天水地震台雷害分析及综合防雷方案设计

田野

（甘肃省地震局，甘肃 兰州 730000）

天水地震台雷害分析及综合防雷方案设计

田野

（甘肃省地震局，甘肃 兰州 730000）

本文分析了天水地震台存在的雷击危害隐患，针对存在的隐患点，从配电线路、通信和信号线路、地网改造以及线路整理几个方面进行综合防雷方案设计，指导天水地震台全面实施防雷改造项目，对其他地震监测台站做防雷改造设计也有借鉴意义。

地震台站；防护；避雷；分析；设计

1　概述

雷暴是在积雨云中发生的放电、雷鸣现象，主要产生在夏季局地强对流的中小尺度天气系统中，常伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等天气现象，是一种局部灾害性天气［1］。自然灾害中，雷电引起的灾害算得上最为严重的一种。除它本身具有巨大的破坏性外，还因为雷电发生频度高，且年年重复发生。据估计，全球每年大约有10亿次雷暴发生，平均每小时大约发生2000次雷暴，而每分钟平均产生1～3次云对地闪电。就地球整个表面来说落地闪电（或称落地雷）每秒钟就有30～100次［2］。由于雷暴出现放电现象，经常造成人员伤亡、毁坏建筑物、引起森林火灾、干扰输电和通讯，给人类和社会造成严重的危害和损失，因而被人们所关注。雷电也同样给我们的正常地震监测工作带来极大影响，对地震观测数据的连续率和质量造成较大影响。

甘肃境内地震台站近年来也多次发生了雷击造成仪器损坏及影响监测数据的现象。通过仔细分析查找避雷各个环节出现的问题，针对台站综合防雷系统存在的主要问题，重点完善台站交流配电防护系统，加强接地等电位连接，规范各种线路的布设，使台站地震专业设备能够在不同类型避雷设备的保护下处于良好的运行状态，能够有效减轻雷击对地震观测设备的危害，保证地震监测台网的稳定运行。

2　台站基本概况

天水地震台位于天水市麦积区南约11km处，甘肃省林业学院校内，其地质条件较为复杂，地处秦岭纬向构造带中段以北，新华夏系最西的沉降带。这里正直祁吕贺兰山字型前弧构造带向南插入部分，渭河断裂南缘。在天水地区地表的东西向构造交错相汇，该地区北东、北西、和东西向构造交汇形成明显的菱形格架。这一地区地质构造复杂，地震活动频繁，从历史地震看，震中位置多变［3］。是一个很不稳定的地区。也是甘肃省地震活动重点监视的地区之一。天水地震台位于孤顶山半山坡，台站周围高大树木较多，极易引雷，如图1所示。

图1　天水地震台平面位置图

天水中心地震台为有人值守的综合性台站，目前主要有地电、地磁、流体等三大观测项目，8套专业观测设备，见表1。

表1　天水地震台专用观测仪器

3　雷击隐患分析

天水地震台未做综合防雷改造，很少采取防雷措施，存在的问题较多，主要有以下几个方面：

1）台站所有室外配电线路均采用绝缘电线杆架设方式连接；

2）台站总供电电源未安装三相电源防雷器进行电源防护；

3）台站观测室未安装单相电源防雷器进行电源防护；

4）台站仪器信号线未安装信号防雷器进行信号防护；

5）台站仪器在不同时段安装，未做统筹安排，仪器接线混乱，强、弱电未分离，容易造成电磁信号感应。

上述几方面防雷措施不到位造成台站雷害严重的问题所在。几年来天水地震台每年都有雷害事故发生，严重影响了台站数据观测的连续性和正常运行。

4　综合防雷方案设计

主要采取综合防雷思路，把整个台站作为防范区域，以防感应雷为主，完善交流配电的防雷级数，加强信号防雷措施，重视接地布局和各种线路的布线及其工艺，以减少雷击电磁场与地反击所造成的雷害思路开展防雷改造设计。采取区域防雷、电源进线防雷、通信传输线防雷、传感器引线防雷等四方面的技术，调查台站当地的地理、地质、气候、环境等条件和雷电活动规律并从台站实际出发，进行全面规划，综合防范来进行研究和设计。

