自动气象观测站防雷问题的剖析与研究霍倩岚

自动气象观测站防雷问题的剖析与研究霍倩岚

霍倩岚1徐奇功1唐日云2李伟迪3

广东省惠州市气象局广东惠州516003

摘要：本文对惠州市自动气象观测站防雷装置现状和雷击事件调查，了解惠州市自动气象观测站防雷方面存在的安全隐患，并对防雷施工方案进行分析研究，避免或减少雷击所发生的人身伤亡和财产损失，以及雷电电磁脉冲的作用引发的电气和电子系统损失或错误运行，做到安全可靠、经济合理。

关键词：观测站；防雷装置；雷击事件；调查；安全隐患

前言

自动气象观测站提供了气象、气候分析的重要资料，随着群众对精确预报的需求越来越高，近年来，惠州市气象局根据业务需要，布设超过100个自动气象观测站，而自动气象观测站一般设置在较空旷场所，仪器设备孤立，易受雷击，且常因雷击造成雷电波侵入引发电气和电子系统损失，防雷装置有待完善。

通过对惠州市自动气象观测站防雷装置现状和雷击事件调查，了解惠州市自动气象观测站防雷方面存在的安全隐患，并对防雷施工方案进行分析研究，避免或减少雷击所发生的人身伤亡和财产损失，以及雷电电磁脉冲的作用引发的电气和电子系统损失或错误运行，做到安全可靠、经济合理。

一、惠州市自动气象观测站的防雷装置现状

随着科学技术不断的发展，社会不断进步，在这样一个高速发展信息时代，人们对精准天气预报需求也越来越高，那么气象部门为了能够与时俱进，不得不搞气象现代化建设，这样才能满足人们的生活需求。建立自动气象观测站是气象部门搞气象现代化的服务重点。近年来，惠州市已经在所管辖区域内布设了超过100个自动气象观测站，为的是更快更准确地得到有效的气象资料，以便更好的为惠州市民提供准确天气预报服务。根据综合因素的考虑，我们所建立自动气象观测站一般布设在较为空旷的地方，仪器设备孤立，这样一来容易遭受雷击。根据调查，惠州是雷电灾害高发区域，年平均雷暴日为87.1天，在这种雷暴高发区域，我们的自动气象观测站做好防雷装置尤为重要。然而，我们惠州市气象局所建立的自动气象观测站基本布设在较为空旷的地方，仪器设备孤立，并且只是做了一些简单的防雷设施。比如：基本上每个自动气象观测站只是把安装在建筑物天面上金属风向杆、金属仪器箱等做简单的接地处理，或者是天面上金属风向杆、金属仪器箱等与建筑物天面的避雷带或避雷针连接在一起，有些地方还简单地做一个小型的人工地网，这样不仅不足于满足防雷要求，而且做得不好还存在严重的防雷安全隐患。所以做好自动气象观测站的雷电防护工作是我们惠州市气象局义不容辞的事。

二、自动气象观测站遭受雷击事件的调查

最近几年，惠州市自动气象观测站有几次遭受雷击造成仪器设备不同程度的损坏及经济损失，最为严重的一次是2016年5月28日，惠阳国家基本气象站遭受雷击造成直接经济损失7.3万元，间接经济损失8.8万元。具体情况调查如下：

一、雷灾概况

（一）雷灾发生地情况

发生雷电灾害事件的地方位于广东省惠州市惠城区龙丰白头岭小山坡地（即金榜隧道顶上山坡地），地势较高，其西面临近红花湖和山地，南面为山地丘陵地貌，北面为东江流域，东面为地势比较平坦的惠州市区,属于雷暴易发区域，见图1所示。

图1地理位置图片

（二）雷灾经过

据惠阳国家基本气象站站长何振文口述，5月28日下午，惠阳国家基本气象站正下着雨，周围雷声四起，突然一声很大的雷声响起，与随后检查发现总配电柜的自动转换开关电器的控制模块被烧糊了，风传感器和自动气象站也出现故障（设备故障记录时间为14时32分），另外监控摄像头均不能正常工作。

