天气雷达站供电线路安全设计的探讨

摘 要：某县地形地貌复杂，受地形影响，该县部分地区处于某市SA雷达的探测盲区，无法满足气象业务的使用要求。面对繁重的防灾减灾工作任务，安装X波段双偏振天气雷达，能够及时监测极端天气事件和灾害性天气，提高强降雨等天气系统的监测水平。结合地质条件，从供电线路、多路供电、防雷安全等方面设计雷达站供电方案，依照方案建立雷达站供电线路系统，并对新建某县X波段天气雷达站供电线路安全设计进行探讨。

关键词：天气雷达站；供电线路；安全设计

中图分类号：TN959 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

当前，经济逐步实现高质量发展，对气象服务提出了更高的要求。某县属山区，地形地貌复杂，暴雨、干旱、大风、冰雹、雷击等气象灾害频发，造成部分人员伤亡和严重的经济损失，如“5.27”和“6.16”特大暴雨。该地区雷达监测主要依靠新一代天气雷达，受地形影响，该县部分地区处于某市SA雷达的探测盲区，无法达到气象业务开展的要求。面对繁重的防灾减灾工作任务，安装X波段双偏振天气雷达，能够及时监测极端天气事件和灾害性天气。在垂直空间上，该雷达可有效补充探测某市新一代天达雷达的观测盲区，显著提高某市，尤其是该县对强降雨等天气系统的监测能力。

结合某山顶的特殊地形、地质条件和地理位置，从供电线路、防雷安全、多路供电等方面出发，精心设计了雷达站的供电方案，以此为依据建立了雷达站的供电线路系统，并对新建武平X波段天气雷达站的供电线路安全设计进行了深入探讨与分析。若方案得以成功实施，将显著提升供电安全性，为雷达站的正常运行提供坚实保障。

1 天气雷达站供电线路的功能和特点

1.1 天气雷达站的功能及其重要性

1.1.1 天气雷达站在气象监测中的作用

天气雷达站通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收特性，精准分析降水的空间分布特征和垂直结构。这些数据为气象工作者提供了关于降水发生地点、移动方向的信息，进而帮助其预测未来降水可能影响的区域。天气雷达站的应用不仅能监测降水，还能有效监测雷暴大风、冰雹甚至龙卷风等极端天气，为民众生命财产安全提供预警信息。此外，天气雷达站作为气象防灾减灾“第一道防线”的重要组成部分，通过实时滚动更新观测数据，预报员能够及时掌握即将到来的天气过程及其可能引发的灾害，从而提前采取应对措施，最大限度地减少灾害损失。

1.1.2 供电线路对保障雷达站安全运行的作用

雷达站的稳定运行高度依赖可靠的电力供应，供电系统是雷达站的核心组成部分，其稳定性直接关系到雷达设备的正常运行和探测性能[1]。供电线路对雷达站运行起着关键作用，如确保雷达设备持续运行，提升雷达设备监测自然灾害的能力，提高雷达探测的准确性与效率等。这些应急电源系统的性能与可靠性直接决定了雷达站应对紧急情况的能力。此外，供电线路在保障航空安全、防灾减灾中扮演着重要角色。因此，供电系统的设计、安装与维护必须严格遵循相关标准与规范，确保雷达站稳定、高效运行。

1.2 供电线路的基本构成

天气雷达站的供电线路主要由10 kV配电线路、低压配电线路与应急电源、UPS电源等部分组成。这些供电线路旨在确保天气雷达站在各种环境条件下稳定、安全运行，为气象监测和预警提供可靠的电力支持。天气雷达站的供电线路主要包括配电系统的防雷规范、供电系统的配置以及供电线路的材料与敷设方式[2]。其中，配电系统的防雷规范尤为重要，其直接关系到雷达站的安全运行。供电系统的配置同样关键，其能确保电力供应稳定。此外，供电线路的材料和敷设方式也不可忽视，它们共同保障了雷达站电力供应的可靠性和设备的安全性。

2 供电线路安全设计的原则与目标

2.1 核心原则：安全设计的稳定性、可靠性和冗余设计

为保证天气雷达站供电的稳定性，需要遵循以下几点原则。一是容量选择；二是双路供电；三是电池备份；四是移动供电源，若出现特殊情况，如供电公司双路电源无法供电、发电机出现故障、UPS电源电池组供电告急，应在总配电柜端设计移动供电源（应急电源发电车）的应急接口，增加一路在特殊时期的用电供电方式；五是稳定性和过载保护，尤其是在雷达站遇雷暴等恶劣天气时，UPS电源应稳定运行并保护连接的设备；六是监控和远程管理，在配置UPS电源时，考虑选择具有监控和远程管理功能的设备，实时监测UPS的状态和电池剩余容量，并远程管理UPS的运行参数和配置，以提高对电源供应的可控性和可管理性，具体的UPS电源配置还应根据气象雷达站的实际需求及其所处环境来确定[3]。通过遵循上述原则，天气雷达站能在各种条件下获得稳定的电力供应，从而保障雷达系统的正常运行和数据采集的准确性。

