气象观测场雷击事故分析及整改措施探讨

吴晓伟 徐金美 鲁海洋

摘 要 为便于对气象要素信号的采集，气象观测场地理位置多选择在空旷的市郊、无遮挡的山顶，客观上增加了其遭受雷击的概率。通过对义乌气象观测场雷击事故分析，提出气象观测场的防雷应综合考虑气象条件、场站特点、施工方法等各方面因素，制定科学合理、安全有效的防雷设计和实施方案。

关键词 气象观测场;雷击事故;防雷整改

1雷击事故概况

2011年08月08日义乌市气象局观测场附近有强雷暴天气过程，根据闪电定位仪记录数据，当日19时02分，观测场附近发生过两次负地闪，强度分别为-42.38kA和-63.51kA。雷击造成值班楼电源中断，值班机房UPS电源损坏、数据采集器信号端口、计算机COM端口、大气电场仪信号端口損坏;室外测场的能见度自动观测仪、可视监控摄像机等电子设备损坏，直接经济损失十余万元，部分损坏仪器见图1[1]。

2雷击事故分析

2.1 风仪塔引雷

根据雷击现象和现场调查，雷击事故的发生可能情况之一是直击雷击中观测场风仪塔，雷电流在周围线路产生感应电压或过电流窜入所致。现场检测风仪塔的剩磁为6.3mT，强度极强，分析判定为风仪塔作为接闪器。雷电直接击中风仪塔，雷电流通过接地装置向大地释放，雷电波侵入数据信号传输线，并与其之间形成瞬间电位差，感应过电流通过传输线导入观测站的电子设备，致使电子设备损坏。气象观测场仪器分布位置如图2所示。

风仪塔是整个观测场最高的构筑物，风仪塔接闪雷电瞬间，如果风仪塔和附近设备存在电位差，高电位足以造成其附近电子设备击穿。由此判断，导致观测场附近设备雷击损坏的直接原因是安装风向风速仪的直接接闪，且距离观测场内其他电子设备距离太近。

2.2 地电位反击

通过现场调查发现，观测场与观测办公楼未设合理的共用接地系统，易引起观测办公楼的设备因地电位不均衡发生反击，引起观测场办公楼设备损坏。

2.3 雷电波侵入

现场调查发现，观测场用电线路部分明敷，未采取穿金属管屏蔽，电源线路未安装电涌保护器。雷电放电过程中，雷电波沿这些金属线路侵入室内，易造成与线路相连的设备击穿损坏。

2.4 机房未实施地电位接地

现场调查发现，值班机房内仪器设备部分随意摆放在办公桌上，无专用保护接地。机房未设置专用地电位汇集排。因设备多未接地，或接地点不处于同一水平电位上，当某一线路上电位升高时，其与其他设备的线路就会产生电位差，电位差高达一定数值就会造成设备击穿损坏[2]。

3整改措施

3.1 接闪器整改措施

气象台站在进行防雷设计时，应综合考虑和评估其所处地域的气象条件、场站特点，并从台站建设和使用的实际出发，进行全面规划，综合防治。义乌市气象观测站属于国家二级站，按照《气象台站防雷技术规范》QX4—2015规定，该观测场应按第三类防雷建筑进行设计。

接闪器是承接首次雷电能量的载体，接闪器的位置、接地电阻大小决定了雷电接闪能量的泄放对附近设备设施的影响程度。根据本次现场雷击情况分析，雷击点位于观测场内风仪塔顶部避雷针上，风仪塔距离观测场内设备非常近，近距离的磁场耦合和电磁感应对设备设施造成二次雷击危害。

基于上述标准要求和现场实际，设计在观测场围墙外东、西、南侧各加装独立一根避雷针，避雷针高度依据GB50057-2010滚球法计算，避雷针保护范围应能覆盖观测场内所有设备和构筑物。这样做的优点一是避雷针处于观测场围墙外，接闪点远离了场内仪器设备;优点二是实现场内仪器设备的直击雷全覆盖保护，安全性更高。

3.2 防雷电感应整改措施

观测场配电系统重新进行电源电涌保护器设计。按照GB50343-2012规范要求，对观测场配电系统按B级设计三级电涌保护器。

对观测场所有已安装的电源电涌保护器按GB50343-2012计算要求，重新计算雷电流分布特征，确保已安装电涌保护器起到阻截雷电流的良好作用，对不符使用要求的电涌保护器进行更换，未安装的补充安装。对观测场内监控、网络、数据采集等信号线路安装适配的信号电涌保护器。

所有机房、值班室插排应换成带防雷模块的PDU，对窜入末级的雷电流起到终端防护作用。

3.3 防雷电波侵入整改措施

为降低雷电波沿线路侵入室内设备的风险，观测办公楼与观测场外露线路重新布设于金属桥架内，应保证金属桥架各段之间的电气连通。线路入户端金属桥架就近与等电位端子排可靠电气连接。

3.4 接地等电位整改措施

设计对气象观测场与观测办公楼接地采用共用接地系统。为保证各接地系统可靠性，观测办公楼与观测场桥架应保证电气连通，且应多点重复接地。观测办公楼内所有电子设备均应采取接地和等电位连接措施，所有信号线、网络线均应采取沿金属桥架敷设或其他屏蔽措施，金属桥架应采取跨接处理，从观测场到办公楼金属屏蔽桥架每隔25米左右做一次接地，两端接地，末端设备所有走线应穿金属管敷设，金属管应与桥架电气连通[3]。

4结束语

该气象站实施防雷整改后，多年未发生雷击事故。实践验证了防雷措施的可靠性、有效性。随着我国气象科技水平的不断提高，气象观测设备日趋先进，各类自动站投入使用，这些自动站内的设备集成化越来越高，同时其电子设备耐压也相对较低，观测设备对电磁环境越来越敏感。观测场雷电防护的好坏直接影响到观测数据的准确性和精度。气象台（站）的防雷应首先重规范标准，从设计布置就要规范合理;其次是必须结合场地地质地理环境和雷电环境，采取针对性的综合防雷措施;最后是做好规范施工和验收，良好的接地，从细节上完善现场各种接地处理。

参考文献

[1] 建筑物防雷设计规范：GB50057-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[2] 气象台站防雷技术规范：QX4-2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[3] 建筑物电子信息系统防雷技术规范：GB50343-2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

作者简介

吴晓伟（1981-），女，黑龙江齐齐哈尔;学历：本科，职称：工程师，现就职单位：杭州天鸿通信工程有限公司，研究方向：雷电防护。