（三）受灾单位介绍

惠阳国家基本气象站是为满足惠州市气象业务和服务需要而设立的，负责将所观测的结果及时全面准确地上报、归档、录入电脑。

（四）事故破坏情况

1.人员伤亡情况

无人员伤亡。

2.经济损失情况

（1）建（构）筑物破坏情况

建筑物没有损坏。

（2）设备设施破坏情况

值班室总配电柜的自动转换开关电器（ATSE）的控制模块损坏1个、风速传感器损坏1个、DZZ1-2型自动气象站的隔离器损坏3个、监控摄像头损坏13个，生物舒适度观测站的主机芯片损坏，直接经济损失7.3万元，间接经济损失8.8万元。

二、雷电灾害原因分析和结论

（一）雷暴天气形势分析

1.5月28日雷暴天气形势分析

当日受热带低压外围环流影响，惠州市出现雷雨天气，并伴有短时强降水、雷暴等强对流天气，如图2所示。

由以上分析可以判定：

1、由于金属线缆埋地线缆与接闪杆地网和值班室间隔距离过近，当接闪杆B针接闪后，引起了地电位抬升后击穿土壤反击至金属套管，并通过金属套管露出地面的接头击穿空气反击至总配电箱接地端，从而对自动转换开关电器的控制器模块造成损坏。

2、由于监控系统没有做好屏蔽措施及防浪涌保护措施，当雷击事件发生时，由于雷电电磁脉冲的作用，可能在监控线路上产生感应高电压并沿线路传播，由于监控系统耐压水平过低，会造成线路上的监控系统和设备的损坏。同理，自动气象站的隔离器生、物舒适度观测站的主机芯片和风传感器模块也因此遭到损坏。

三、对自动气象观测站的防雷施工方案进行分析研究

综上所述，惠州市气象局所设立的自动气象观测站由于对防雷安全隐患考虑欠佳，所遭受雷击造成仪器设备损坏，严重时会危及人民生命财产的安全。下面针对惠州市自动气象观测站的防雷施工方案进行分析研究。

一、一般的小型自动气象观测站

惠州市气象局所设立的小型自动气象观测站遍布整个惠州，包括惠城区、大亚湾区、仲恺区及下面各乡镇，而安装小型自动气象观测站的仪器设备基本上在居民楼或政府办公楼的天面上，有金属杆风向标、计雨量桶（金属做成的）、金属仪器设备箱等。据现场防雷检测，有一些小型自动气象观测站只是将金属杆风向标、计雨量桶（金属做成的）、金属仪器设备箱等做简单的接地处理，还有些加了简单的人工防雷地网，这样做的防雷设施远远达不到防雷检测合格的标准，也不能起到有效的雷电防护作用，相反会造成一定的防雷安全隐患。为了更好地做好雷电防护作用，建议这些小型的自动气象观测站按以下要求安装防雷设施：①安装在建筑物天面上的仪器设备应根据辅助建筑物的性质，如果该建筑物没有安装防雷设施，建议在建筑物外围，离建筑物基础3米以外敷设环形人工地极；如果该建筑物已经安装好防雷设施，并经过防雷检测所检测合格的，可以利用该建筑物基础钢筋作自然基础地极。②如果作人工引下线应沿建筑物外墙外表面明敷，并应经最短路径与人工地网可靠连接，利用该建筑物内钢筋作引下线应符合《建筑物防雷设计规范》第4.3.5条和第4.4.5条的规定。③对安装在建筑物天面上的仪器设备需要安装足够高的接闪杆对其进行保护，而且接闪杆应与人工引下线或者建筑物天面的接闪带做可靠焊接连通，由于仪器设备安装在建筑物天面上，需要对其做等电位连接处理。④小型自动气象观测站的总配电箱开关处应设置SPD，安装的SPD间距应符合规范的要求。SPD连接导线应平直，其长度不应大于0.5m，受条件限制时，可采用凯文接线法。电压开关型SPD与限压型SPD之间的的线路长度不宜小于10m，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m，否则应采取相应退耦措施。

二、惠阳国家基本气象站

为了减少观测场的雷击危害或避免类似事件再次发生，根据《关于加强业务系统雷电防护工作的通知》（粤气[2007]132号）、《地面气象观测场（室）防雷技术规范》（GBT31162-2014）和《气象台(站)防雷技术规范》（QX4—2015）的要求，提出以下几点建议：

1.建议在观测场内建立足够高的独立接闪杆，独立接地体，接闪杆防雷范围能防护整个地面观测场，独立接闪杆至观测场的距离应符合《地面气象观测场（室）防雷技术规范》和《气象台(站)防雷技术规范》的要求。