4.1配电线路防护

按照相关标准，配电线路设置B、C、D三级防护，如图2所示。

1）总电源线采用铠装电缆地埋方式（80米）接入，总配电盘进行全方位防雷改造；

2）台站总配电室安装B级电源防护设备，配MB25/4型三相B级电源防雷器 1台，设接零排与接地排；

3）台站总配电室设30A空气开关为总开关，总开关输出后各设30A分开关三个，分别做好标记。其中，最左边为单相空气开关，控制楼内机房所有220V供电；中间为三相空气开关，控制380V供电；最右边为三相空气开关，控制锅炉380V供电；

4）台站机房安装C级电源防护设备；

5）台站机柜全部安装D级防护设备；

6）台站观测室安装C级电源防护设备。

图2　天水地震台配电线路三级防护示意图

4.2通信线路防护

用不小于6mm2的多股铜导线将仪器外壳接地点与机柜等就近接到接地排，接地线采用线耳连接工艺。

机房安装LT-AZ-19接地母排，所有需要接地的仪器设备、机柜、防雷器等就近接到该母排，接地线用不小于6mm2的多股铜导线，接地母排用不小于10mm2的多股铜导线连接到主地线，接地线采用线耳连接工艺。

4.3信号线防护

信号线与主机之间安装专用信号防雷器，信号防雷器采用不小于6mm2的多股铜导线连接到主地线，接地线采用线耳连接工艺。

GPS天线与主机之间安装专用信号防雷器，信号防雷器采用不小于6mm2的多股铜导线连接到主地线，接地线采用线耳连接工艺。

4.4线路整理

天水地震台主要观测手段包括流体，地电、地磁观测三类，主要专业观测仪器有8台（套）。仪器线路较为凌乱，对台站实施综合防雷改造必须对各观测室线路进行梳理，机柜内部线路整理。电源线、数据线分开整理，用扎带分开扎紧固定。仪器设备机柜等要良好接地，使其具有较好的屏蔽作用。

室内线路分类整理要求：

1）强弱电线分开，分别套金属线槽铺设，金属线槽应接地；

2）线路整理为平直有序，多余较长的线要分别盘整，各类分别用线扎扎好并用软质PVC不干胶做出标记；

3）多余无用线缆要拆除；

4）室内没有采取屏蔽的强电线和弱电线距离主地线平行距离应不小于0.5m。

4.5地网改造设计

接地是避雷技术最重要的环节，不管直击雷、感应雷或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地，合理而良好的接地装置是可靠防雷的保证。天水地震台流体观测室原来地网接地电阻严重超标，地磁观测室没有埋设地网，在综合防雷改造中重新布设避雷地网2个，地网采用垂直接地与水平接地相结合的混和接地体。台站采用共用接地方式，即：仪器设备地、电源地共用一个地网。地网布设要求如下：

1）离观测室外墙外2～5m挖沟，间隔1m打入铜包钢的垂直接地体，公共观测室接地网规格为：长4m，宽4m；地磁观测室专用地网采用全铜材料：长度为6m，宽度为4m，接地体上端距地面不宜大于0.8m；

2）用4×40mm镀锌扁钢将垂直接地体连接成网；

3）所有焊接处均采用搭接焊牢，焊接长度为扁钢2倍，焊接面不少于3个棱边。并做好焊点的防腐处理；

4）添加长效降阻剂，即可有效降低接地电阻，也可起到较好的防腐作用；

5）在室内设接地排，接地排与避雷地网连接，如图3所示。

图3　天水地震台接地网施工示意图

5　结束语

雷害已经严重影响了地震观测台站的正常运行，雷击容易造成观测数据断记和畸变，对地震监测预报和科学研究带来了不便。多少年来地震监测人员都在寻求有效的避雷措施，但是由于雷电问题的复杂性，其能量巨大、破坏力极强、入侵危害途径不定，想用单一器件来解决防雷问题是困难的。本文主要介绍地震台站综合防雷思路，指导天水地震台全面实施防雷改造项目，对别的台站做防雷改造设计也有借鉴意义。

［1］ 强玉柱，刘扬.天水市雷暴气候特征分析［J］.安徽农业科学，2014，42（15）：4752-4754.

［2］ 黄锡定梁焕贞.地震台站应用防雷技术探讨［J］.地震地磁观测与研究，2007，28（5）：35-42.

［3］ 张新基，赵仪全，刘耀炜，等.2005.甘肃省地震监测志［M］.甘肃：兰州大学出版社.

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