博羅縣氣象綜合探測基地觀測場“8·28”雷擊事件分析

魏永順　藍法強　邱巧勇　邱勁飚

【摘 要】目的：針對2017年8月28日發(fā)生在廣東省博羅縣氣象綜合探測基地觀測場的一次雷擊事故開展調(diào)查。方法：采用天氣雷達組合反射率圖、閃電定位系統(tǒng)資料，結(jié)合雷擊事故發(fā)生地點的地理位置、設施設備安裝情況及遭受破壞程度等進行系統(tǒng)分析。結(jié)果：此次雷擊由雷電流沿輸電線路侵入配電開關箱，致漏電開關和交流穩(wěn)壓器內(nèi)功率繼電器發(fā)生損毀，由電源端口侵入交換機電路主板，傳導至信號網(wǎng)絡，造成部分網(wǎng)絡設備故障。結(jié)論：本著“科學指導，防重于治”的原則，為減少觀測場的雷擊危害，避免類似事件再次發(fā)生，對觀測場雷電防護等方面提出整改意見。

【關鍵詞】雷擊事件;探測基地;惠州博羅

【中圖分類號】P458.121.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）07-0106-02

雷電活動具有較強的破壞性、突發(fā)性和不確定性，給人民的生產(chǎn)生活帶來極大的影響。雷電穿過引起強大的沖擊波、電磁場的劇變、電磁輻射的強度，會對地表的建（構(gòu)）筑物、設施設備和人民的生命造成嚴重的威脅。雷電災害是我國南方地區(qū)夏季頻繁發(fā)生的自然災害之一，僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災害。20世紀80年代以來，經(jīng)濟快速發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中廣泛應用電氣、電子設備，從而使雷電災害發(fā)生概率不斷增大，所造成的經(jīng)濟損失和人畜傷亡事件也相應遞增[1-6]。廣東省博羅縣屬于山區(qū)型地形，南亞熱帶季風氣候。羅浮山和象頭山兩大山脈的突起，導致氣候極不穩(wěn)定，夏季時有雷暴天氣產(chǎn)生，年平均雷暴日約81.1 d，屬于雷電頻發(fā)區(qū)。雷暴天氣來時，時有發(fā)生建（構(gòu)）筑物、電器設備等被雷擊的事件。根據(jù)廣東省雷電災害實例匯編統(tǒng)計，2009—2015年6年間，惠州市共發(fā)生雷災111宗，造成17人受傷，5人死亡，直接經(jīng)濟損失達430多萬元，間接經(jīng)濟損失達1 400多萬元。其中，博羅縣發(fā)生雷災20宗，造成17人受傷，直接經(jīng)濟損失為49萬元，間接經(jīng)濟損失為130萬元。

由于周圍環(huán)境、地理位置差異，所以雷擊的形成特性也有很大區(qū)別，從防災減災方面出發(fā)和考慮，非常有必要對雷災事故個例進行特征分析。博羅縣氣象綜合探測基地觀測場于2015年1月1日正式建成投入使用，目前尚未有雷擊事件的統(tǒng)計分析，因此本文針對2017年8月28日發(fā)生在觀測場的一次雷擊事件（簡稱“8·28”），利用1960—2018年博羅縣城（博羅觀測場舊站）雷暴日（2014年后采用雷電定位儀資料進行轉(zhuǎn)換）、2009—2018年閃電數(shù)據(jù)和雷擊事件等資料進行統(tǒng)計分析，并通過天氣雷達組合反射率圖和閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)資料，以及雷電學原理對事故進行系統(tǒng)分析，同時結(jié)合事故現(xiàn)場的勘察，對此次事故區(qū)域的雷電環(huán)境特殊性進行了總結(jié)分析，提出了更為全面的雷電防護方案。

