铜仁雷达站防雷改造方案的研究

宋 迪

（民航贵州空中交通管理分局，贵州 贵阳 550012）

0 引 言

2019年7月23日，铜仁雷达站遭受了一次较为严重的雷击，造成雷达系统、动环监控系统、供电系统等多个系统受损，直接经济损失约40万元。雷击发生后，联合贵州省气象局防御减灾中心、贵阳筑安防雷检测站以及多家防雷公司进入现场进行分析和研究，以期寻找解决办法。经过现场勘查并结合气象、地质等环境因素，发现铜仁雷达站在接地系统、直击雷防护和抗感应雷电脉冲等方面存在安全隐患。为保障该台站雷达和甚高频（VHF）等设备运行的安全稳定，设计了防雷改造方案，以提高雷电抗击能力。

1 改造原因

1.1 改造必要性

1.1.1 地理位置特殊

铜仁雷达站位于铜仁市川硐镇尖岩村马脚云，铜松公路东侧约200 m的丘陵坡地上，台站的雷达塔是该地域的最高建筑物，且站址周围半径500 m范围内没有接闪针等雷电接闪物体，易发生绕击雷和侧击雷。据当地气象局数据显示，铜仁雷达站每年平均雷暴日多达57天，处在强雷暴地区，且雷电强度较大。2019年7月23日，铜仁雷达站雷击案例中，雷击到该区域的雷电强度111.5 ka（由省气象局三维闪电监测定位测得），是平均值的3～5倍。根据铜仁雷达站建台前的岩土工程勘察报告显示，铜仁雷达站上部土层为耕土（厚度0.4～0.6 m）和红粘土（厚度0.3～3.0 m），下伏基岩为白云岩（电阻率5 000 Ω以上）。表层耕土较浅，最深仅0.6 m，红黏土的土壤电阻率在干燥情况下较高（约500 Ω），均对台站接地系统的建设造成了困难。较高的雷电强度加之特殊的地理位置和地质条件，采用常规的防雷手段很难完全保护台站。

1.1.2 台站接地系统存在安全隐患

铜仁雷达站的泄流网[1]由于与台站地网没有直接连接，导致雷达塔避雷针在接闪后会在雷达站内部形成高电位，加剧了泄流网和台站地网间的电位差，使地电位反击更严重，成为造成台站内多个设备受损的原因之一。因此，有必要扩大雷达站接地网，构建合理、可靠的接地网，以提高雷电流泄流能力，如图1所示。

1.1.3 雷击事故调查报告提出的改造建议

贵州省气象灾害防御技术中心在2019年7月23日的雷击调查中，提出了一些防雷改造建议：

图1 雷达站现有地网简图

（1）避雷针引下线扣件应加强紧固；

（2）去掉编码器内“sheld”插头与编码器外壳连接；

（3）消防控制箱到消防装置线路在控制箱位置处安装避雷器；

（4）单独设置雷达塔顶避雷针的泄流网，并建在雷达站外，最大程度减少雷电流在泄放过程中对台站站内设备的影响。

1.1.4 雷击事故调查报告提出的改造建议

根据《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》MH/T 4020-2006，雷达塔独立避雷针[2]引下线数量应不少于4根，而台站的实际情况是2根，不符合符合民航行业规范的要求。因此，需要增加2根避雷针引下线。

1.1.5 站内设备易受雷电脉冲影响

在2019年7月23日的雷击案例中，雷达机房部分通信传输接口、室外监控摄像头、消防等设备均有不同程度的受损。通过现场勘查，判断这些受损设备共同的特点是跨区域使用通信线路进行传输。在雷电脉冲来临时，这些弱电线路极易受到雷电的影响，因此需要进一步完善内部设备的防雷措施。

1.2 改造的可行性

目前，铜仁雷达站现场环境情况可以满足施工要求，施工范围对主要设备运行无直接影响，且周边VHF和雷达覆盖可以补充该台的覆盖，具备短时停机施工的条件，同时可派驻有建设经验的人员组织监管施工现场。综上所述，铜仁雷达站防雷改造必要性充分，具备技术和实施可行性。

2 改造方案研究

2.1 方案概况

在铜仁雷达台站内重新构建接地系统，结合磊庄雷达站、本场应急移动系统防雷建设的实际经验和防雷新技术的实际运用，采取站内打接地深井的方式构建地网，新建闭合接地母线，改进接地性能来降低接地电阻和提高雷电流泄流能力。

2.2 实施方案

2.2.1 新建接地防冲击共用地网

（1）围绕雷达站围墙边缘建立闭合接地母线，在雷达站4个角用钻机打4口接地深井，深度超过50 m，并在每口井内填埋降阻剂，每个井的垂直接地极与接地母线热熔焊接。沿围墙挖深接地沟，沿沟内每隔3 m打入可连接镀铜接地棒（每根1.5 m），并采用热镀锌扁钢电焊连接，填埋时可使用一定数量的降阻剂。

（2）接地母线应以最短距离穿过围墙与VFH铁塔、雷达工艺机房、雷达塔均压环接地引下线、配电房等各个需要接地的位置连接，采用接地铜芯线镀锌钢管穿管，连接两端采用热熔焊接。

（3）站外可使用位于雷达站外一处面积在50 m×40 m的土地，制作雷达塔避雷针泄流网，如图2所示。

图2 新建接地防冲击共用地网

2.2.2 原有接地网开挖检查

针对VFH铁塔接地扁钢腐蚀严重的问题，对雷达站原有接地网开挖检查，并更换锈蚀严重的部分，保证接地连接良好。

2.2.3 完善内部防雷设施

（1）MICA02板通过一个15针通信接口连接，可在其15针通信接口前串接一个15针SD接口的串口防雷器，防护从馈线上来的过电压。同样，在雷达控制柜的15针通信接口处也串接一个15针SD接口的串口防雷器，以有效防护MICA02板与雷达控制柜两端之间的线缆可能产生的浪涌过电压原理如图3所示。

（2）2台UPS分别采用RS232通信方式与2楼机房监控设备连接。它的接口为9针通信串口，可在其前面串接一个9针SD接口的串口防雷器，2楼接口处做相同处理。这样在两端设备进入端口处设立一个防雷隔离，中间无论哪里产生过电压，两端设备均可得到有效的防雷保护。

图3 MICA02示意图

（3）雷达工艺机房到2楼的一根线缆需采用金属穿管，约30 m。

（4）雷达塔增加2条接地引下线，检查并紧固原有避雷针引下线。

（5）去掉编码器内“sheld”插头与编码器外壳连接如图4所示。

（6）消防控制箱到消防装置线路在控制箱位置安装相应的避雷器。

图4 编码器内部结构

3 预期效果

本文从多个方面对铜仁雷达站防雷改造方案进行分析，阐明了防雷改造的必要性。该案例对民航空管系统雷达站设备防雷特别是雷达系统的防雷提供了积极参考。当前，该方案正在进一步实施中，相信通过科学的论证和严格的施工，铜仁雷达站的防雷效果将得到较大提升，对民航雷达站提高雷电抗击能力具有积极意义。