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規(guī)范》和《民用航空通信導航監(jiān)視設施防雷技術規(guī)范》（設計規(guī)范）。雷達站檢測對象涉及建筑物、計算機場所、鐵塔、通信設備等不同類型，檢測流程因各對象對應防雷設計規(guī)范不一，一定程度上影響了檢測效率和檢測結果。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。雷電初日出現在01-07（成都市簡陽市），閃電強度為﹣31.2 kA；雷電終日出現在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共有廣元、宜賓、成都共7 個雷達站。廣元2019 年出現雷電活動次數為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最多。結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 雷達站防雷檢測關鍵技術

近3 年西南空管局雷達站共遭受雷擊7 次，造成設備損壞項15 件，造成經濟損失176.6 萬元。7 次雷擊事故均為雷電波入侵設備機房造成電子設備原件損害，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、地方標準的基礎上結合現場條件進行更加嚴格的雷電防護措施。

整理歷年檢測數據，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，參照檢測對象對應各防雷設計標準，包括：GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》、GB 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》、GB 50689—2011《通信局站防雷與接地工程設計規(guī)范》、GB/T 33676—2017《通信局站防雷裝置檢測技術規(guī)范》、DB51/T 1325—2011《無線電監(jiān)測站防雷技術規(guī)范》（已過期）、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工與質量驗收規(guī)范》、MH/T 4020—2006《民用航空通信導航監(jiān)視設施防雷技術規(guī)范》、DB51/T 853—2008《計算機信息系統(tǒng)及場（站）防雷裝置檢測技術規(guī)范》，并結合近三年各雷達站遭受雷擊事故頻繁，室內電子設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，雷達站內設備多且重要，遭受雷擊風險較大，結合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

接閃器的材料規(guī)格應符合GB 50057—2010 中第4.3 節(jié)、第5.2 節(jié)的要求。檢測時應檢查接閃器的安裝位置、類型、敷設方式及材料。檢測時測量接閃器的規(guī)格、網格尺寸、固定支持件的間距等，測量與被保護的建筑物、設備之間的相關數據，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狀。接閃器應焊接飽滿、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大于0.2 Ω。測量各接閃器的接地電阻值，是否符合設計要求，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、線纜等設備設施應處在直擊雷保護范圍之內的LPZ0B 區(qū)。雷達機房屋面接閃桿與其保護的金屬設備的間距不宜小于3 m。接閃網（帶）應在沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設。接閃桿應相互連接，并就近連接至引下線。接閃器的規(guī)格、材質應符合GB 50057—2010中5.2 的規(guī)定。檢查天線塔平臺外沿應設置一均壓環(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主鋼筋或其他金屬構件敷設。建筑物的消防梯、鋼柱等金屬構件宜作為引下線的一部分，其各部件之間均應連成電氣通路。專設引下線不應設置在雨水排水管道內，也不宜設置在排水溝槽內。引下線的敷設方式、材料規(guī)格應符合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，如果塔身金屬構件電氣連續(xù)性不可靠時，應使用40 mm×4 mm 的熱鍍鋅扁鋼設置2 根專門的接地線。天線塔位于機房附近時，宜利用天線塔基礎作為接地體，并在基礎外設置環(huán)形接地網，用40 mm×4 mm 的熱鍍鋅扁鋼將環(huán)形接地網與天線塔腳基礎內的金屬構件焊接連通；天線塔地網應與監(jiān)測站附屬建筑物地網在地下焊接連通，天線塔地網與機房地網之間可每隔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接地電阻不應大于1 Ω。在接地電阻無法滿足小于1 Ω的地區(qū)，應在鐵塔地網遠離機房一側的鐵塔兩腳加輻射性接地體。

2.2 接地裝置防雷檢測關鍵技術

雷達站內每一建筑物應利用建筑物內的金屬支撐物、金屬框架或鋼筋混凝土的鋼筋等自然構件、金屬管道、低壓配電系統(tǒng)的保護性接地等與外部連接構成共用接地系統(tǒng)。雷達站根據條件可采用合設接地方式，也可采用分設接地方式。分設接地方式由接地體、接地引人線、地線盤及室內接地配線組成。分設接地方式設置的不同接地體間的距離均應大于20 m。接地裝置的材料要求、埋設深度和間距等要求應符合GB 50057—2010 第5.4 節(jié)中的規(guī)定。首次檢測時應查看隱蔽工程記錄，檢查接地裝置的安裝形式、結構和安裝位置，檢查接地體的埋設間距、深度、安裝方法，檢查接地裝置的材質、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置，測量其接地電阻值是否符合設計要求。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涂調和漆，地下部分應涂機械油，但接地體除外；引接線截面積符合設計要求。雷達站機房可設專用垂直接地干線。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。各樓層設置的接地端子板應與垂直接地干線連接。垂直接地干線宜在豎井內敷設，通過連接導體引入設備機房與機房局部等電位接地端子板連接。垂直接地干線應做防腐處理，應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鍵技術

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 形網形結構。室內應設置等電位連接帶。應檢查室內電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設備防靜電接地、安全保護接地、功能型接地是否應以最短距離與接地基準點網絡連接，同時其過渡電阻不應大于0.2 Ω。應檢查電子系統(tǒng)的所有外露導電物應與建筑物的等電位連接網絡是否做功能性等電位連接，電子系統(tǒng)不應設獨立的接地裝置。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，所以其接地電阻應按50 Hz 電氣裝置的接地電阻確定，不應大于按人身安全所確定的接地電阻值必須按接入設備中要求的最小值確定，其接地電阻要求應不大于1 Ω。檢查在屋面敷設的各類電源線、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)域交界處宜增設等電位連接排。檢查雷達機房電子信息線路需合理布線，應效減少感應環(huán)路面積。檢查通信局站范圍內不宜架空走線。檢查室內走線架及各類金屬構件必須接地，各段走線架之間必須采用電氣連接。檢查GPS 天線設在樓頂時，GPS 饋線嚴禁與接閃器纏繞。檢查鐵塔上架設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，連接線的截面積應小于10 mm2的多股銅線。

3 結論

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雷達站機房應設專用垂直接地干線；⑤雷達站應采取饋線兩端接地、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。