2.2 安全设计的目标

2.2.1 确保天气雷达站不间断供电

为保障雷达站不间断供电，主要依赖于UPS电源、柴油发电机及市电的联合保障系统。通过与供电部门紧密沟通与协作，这一系统配置将显著提升供电的可靠性与稳定性，从而共同确保天气雷达站在各种复杂环境下均能实现不间断供电。这对保障雷达探测等关键任务的顺利进行具有重要意义。

2.2.2 预防电气火灾和电击事故

为有效预防电气火灾和电击事故，可采取以下措施：避免设备过载，防止短路、电弧及火花产生；定期进行检查与维护设备；正确使用接闪针等设备防范雷电危害。这些措施能显著降低电气火灾和电击事故的发生概率，从而保障人身与财产安全。

2.2.3 提升供电系统的抗干扰能力

增强供电系统的抗干扰能力是安全设计的关键目标，旨在确保电力系统的稳定运行和供电质量。为实现这一目标，可从多个层面入手，包括优化硬件、升级软件、科学设计接地与布线以及全面考量电磁兼容性。通过实行这些综合措施，能够显著增强供电系统的抗干扰能力，从而保障电力系统的安全、稳定运行。

3 天气雷达站供电线路的安全设计

天气雷达站供电线路设计是一个重要环节，直接关系到雷达站的正常运行及其稳定性。以某县智慧气象保障工程（X波段天气雷达）建设项目为例，从市电供电线路、柴油发电机供电线路、专用配电柜设计、天气雷达站内部供电线路等方面入手，对供电线路设计进行分析。

3.1 市电10 kV架空供电线路设计

以线路+自备电源方式为例，从雷达站邻近的变电站公用馈线上T接，并在雷达站配电站房旁安装一组分界保护开关。10 kV架空线路的路径选择应兼顾安全和维护便利，建议沿进站道路架设。廊道和站外变压器位置需避开树障、塌方、滑坡等地质灾害区域。针对无法避开的杆段，应采取防护措施或定期清理两侧树木，确保线杆至树木的间距不小于5 m，以防树枝倾倒压线，从而保障线路和电杆的安全。变压器容量应根据雷达站满负荷运行需求进行匹配，并预留适当容量。防雷措施的设计与施工需严格按照最新规程和规范的要求。

对于天气雷达站内线路的敷设，10 kV配电线路采用铠装电缆全程埋地引入。若条件受限，应将进入雷达站变压器前的10 kV架空线转换为铠装电缆或护套电缆，并穿金属管埋地引入，埋地长度应不少于

50 m，同时确保铠装层或金属管可靠接地。此外，为防止雷电损害供电线路，应在变压器前3基杆的10 kV架空线上方装设避雷线。

3.2 双电源进线设计

双电源进线根据负荷性质和容量测算并确定是否可使用双电源。可采用二路市电供电线路和另一路柴油发电机供电线路的方式，这种设计能够在市电异常时，确保天气雷达正常运行。两路市电供电线路的切换应在雷达站房的配电房内进行，供电线路为一路、柴油发电机供电线路为一路，配备双电源转换开关（ATS双电源自动切换柜）以控制电源切换。由于转换过程中存在一小段时间的间隔，可在配电房内安装第一级不间断电源（UPS），并在雷达机房内安装第二级UPS，确保天气雷达设备供电的连续性和稳定性。

对于低压配电线路，引入雷达站的低压配电线路应全程采用铠装电缆或护套电缆，穿金属管埋地敷设，铠装层或金属管两端均应接地，可有效保护供电线路免受外界因素的干扰和损害，确保雷达站电力供应稳定。

在选择三相柴油发电机时，应优先考虑其性能的稳定性。发电机功率的选择需综合考虑雷达站全负荷运行时的余量，并预留未来可能增加设备的功率需求。此外，还需考虑金属屏蔽所带来的电量损耗及发电机元件老化可能导致的功率下降问题。因此，建议选择市场上标称功率大于实际总功率需求的发电机型号。

3.3 加装应急接口

当双电源（市电供电线路和柴油发电机供电线路）同时出现异常且无法及时修复时，如果UPS电源也出现故障或其无法长时间供电，应在总配电柜端设计移动供电源（应急电源发电车或发电机）应急接口，增加特殊时期的用电供电方式。为了提升雷达站总配电房的应急供电能力，需要改造双电源转换开关（ATS双电源自动切换柜）控制柜，具体措施为在专用配电柜上增设紧急外电接口，并加装前端双电源L1、L2、L3、N线的有效开关。这一改造将确保应急电源发电车能够通过新增的应急接口，安全、稳定地为雷达站总配电房专用配电柜供电。

