新一代天气雷达站防直击雷安全性能评价

李 萍，蔡河章，张泉锋，管 超

（福建省三明市气象局，福建 三明365000）

1 引言

气象雷达站的防直击雷不但关系到雷达站自身的安全，而且关系到能否准确提供气象灾害信息，关系到政府部门能否迅速传递防灾减灾决策，关系到人民生命财产的安全问题［1］。有关新一代天气雷达也有一些其他研究［2］，如对强对流天气的预报［3］、雨量［4］、人工增雨作业效果等。为使雷达设备的防直击雷的抗扰性能达到要求，本文根据福建省三明市新一代天气雷达站址的周边环境，就其防直击雷措施进行了详实的论述，以期获得减少雷害，使雷达系统能正常发挥其作用。

2 自然环境概况

2.1 气候概况

福建省三明市泰宁县地处福建省西北部，属于中亚热带季风型山地气候，每年的3～6月为雨季，同时也是雷暴多发时期。年平均降水量为1787.2mm，相对湿度为84%，平均年日照时数为1606.7h，年太阳辐射量4316.17MJ/m2［5］，50年来平均无霜期为275d［6］。

2.2 地形及地貌概况

新一代天气雷达站位于东经117°04′50″，北纬27°00′31″，海拔1700m。雷达站塔楼及裙楼均设在峨眉峰山顶上，除了距雷达站塔楼中心点20m左右的东北方向有一微波站及一铁塔外，其余周边均为山坡空地。

3 雷达站防直击雷安全评价

3.1 接闪器安全评价

3.1.1 建筑物的直击雷防护

（1）塔楼及裙楼的直击雷防护。防直击雷接闪器直接利用屋面的建筑钢筋组成暗装接闪网；并在屋面距外沿100mm处敷设一圈明设接闪带，材料φ12热镀锌圆钢，支撑卡高度100mm，间距80cm。屋面上所有金属构件或外露金属管道均用φ12热镀锌圆钢与接闪网（带）焊接联接。接闪带、网均应互相焊接联接。

（2）塔楼的侧击雷防护。混凝土的钢筋互相连接，其连接要求，构件内有箍筋或成网状钢筋，其箍筋与钢筋的连接，钢筋与钢筋的连接采用土建施工的绑扎法；单根钢筋、圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接采用焊接。结构圈梁中的钢筋每层连成闭合回路保证电气连通，就近与防雷装置引下线焊接。外墙上的栏杆、门窗、幕墙等较大的金属物与防雷装置连接。竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。由于雷达站塔楼（含天线罩）的高度为45.592m，除了做好以上措施外，还从一层起每隔6m设置一圈水平接闪带，以防止侧击雷，同时也可起到均压的效果。水平接闪带在土建一并施工。

3.1.2 雷达天线的直击雷防护

雷达天线的直击雷防护，采用3支等高接闪杆，接闪杆的布置位置分别为西南、东偏南15°、北偏西15°，每根接闪杆间隔120°。接闪杆基座布置在27.4m高的平台上（此处承受力最大），与天线罩的距离3.1m。避雷针针身长度23.6m，由两部分组成：①雷达天线仰角零度下边缘以下部分采用内径150mm的无缝热镀锌钢管，钢管长7.6m；在距离基座4.2m处采用两根直径60mm的热镀锌钢管作为抓手将接闪杆与塔楼进行第二点固定。②在雷达天线仰角零度下边缘以上使用高强度玻璃钢接闪杆，设计风速60m/s；接闪杆长16m，其内使用截面积50mm2多股铜芯线实现接闪器与金属支撑杆的电气连接（图1）。

图1 接闪杆安装位置示意

3.2 引下线安全评价

利用塔楼沿四周外侧构造柱内的主筋作为建筑物防直击雷引下线，且自下而上通长焊接连通，下部与独立基础底部钢筋焊接连通，上部与塔楼8层露面水平圈梁主钢筋及接闪带焊接连通。

