民航雷达站雷电灾害风险评估
2012-12-25李铭王淑一张宇峰
李铭，王淑一，张宇峰
（1.大连市雷电防护中心，辽宁大连 116001；2.七台河市气象局，黑龙江七台河 154600）
民航雷达站雷电灾害风险评估
李铭1，王淑一1，张宇峰2
（1.大连市雷电防护中心，辽宁大连 116001；2.七台河市气象局，黑龙江七台河 154600）
基于雷电定位数据的分析,采用定位误差圆覆盖法配合环境因素定性提取区域雷击风险因子,依据地形地貌及建筑物属性等进行地理空间区划,分析雷暴活动时空频率分布特性,判定风险致因,评定风险大小,对其中最关键的风险进行处理,选择并实施应对方案,以避免风险或控制,降低风险并使之达到可接受的程度。
风险评估；雷达；民航
1 引言
随着航空运输业的发展，越来越多的电子设备应用于民航系统。尤其是用于航路管制的雷达设备，因其特殊的功能和作用，一般都建在地势较高的地方，它们受到雷击的可能性最大，雷击成为电子设备损坏的主要原因。航管雷达对保证民航飞机安全飞行、航班正常、提高空中交通管制效率具有重要的作用,而航管雷达站准确合理的选址、规划和采取有效的防雷措施是保障雷达性能、有效作用和降低航管雷达故障频率的重要条件。
为准确把握雷达所在区域雷电活动规律，指导防雷设计，减少或避免雷击而引发的雷电灾害，进行雷电灾害风险评估，可为区域规划及防雷减灾提供可靠依据。
2 概况
雷达塔地上5层，框架结构，塔高20 m，雷达塔基座标高241.44 m，属二类高层公共建筑。附属用房（含机房、油机房、水箱间、配电间及警卫、生活用房）地上2层，框架结构，建筑高度10 m，属多层公共建筑。
3 大连雷暴的时空分布与气候特征
大连市1971-2009年气象观测资料分析表明：大连市年平均雷暴日为20.5 d;雷电活动主要发生在4-10月，月平均雷暴日接近2 d。雷暴日最多的年份为2007年，天数为31 d；雷暴日最少年份为1999，天数为11 d。初雷日最早为1月，发生在1991年；终雷日最晚为12月25日，发生在2009年；初终间跨度最长的年份为1991年，从1月至11月。
雷暴日仅仅反映了某区域大致的雷电活动规律，但不能准确表征地面落雷的频繁程度、雷暴强度。因此，在进行建（构）筑物年雷击次数的估算、雷击风险计算时，本文中的雷达站（半径5 km）年平均雷暴天数采用实际雷电监测网数据。根据闪电定位资料分析计算，雷达站年平均雷暴天数为39 d。雷电活动主要发生在4-10月，88%以上的地闪都发生在这7个月，月平均雷暴日接近5 d，最高8 d，6-8月份为雷电多发期。
4 雷电风险估算
雷达系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数
式中：Nc为直击雷和雷电磁脉冲引起的雷达系统设备损坏的可接受的最大年均雷击次数。
式中：C为各类因子之和；C1为设备系统所在建筑物材料结构因子，该主体结构均为钢筋混凝土材料，C1取1.0；C2为设备系统重要程度因子，集成化程度较高的低压微电流设备，C2取3.0；C3为雷达系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力因子，C3取3.0；C4为雷达系统设备所在雷电防护区的因子，电子系统在LPZ2区时，C4取0.5；C5为雷达系统发生雷击事故的后果因子，产生严重后果时，C5取1.5；C6为区域雷暴等级因子，多雷区C6取1.0。
由上述各因子可得到：
再由公式：E=1-Nc/N=1-0.0183/2.1可以计算出雷达设备系统雷击电磁脉冲防护等级E=0.99。
因为E＞0.98，所以雷达站电子信息系统雷击电磁脉冲防护等级为A级。
公式NF=0.04e0.015Hs·Ng，可以确定高度为HS（m）的独立避雷针年预计雷击次数。
对于雷达所处区域：Ng=3.9次/km2·a,避雷针高度为1 m，故NF=0.16。
由于0.16＜0.226，所以原有的1 m独立避雷针不能完全保护雷达塔楼。
5 评估结论
（1）根据风险计算结果：雷击风险R1=55.98×10-5，大于评估标准规定的可接受风险值R＝10-5；
（2）根据现场勘测，雷达站所在土壤电阻率约为2 137 Ω.m，属于典型高土壤电阻率区域，交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地、防雷接地等应共用接地装置，其接地电阻值应≤1 Ω；如设备或系统有特殊要求，则以系统或设备要求为准。
（3）从建筑物的各项风险组成可见，RM的值占所有风险值的93.8%，可以得出雷击建筑物附近因LEMP造成的内部系统故障占绝大部分，所以加强雷达站防雷击电磁脉冲的措施更显得尤为重要。
（4）经计算，雷达站需增加以下雷击防护措施：
在安装雷达天线基座的平台上，应安装不少于2支的避雷针或避雷线接闪，避雷针数量、高度等用滚球法计算确定。当雷达天线基座的平台高度较低时，可在地面架设独立避雷针或架空避雷线接闪。
建筑物内的金属构件进行完善的等电位连接，并作良好接地；外露的金属构件、金属设备、引下线等有接触电压和跨步电压危险的区域采取警示措施。
低压供电线路采用屏蔽电缆，屏蔽层的单位长度电阻应满足5＜RS≤20 Ω/km，采用屏蔽电缆时其屏蔽层应在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接并接地。
机房采取完善的屏蔽措施，包括使机房墙体中的钢筋进行良好的电气连通，使之成为一个完整的法拉第笼,并做良好接地。
电子信息系统应采取A级防雷措施进行保护。
1002－252X（2012）03－0039－02
2012－6－1
李铭（1984-），男，辽宁省大连市人，沈阳工业大学，本科生，助理工程师.
