贵阳市乌当区新添加油站雷电风险评估

陈 军，滕万里，张 丽

(1.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300;2.贵州省清镇市气象局，贵州 清镇 551400;3.贵州省绥阳县气象局，贵州 绥阳 563300)

1 引言

雷电风险评估既是指导与统筹防雷工程设计以及防雷工程施工的需要，也是科学防雷、规范防雷的重要工作。为了减少或避免贵阳市乌当区新添加油站(以下简称新添加油站)遭受雷击而引起雷电灾害，为了科学的指导防雷设计和施工，对项目进行了雷击风险评估，计算出该项目的风险值与最大容许值进行比较，通过对资料数据的具体分析，计算出风险值是否达到容许范围值，并提出完善整个防雷装置的建议，使防雷装置达到良好的防护作用。

2 相关数据来源与分析

2.1 数据来源

乌当区气象局40 a气象观测资料(1966—2005年);贵州省雷电监测网近5 a闪电资料(2006—2010年)、以新添加油站项目现场测量的地理参数为基准点3 km范围的闪电资料。地理位置参数:26°33'35.4″N，106°30'36.7″E。

2.2 乌当区40 a气象观测数据分析

乌当区1966—2005年气象观测数据统计表明:乌当区年平均雷暴日为49 d;雷电活动主要发生在3－9月，月平均雷暴日接近6 d。雷暴日最多的年份为1979年的60 d;雷暴日最少年份为1966年的23 d。初雷日最早为1月3日发生在1987年;终雷日最晚为12月27日发生在2004年;初终间跨度最长的年份为2004年，从1月10日—12月27日。

2.3 贵州省雷电监测网数据分析

乌当区近4 a地闪数据显示:该地域地闪主要活跃在15－03时，90% 的地闪都发生在这个时段，04－14时地闪相对较少，约10%的地闪发生在这个时段。

新添加油站(3 km半径)区域范围内雷电流参数:雷电流的平均值为16.6 kA，最大正闪强度为157.8 kA，最大负闪强度206.9 kA。

项目3 km半径区域范围地闪密度为68次/km2·a，采用该值作为雷电风险计算参数。

2.4 土壤电阻率

本文中所用的土壤电阻率数值来源于在贵州贵阳市乌当区新添加油站项目所处区域现场采集的数据。所测量土壤电阻率为地表至地下5m土壤层的平均土壤电阻率，其值为1 059Ω·m。

3 评估项目概况

新添加油站地处贵阳市乌当区新添大道，占地面积约7 000 m2，建筑面积400 m2。加油站分为两部分:北面为附属用房、综合楼、运动场等辅助区;南面为卸油区、加油区和储油区、站房和配电房等。其中卸油区位于辅助区的南面，采用密闭卸油方式，以减少油气挥发造成的危害。加油区位于卸油区的东南面，包括站房和加油棚。站房内设有休息室、办公室和收款室等功能部分;站房南面与站房相连接的为加油棚，2排加油岛和8台加油机。

3.1 建筑物本身主体形状

根据设计图纸，新添加油站项目建设内容包括厕所、杂物房、配电房等辅助区及站房和加油棚，加油棚与站房相连接称为站区。厕所、杂物房、配电房在建筑上作为一个单体进行评估，称为辅助区。

站区加油棚长度32.9 m、宽度28.0 m、高度12.0 m;辅助区附属房建筑主体长度24.4 m、宽度6.2 m、高度12.7 m，综合楼为拟建工程，对其不作评估。

3.2 建筑物内的设备

加油区内有2排加油岛和8台加油机。储油罐区位于加油岛和车道下面，设计有4个埋地的卧式罐，包括容积为30 m3的0#柴油罐1个，30 m3的90#汽油罐1个，30 m3的93#汽油罐1个，30 m3的97#汽油罐1个。辅助区配电房内设有1台30 Kw柴油发电机作UPS。以上各单体内的设备通过工艺管线连接。

3.3 伤害的影响

在建筑物内或建筑物户外距离建筑物3 m以内区域中的人员接触和跨步电压有可能造成伤害的影响:根据建设项目的特点，平时工作人员共计8人，而运营时平均活动人员约35人/h。站区内金属构件和管道较多，接触和跨步电压有可能对人员构成伤害。

3.4 各类入户金属管线特性

新添加油站辅助区内设配电房，电力线缆采用套金属管埋地方式引入，配电房内设有一台30 kW柴油发电机作UPS。所有用电设备的电源由配电房提供，站内主要的用电设备有加油机、空调、收费电脑，照明设备等。

3.5 线路敷设状况

供配电系统采用TN－S系统，由发配电间引出的VV22型电力线缆、RVV型控制线在行车道内均穿PVC阻燃塑料管后，敷设于专用电缆沟内。电力线穿钢管埋地敷设。除加油棚内照明导线穿热镀锌钢管DN15明敷设外，其余照明导线在室内均穿PVC阻燃塑料管暗敷设，在室外穿钢管保护埋地暗敷设。该加油站低压电源进线进户后零线必须重复接地，其接地电阻值要求不＞10Ω，该加油站要求PE线与N线应绝对分开。低压配电系统母线加装电源电涌保护器SPD，进行过电压保护。

3.6 新添加油站项目雷击风险评估相关特性对应数据

①根据提供的设计图纸及现场勘测得到的建筑特性与对应数据如表1～表4所示:

表1 新添加油站站区建筑特性与数据

表2 新添加油站辅助区附属房建筑特性与数据

表3 新添加油站项目入口区域特性

表4 新添加油站内部区域特性

②根据设计图纸、现场勘测结果得到电气特性与对应的数据如表5所示。图纸未设计有通讯线缆的安装和铺设情况。本报告对通讯线缆的雷电灾害风险不作评估。

表5 新添加油站项目低压电缆及室内设备特性与数据

4 风险估算

4.1 建筑物年预计雷击次数

4.1.1 建筑物及入户设施的截收面积 新添加油站站区建筑物每年的截收闪电面积:

新添加油站辅助区附属房每年的截收闪电面积:

所以:Ad=Ad1+Ad2=16 438.4(m2)

新添加油站建筑物附近地面的截收闪电面积(辅助区的附近地面区域在站区所占附近地面区域内):

新添加油站低压电线缆的截收闪电面积:

新添加油站低压电线缆附近地面的截收面积:

4.1.2 新添加油站年预计雷电闪击次数 建筑物年预计闪击次数为:

建筑物附近地面的年预计闪击次数为:

低压电线缆的年预计闪击次数为:

低压电线缆附近地面的年预计闪击次数为:

所以，总的入户线缆的年预计闪击次数为:

总的入户线缆附近地面的年预计闪击次数为:

4.2 人员伤亡风险

4.2.1 人员伤亡损失量值 Lt、Lf和LO的值由于确定困难，故均取典型平均值。

Lt的取值为:加油站入口区域Lt=10－5，加油站建筑内区域Lt=10－2，

Lf的取值为:Lf=5×10－3;LO的取值为:LO=10－2。

4.2.2 分量计算 RA为在加油站建筑物外3 m入口区域内因接触和跨步电压引起的人员伤亡风险，此风险只存在于建筑物入口区域。

加油站建筑物入口:

RB是由于雷击建筑物产生危险的电火花引起燃烧或爆炸引起的物质损害，这种损害还可能危害到周围，造成人员伤亡损害:

RV是因雷击电流通过低压电缆传导引入导致燃烧或爆炸，而造成的物质危害，并可能造成人员伤亡的损失。由低压电缆引入的雷电流造成的损害风险分量为:

总RV=电源线RV1=8.00×10－6

加油站虽具有爆炸风险，在前面说明中指出其电子装置(主要针对加油机)失效不足以立即危及人类生命，故风险风量 RM、RC、RW、RZ的值作 0处理。加油站采用电缆套金属管埋地进线，故入户线路的雷击电流当人员接触电压导致生命损害的风险RU做0处理。

4.2.3 各类风险总量 雷电闪击而造成人员伤亡损失的总风险

4.2.4 与损害源相关的风险 直接雷击对建筑物闪击的风险

损害源为S2，S3和S4:

4.2.5 与损害类型相关的风险 R=RS+RF+RO

接触和跨步电压对人员伤亡损害的风险:RS=RA+RU

物质损害的风险:

电气和电子装置失效的风险:R0=RM+RC+RW+RZ=0

5 评估结果和防雷装置完善建议

5.1 评估结果

根据国际防雷标准规定［5］:雷击造成人员伤亡损失的最大风险可容许值RT=1.00×10－5。而在本论文中由雷击造成的人员伤亡损失风险R=1.64×10－3＜RT，超出可承受的范围。

5.2 防雷装置完善建议

5.2.1 外部防雷装置 新添加油站站区的外部防雷装置按二类防雷建筑设计，辅助区的外部防雷装置按三类防雷建筑设计。

5.2.2 内部电缆线及金属管道接地 加油枪及站区内所有金属管道、线缆金属屏蔽层、金属构件、外壳均应与接地装置相连。低压配电线路安装两级SPD，首级通流容量不＜60 kA。卸油口及油罐区安装导除人体静电装置，宜与站区防雷接地体保持电气连接，若采用单独接地，要求其接地电阻不＞30 Ω。法兰盘应采取跨接措施。防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统接地宜采用联合接地，接地电阻不＞4Ω。降低防雷接地装置的接地电阻可采用下列方法:采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度;接地体埋于较深的低电阻率土壤中;采用降阻剂;换土。

5.3 完善措施后的风险

5.3.1 各类风险总量 由雷电闪击而造成人员伤亡损失的总风险

5.3.2 与损害源相关的风险 由于直接雷击对建筑物闪击的风险

损害源为S2，S3和S4:

由于RM=0 RU=0 RW=0 RZ=0

则Rl=RV=2.4×10－7

5.3.3 与损害类型相关的风险 R=RS+RF+RO

由于接触和跨步电压对人员伤亡损害的风险:

物质损害的风险:

由于电气和电子装置失效的风险:

综上采取相应措施后，雷电风险值降至规范规定可承受的范围(1.00×10－5)。

6 结论

本文根据气象资料及闪电定位议资料分析，可得到新添加油站项目所在地雷暴日数为50 d，3 km半径地闪密度为6.8次/km2，属于强雷区。计算出人员伤亡损害的风险R=1.64×10－3＜RT=1.00×10－5，超出可承受的范围，存在着防雷安全隐患。通过增加防直击雷设施、防感应雷设施及防雷电波设施的方式，完善防雷装置，加强雷电的防护后。计算出 R=4.32×10－6＜ RT，达到容许值范围，从而减少或避免雷击事故发生的人员伤亡或者财产损失。

［1］张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用［M］.北京:北京师范大学出版社，2007.

［2］叶蜚誉.关于雷击风险评估的若干问题［J］.电气工程应用，2007，(02).

［3］赵东，等.石化行业雷击风险评估技术方法应用［J］.陕西气象，2008(4).

［4］史雅静.涂山山雷击风险评估方法初探［J］.湖北气象，2008(2).