1 “8·28”雷擊事件概況

據(jù)該觀測場的工作人員口述，2017年8月28日9時50分左右，博羅縣氣象綜合探測基地觀測場及其附近出現(xiàn)了強對流天氣，隨著雷聲過后，網(wǎng)絡設備和監(jiān)控設備無法正常工作。此次雷擊事件無人員傷亡，建筑物無損壞，設備損壞包括浪涌保護器1個、漏電保護器1個、計算機2臺、網(wǎng)絡設備（路由器、交換機、光纖）4臺、監(jiān)控攝像頭1個、生物舒適度觀測站1臺、新型站采集器1個、能見度儀一臺、藍天觀測儀1臺，造成直接經(jīng)濟損失11.5萬元，間接經(jīng)濟損失13.5萬元。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，配電箱里的漏電保護器爆裂，有明顯的燒焦痕，交換機外殼底部被燒穿孔，拆開發(fā)現(xiàn)主板被燒穿，8號網(wǎng)口和電源口有燒痕（如圖1所示）;交流穩(wěn)壓器內(nèi)功率繼電器有燒痕。漏電開關進線口處剩磁為0.55 mT、出線口為0.22 mT;觀測場東面的接閃桿下部的剩磁測得最高為0.2 mT，觀測場西面的接閃桿下部的剩磁測得最高為0.15 mT，生物舒適度測量儀為0.22 mT。

因此，根據(jù)現(xiàn)場剩磁測試儀的測試結(jié)果，未遭受雷擊的鐵基金屬為0.02 mT，現(xiàn)場測試結(jié)果均10倍以上高于此判定值，判定此次事故為雷擊造成。本次事故區(qū)域沒有直接雷擊記錄，根據(jù)檢測記錄為附近雷擊感應，判定事故是雷電流沿輸電線路侵入造成的。雷電流沿線路至配電箱開關，導致漏電開關和交流穩(wěn)壓器內(nèi)功率繼電器發(fā)生損毀。根據(jù)剩磁測試結(jié)果推斷，雷電流由電源端口侵入交換機電路主板，傳導至信號網(wǎng)絡，造成部分網(wǎng)絡設備，也造成與網(wǎng)絡設備相連接的觀測場生物舒適度觀測儀、新型站采集器、能見度儀、藍天觀測儀等觀測設備出現(xiàn)故障。

2 博羅縣城雷暴日數(shù)和雷擊事件統(tǒng)計

統(tǒng)計1960—2018年共59年博羅縣城雷暴日數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，博羅縣城年平均雷暴日數(shù)約81.2 d，月平均雷暴日數(shù)如圖2所示，大致呈單峰型分布，主要集中在4—9月，其中8月為峰值，平均達16.62 d，最大為1975年的26 d，也就說，8月為博羅縣的雷暴最活躍期。從2009年以來的發(fā)生在博羅的雷擊事件統(tǒng)計來看，共有21次雷擊事件，其中10次發(fā)生在博羅縣城及其周邊地區(qū)，從發(fā)生時間統(tǒng)計來看，5、6和8月分別出現(xiàn)3次，9月出現(xiàn)1次。因此，8月為博羅縣城雷暴和雷擊事件頻發(fā)、易發(fā)時段。

3 “8·28”雷擊事件影響因素分析

雷擊事件的發(fā)生跟當時的強對流天氣密不可分，同時與事發(fā)地的地理位置，以及觀測場內(nèi)儀器的分布位置等息息相關。

（1）天氣形勢分析。通過對2017年8月27—28日的天氣情況進行分析，此次雷擊事件發(fā)生在1715號臺風“帕卡”（強熱帶風暴級）登陸減弱后的外圍殘余環(huán)流里，28日凌晨，臺風中心已移至西南部，08：00停止編號，臺風強度雖已減弱，但其后部仍有強盛的西南氣流，同時在副熱帶高壓西側(cè)氣流的影響下，在海南島東側(cè)至珠江口東側(cè)一帶有對流云系不斷發(fā)展，08：30—10：30的雷達回波動態(tài)圖有一條明顯的東南偏南-西北偏北螺旋對流雨帶經(jīng)過博羅觀測場上空。

