日變化規(guī)律：該區(qū)域閃電活動表現(xiàn)為2個高峰期，上午 7～14時為地閃活動高發(fā)時段，占比為48.99%；夜間22～03時為地閃活動高峰期，占比為30.21%； 4～6時地閃活動相對較少。

因此，建議在夏季6、7、8月份密切關注雷雨天氣活動，重點關注7～14時以及22～03時的雷電活動，提前做好各項防雷措施。

3.4 土壤電阻率

通過對該加油站現(xiàn)場勘測測定土壤電阻率平均值為6.18Ω·m，表面在測點上隨著地極間距的增大土壤電阻率測量值變化不大，土壤分布比較均勻[6]。

一般按式（1）計算[7]：

（1）

式中：為所測土壤電阻率，為季節(jié)修正系數(shù)，現(xiàn)場勘測土壤為干燥粘土，天氣為晴天，溫度為32℃，取為1.5，則=1.5×23.24=9.27Ω·m。

4 加油站雷擊風險評估

4.1 采用的評估方法

根據(jù)《汽車加油站設計與施工規(guī)范》（GB50156-2012）、《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》（GB50343-2012）等標準中的雷擊風險評估方法，雷擊風險的計算由式（2）確定：

（2）

式中，是雷擊次數(shù)，是雷擊導致?lián)p害概率，是雷擊損失。

4.2 雷擊風險評估計算

（1）年平均雷擊次數(shù)。淄博地區(qū)的雷暴日數(shù)是32d，Ng=0.1×Td=3.2次/（km2·a），而閃電定位資料顯示最近五年其Ng=4.61次/（km2·a）。雷擊加油站等效接收面積Ad=4.78×103m2，雷擊建筑物周圍250m范圍內(nèi)的截收面積AM=1.41×105m2。位置因子Cd取0.5，環(huán)境因子Ce取0.5，變壓器因子Ct取0.2。（見表2）

（2）雷擊建筑物造成的損害概率。該加油站直擊雷措施到位，取PA=10-2；該加油站為二類防雷建筑物，PB=0.05；電源系統(tǒng)設置了二級SPD，信號系統(tǒng)未設計SPD，不符合規(guī)范要求，PC（電源）=10-2，PC（信號）=1；雷擊建筑物附近引起內(nèi)部系統(tǒng)故障PM的概率取決于雷電電磁脈沖防護措施（LPM），即因子KMS的防雷措施，KMS=1×1×0.0002×（1.5/1.5）=0.0002，所以PM=2×10-4；在服務設施線路入戶處電源系統(tǒng)設置了二級SPD，信號系統(tǒng)未設計SPD，不符合規(guī)范要求，取Pu（電源）= Pv（電源）=Pw（電源）=Pz（電源）=10-2，Pu（信號）=Pv（信號）=Pw（信號）=Pz（信號）=1。

（3）建筑物雷擊風險分量的計算。該加油站工作人員較少，防護措施到位，如發(fā)生火災危險，會產(chǎn)生低程度驚慌。（見表3）

將各參數(shù)代入相應公式，表4是雷擊建筑物風險分量計算結(jié)果。

4.3 雷擊風險計算結(jié)果分析

加油站內(nèi)的人員生命損失風險R1=1.29×10-2，大于一般可接受的容許值RT=10-5，未達到防護要求，需要對建筑物的防雷措施加以完善，以降低人身傷亡風險。

加油站內(nèi)的公眾服務損失風險R2=1.52×10-4，小于一般可接受的容許值RT=10-3，達到了防護要求。

加油站內(nèi)的經(jīng)濟價值損失風險R4=1.52×10-2，大于一般可接受的容許值RT=10-3，未達到防護要求，需要對建筑物的防雷措施加以完善。

4.4 降低風險防護措施

當依據(jù)新版《建筑物防雷設計規(guī)范（GB50057-2010）》要求，將信號系統(tǒng)安裝配合的SPD，則：PC信號=PU信號=PV信號=PW信號=PZ信號=10-2。采取以上措施后，建筑物內(nèi)所考慮的各種損失的相應風險分量見表5。通過計算可以看出：加油站內(nèi)的人員生命損失風險R1=1.74×10-4，仍大于一般可接受的容許值RT=10-5，未達到防護要求，因此，只靠采取相應的防雷措施仍不夠，需通過加強對人員防雷知識的培訓，增強工作人員的防雷意識，采取“躲”的方式來降低風險。（見表5）

5 雷電防護措施和建議

（1）在防雷裝置施工期間，必須嚴格按審核批準的設計方案施工，不得隨意更改。接閃器、引下線、接地裝置等應采取符合標準設計的防直擊雷措施。在供配電系統(tǒng)的電源端應安裝與設備耐壓水平相適應的浪涌保護器，所有電子信息系統(tǒng)應采取防雷電電磁脈沖措施（如接地、屏蔽、等電位連接、合理布線及安裝浪涌保護器等）。在各強弱電間、控制室、高壓變配電室等設局部等電位聯(lián)結(jié)，相應的該處所有金屬管道、支架等金屬構架，PE線以及預埋件均與局部等電位聯(lián)結(jié)板聯(lián)結(jié)。地網(wǎng)用作電氣設備的工作接地和保護接地、防雷接地和防靜電接地，以及電信系統(tǒng)接地。埋地油罐的罐體、量油口、阻火器等金屬附件進行電氣連接并接地；加油機外殼、配電箱外殼及穿線鋼管與接地網(wǎng)可靠連接。

（2）加油站靜電安全防護措施：加油站投入使用后，注意采取人員防靜電措施和設備防靜電措施。在站區(qū)內(nèi)工作人員應穿戴防靜電工作服、鞋和手套，不得穿用化纖衣物。穿著防靜電鞋時，要考慮所穿襪子的導電性，嚴禁在鞋內(nèi)外粘貼絕緣墊。在進入站區(qū)入口處應設置消除人體靜電裝置。在灌裝汽油前，應做好拖車的接地，并與卸油口做好等電位連接。

（3）建立防雷裝置管理與維護制度。采用具有相應防雷工程專業(yè)設計和施工資質(zhì)的單位實施，工程竣工后應經(jīng)過驗收，驗收合格后方可投入使用。投入使用后，對防雷裝置的設計、安裝、隱蔽工程圖紙資料、年檢報告等，應及時歸檔，妥善保管。建立防雷裝置周期性維護和日常性維護制度，維護周期為半年，應在每年的上、下半年各進行一次全面的檢測；日常性維護應在每次雷擊之后進行，尤其是檢查SPD是否失效。

（4）建立雷電災害應急預案制度，明確崗位職責和人員以及事故處置工作流程，并每年進行一次應急演練。

參考文獻：

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[2]付朝云，李慶南，劉波.加油站雷電災害風險評估實例[J].中國防雷，2011

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