3.4 雷达站配电房专用配电柜设计

天气雷达站的配电房作为关键设施，直接影响雷达的稳定运行。优化配电房的设计能有效减少后续维修和维护的频次。配电柜的选址至关重要，依据电力设计规范，配电房应选在靠近负荷中心的位置，便于进出线和设备的吊装与运输。若配电房上方或下方有办公室或生活区，需进行屏蔽处理。在电源分配上，需明确雷达机房、生活区、办公室及路灯的用电线路。发电机房与UPS系统通过专用配电柜连接。此外，雷达站机房防静电地板下的接地铜条厚度也需严格把控，建议选用5 mm厚的优质铜条，以满足防雷规范的要求。

为确保雷达站在电力中断或其他突发情况下仍能正常运行，通常会为其配置UPS电源。主机房安装的第二级UPS电源在电源不间断和稳压方面发挥着关键作用。UPS电源的选择应基于雷达站的电力需求和运行设备的功耗，确定合适的容量，该电源应具备双路供电和电池备份功能，确保在电网断电时仍能持续供应电力。此外，UPS电源还应具有稳定的输出电压和频率以及过载保护功能，防止过载对设备造成损害。

3.5 供电系统配置

新一代雷达供电系统要求采用三相五线制，实现雷达设备的零线和地线双重接地，形成TN-C与TN-S相结合的供电模式。在天气雷达站中，若变配电室与机房位于同一建筑物内，应优先选择TN-S系统；当变配电室与雷达机房分处不同建筑物时，则可考虑采用TN-C-S系统。此外，引入雷达站建筑物总配电柜的PEN线必须重复接地，自总配电柜起，所有配电线路和分支线路均应采用TN-S系统。同时，还需根据雷达站的具体等级合理配置SPD（浪涌保护器），确保电力系统的稳定性，保护设备的安全。

3.6 供电线路的材料和敷设方式

建议采用铠装电缆或护套电缆，并通过金属管进行埋地敷设。同时，确保铠装层或金属管的两端均可靠接地，保障电力供应的稳定与安全。

4 气象雷达站的安全防护措施

4.1 完善综合防雷措施

在防雷设计之初，必须全面分析可能导致雷击的主要因素及其侵入路径。在此基础上，深入研究雷达站保护装置的选择和屏蔽、等电位联接及其接地方式等防雷技术，具体包括直击雷和侧击雷的防护、雷电感应与雷电波侵入的防护、电源保护、信号源防护、雷达罩天线线路防护以及雷达站主机房的防护措施。此外，还需完善接地及等电位联接等综合防雷措施，促进供电线路安全运行。

4.2 线路保护与过载预防

4.2.1 线路保护装置的功能及其应用

线路保护装置的功能涵盖过电流保护、接地保护、距离保护、差动保护等。这些装置能够实时监控线路运行状态，并在故障发生时迅速切断故障电流，防止故障蔓延，保障电力设备安全。此外，线路保护装置还能与系统内其他保护设备紧密协作，共同构建电力系统的全面防护体系。为实现线路保护装置的稳定运行，需定期进行维护与管理，包括但不限于定期检查与测试、校准、软件升级与优化，以及建立健全档案管理系统。

4.2.2 过载预防措施

过载保护是防止主电源线路因过载导致保护器过热损坏而加装的设备，过载预防措施如下。首先，合理选择配电导线截面积，确保其能承受预期电流负载，避免因导线过细而引发过载问题。其次，定期检查线路和熔断器，确保其状态良好，严禁使用不符合规格的替代熔体。定期检测和维护电气线路，包括电线、电缆、开关、插座等，确保线路无裸露、老化、磨损、受潮等问题，连接处接触良好。还应防止导线接触电阻过大，确保接头牢固可靠，减少接触不良导致的过热现象出现。在线路设计过程中，应准确核定场所容量，充分考虑未来新增容量的可能性，选择型号合适的导线。最后，加强用电管理，加快老线路的更新改造，消除火灾隐患，尤其是老旧线路应及时整改，提高其安全性。

5 结束语

天气雷达站建设项目的实施，能够有效监测极端天气事件与灾害性天气，从而更好地服务于人民。在天气雷达站建设过程中，深入思考并探讨了供电线路的安全设计，并在建成后定期进行供电线路的维护与检修，确保其稳定运行。通过实行这些措施，为某县X波段天气雷达站及机房设备供电线路的安全与稳定运行提供支持，进而提高相关部门对强降雨等天气系统的监测水平，为社会做出贡献。

参考文献

[1] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2007.

[2] 邵楠.新一代天气雷达[M].北京：气象出版社，2019.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.66KV及以下架空电力线路设计规划[M].北京：中国计划出版社，2010.