結(jié)合閃電數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，閃電范圍并不是很大，但在09：36—10：00有小范圍的閃電群自南向北移動，博羅觀測場周圍出現(xiàn)較密集的閃電。根據(jù)09：54—10：00閃電觀測數(shù)據(jù)顯示，觀測場上空出現(xiàn)了閃電現(xiàn)象。同時，結(jié)合事故現(xiàn)場GPS測試數(shù)據(jù)，廣東省惠州市博羅縣羅陽鎮(zhèn)黎村大嶺古山（即觀測站位置）3 km范圍內(nèi)，09：20—10：20共發(fā)生2次閃電，其中最疑似雷擊記錄為09：47，雷電流強度為-66.6 kA。閃電記錄時刻與雷擊發(fā)生后儀器出現(xiàn)故障時間比較接近。

（2）博羅觀測場環(huán)境分析。博羅縣氣象綜合探測基地觀測場位于廣東省惠州市博羅縣羅陽鎮(zhèn)黎村大嶺古山，地勢較高，其西面和北面為山地丘陵地貌，南面和東面為東江流域，地勢比較平坦。

根據(jù)《建筑物防雷設計》（GB 50057—2010）的規(guī)定，雷擊次數(shù)計算公式如下：

其中，K為校正系數(shù)，博羅探測基地屬于山坡，所以取值為1.5，Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均雷周密度，Ng=0.1Td，Td為年平均雷暴日，博羅縣近54年年均雷暴日為81.1d，Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積，L、W、H分別為觀測場長寬高，分別為25 m、25 m和17 m（以風塔為高度），帶入公式計算得出觀測場的年預計雷擊次數(shù)N=0.16（次/a）。按照建筑物防雷分類可得出該建筑物屬于易遭受雷擊的三類防雷建筑物。因此，該觀測場所處區(qū)域為屬于雷暴易發(fā)區(qū)。

4 防范措施及對策

為了減少觀測場的雷擊危害，避免類似事件再次發(fā)生，根據(jù)《關于加強業(yè)務系統(tǒng)雷電防護工作的通知》（粵氣〔2007〕132號）、《地面氣象觀測場（室）防雷技術規(guī)范》（GB/T 31162—2014）和《氣象臺（站）防雷技術規(guī)范》（QX 4—2015）的要求，提出以下幾點應對措施：①在守班室所在建筑物地面層處接地裝置與金屬裝置、建筑物金屬體、建筑物內(nèi)系統(tǒng)、進出金屬管線進行等電位連接。②有進入守班室的金屬管線，均在LPZ0B和LPZ1交界處與建筑物的基礎接地進行等電位連接。③對雷擊電磁場敏感程度較高的設備應置于具有屏蔽功能的機柜內(nèi)。機房內(nèi)電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜外層、防靜電接地、安全保護地、SPD接地端等均應以最短的距離與等電位連接網(wǎng)絡連接。④室外觀測儀器設備數(shù)據(jù)傳輸線路、配電線路應分槽穿金屬管或金屬線槽敷設，并應與接地干線多點連接，宜每隔5～10 m連接一次。⑤室外觀測儀器設備金屬外殼應就近與接地干線進行電氣連接，其連接部位應做防腐處理。⑥該場站為國家一般站，惠州市年均雷暴日大于60 d，應劃分為一級防雷氣象站，低壓配電系統(tǒng)宜安裝3級SPD進行保護，除現(xiàn)有的總配電柜SPD外，尚需在分配電盤上安裝第二級SPD，在設備前端安裝第三級SPD，所裝SPD參數(shù)、級間能量配合應符合有關標準規(guī)范要求。

5 總結(jié)

博羅縣氣象綜合探測基地觀測場地處城鄉(xiāng)接合部，回填土層較厚，地阻值較高，在建成初期使用臨時農(nóng)電線路供電，處于雷暴易發(fā)區(qū)，年平均雷暴日為81.2d，是發(fā)生雷災的高風險地區(qū)。此次雷擊事件發(fā)生在臺風殘余外圍環(huán)流引發(fā)的強對流天氣下，觀測場3 km內(nèi)有雷聲，并伴有閃電現(xiàn)象，為雷電感應造成的損失。鑒于現(xiàn)場勘查找到的設備損害點，可以更有針對性地進行新的雷電防護方案。此次雷擊并不是直擊雷引起，但同樣應高度重視，并總結(jié)經(jīng)驗改進方案。

參 考 文 獻

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