3.3 接地装置安全评价

雷达站接地采用共用接地系统，依据土壤电阻率高的情况，接地电阻设计值不大于4Ω。充分利用建筑物的自然接地体，利用40mm×4mm的热镀锌扁铁将塔楼基础接地与裙楼基础接地进行4点以上焊接。塔楼共有12个8m深的孔桩，每个孔桩的主钢筋通长通焊良好电气连接，并与承台基础进行焊接。

由于雷达站处地土壤电阻率高，还采用了在建筑物外埋设环型人工辅助接地网，该环型水平接地体敷设在散水坡以外。采用水平接地极与垂直接地极组成的复合接地装置，并施与一定量的降阻剂。水平接地极采用40mm×4mm的热镀锌扁铁，垂直接地极采用50mm×5mm的等边热镀锌角钢长度1.5m，间隔3m沿水平接地极敷设，降阻剂敷设在水平接地极以及外边缘的垂直接地极上。在人工接地装置外引支线中点沿四个方向均匀布设一深度50m的深井接地装置，并采用降阻剂进行填充。同时在人工接地装置外围8个不同方向均匀布设一6m×3m×3m的泄流坑。

塔楼基础下面采用40mm×4mm的热镀锌扁铁铺设成3m×3m的网格进行均压处理。人工接地装置及连接线穿过人行道以及接地装置距人行道不足3m时采取用镀锌扁钢做均压等电位处理、接地体深埋措施、用沥青绝缘层绝缘等措施，以防止跨步电压和接触电压。

3.4 雷达机房的防雷安全评价

在雷达塔楼8层机房的内墙（砖墙）抹灰层下面玻璃窗上敷设50mm×50mm不锈钢网，不锈钢网边缘采用金属条压接并每隔1m焊接到大楼钢筋上；在玻璃窗上加装50mm×50mm不锈钢网，不锈钢网与玻璃窗金属框连接，并与墙面屏蔽网电气连接。8层机房结构柱、以及上下楼板钢筋网采用φ6mm钢筋加密，纵横网格为50mm×50mm的网格，采用绑扎或电焊，绑扎的每一平方电焊一次；同时机房内结构钢筋每隔1m预留20mm长的钢筋头（紧挨墙体内侧）作为与外加屏蔽网、金属门框电气连接用。机房用金属屏蔽门，采用铜编织线进行接地，金属门框与机房屏蔽网、大楼主钢筋可靠电气连接。所有的不锈钢网、金属门框与机房局部等电位连接母排进行连接。为防雷击电磁脉冲干扰，所有线缆均应敷设在金属屏蔽槽（管）内，并进行多次等电位连接后进入机房。雷达机房和控制室内设备满足距引下线不应小于1.0m的要求。

4 结语

三明市新一代天气雷达站由于设置在高山上，加之电力传输线路架空引入，更是易被雷电经常光顾，迄今为止，该雷达站防雷装置已正常运行1年多，因有相对比较完善的雷电防护系统，塔楼的雷达设备未曾遭到雷电损害，已经被证明是完全经得起考验的，可以在今后新建天气雷达站中借鉴应用。

［1］胡春良，包炳生.新一代多普勒气象雷达与雷电防护设置［J］.科技通报，2010，26（6）：926～930.

［2］张亚萍，程明虎，刘 德.利用天气雷达观测资料预报小流域流量［J］.气象学报，2012，70（3）：562～575.

［3］冯晋勤，黄爱玉，张治洋，等.基于新一代天气雷达产品闽西南强对流天气临近预报方法研究［J］.气象，2012，38（2）：197～203.

［4］徐广阔，孙建华，雷 霆，等.多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响［J］.应用气象学报，2009，20（1）：36～46.

［5］蒋宗孝，阮锡章，伍毓柏，等.三明市农业气候资源概况［J］.气象科技，2004，32（增刊）：68～72.

［6］张尾兰，黄立盛，江艳芳，等.泰宁县近50年气候资源及主要气象灾害变化特征分析［J］.福建农业科技，2012（5）：51～56.