2.建议防雷地网和设备地网相互独立，接地电阻符合《地面气象观测场（室）防雷技术规范》和《气象台(站)防雷技术规范》的要求。

3.独立接闪杆及其接地装置与被保护设施及其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔距离应符合《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）要求。

4.防雷地网要有足够大的接触面积，保证雷电发生时雷电流能够向四周扩散，以便瞬间泄流。

5.浪涌保护器的选择与安装应根据《气象台(站)防雷技术规范》第9条和《地面气象观测场（室）防雷技术规范》第7条的要求执行。为确保安全，要求在低压配电系统总出线处设置第一级SPD（建议采用开关型SPD，测试模式T1），在各层配电箱处设置第二级SPD（限压型，T2），在信息系统机房配电箱处设置第三级SPD（限压型，T2），重要设备前可设置

第四级SPD（限压型，T2）。同时，各级SPD的保护水平应满足设备最低耐压水平要求，且有20%的安全裕量。对于采用直流供电的设备，应根据线路的长度和工作电压，选用标称放电电流不小于20kA适配的SPD。

四、针对自动气象观测站的防雷特点，提出防雷工程施工应注意事项和重点施工区域

自动气象观测站一般布设在较为空旷的地方或者山顶上，仪器设备孤立，这样遭受雷击的几率很大，所以我们根据自动气象观测站安装防雷设施不完善现状，要求惠州市气象局对所设立的自动气象观测站进行防雷整改，建议惠州市气象局找一家持有防雷施工资质而且施工质量较好的防雷公司对一不完善防雷装置的自动气象观测站进行防雷整改。需要提醒防雷施工单位应该注意的事项：1、对于小型自动气象观测站如果增设人工地网，建议在建筑物外围，离建筑物基础3米以外敷设环形人工地极，在条件不允许的情况下需要将人工地网与辅助建筑物的基础地网相互连通；2、对惠阳国家基本气象站建议在观测场内建立足够高的独立接闪杆，独立接地体，接闪杆防雷范围能防护整个地面观测场，独立接闪杆至观测场的距离应符合《地面气象观测场（室）防雷技术规范》和《气象台(站)防雷技术规范》的要求。防雷地网和设备地网相互独立，接地电阻符合《地面气象观测场（室）防雷技术规范》和《气象台(站)防雷技术规范》的要求。独立接闪杆及其接地装置与被保护设施及其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔距离应符合《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）要求。防雷地网要有足够大的接触面积，保证雷电发生时雷电流能够向四周扩散，以便瞬间泄流。浪涌保护器的选择与安装应根据《气象台(站)防雷技术规范》第9条和《地面气象观测场（室）防雷技术规范》第7条的要求执行。由于惠阳观测站是国家重点基本站，配备的重要仪器设备较多，如自动转换开关电器（ATSE）、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、DZZ1-2型自动气象站的隔离器、监控摄像头，生物舒适度观测仪等设备，建议把不带电的金属仪器设备做等电位接地处理，综合布线情况应符合《综合布线系统工程设计规范》（GB50311-2007）要求。所以保护好这些设备避免或减少雷电电磁脉冲的作用引发的电气和电子系统损失或错误运行。

防雷工程施工单位在施工的过程中需要以自动气象观测站一些重要的仪器设备为重点，对其进行全面的防雷设施安装，避免或减少雷电电磁脉冲的作用引发的电气和电子系统损失或错误运行。这样才能大大减少国民经济损失及人身伤亡，为防雷施工单位提供安全可靠、经济合理的技术指导。

五、总结

遵照相关国家技术标准，以多年从事防雷的工作经验及雷灾事故调查资料分析结果，结合所处地方建筑物的土壤电阻率、地理位置、使用性质、管道及线缆布设情况等进行分析，为科学而经济的实施雷电防护提供了依据，以避免或最大限度降低雷击造成的损失。由于受专业知识所限，及对其他领域的不熟悉，可能导致其中的某些分析出现偏差。在此深表歉意。

在做自动气象观测站防雷问题的剖析与研究进程中，得到了惠州市气象公共安全技术支持中心人员的大力支持，在此深表感谢！

参考文献：

[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012

[3]《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015

[4]《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601-2010

[5]《综合布线系统工程设计规范》GB50311-2007

[6]《地面气象观测场（室）防雷技术规范》（GBT31162-2014）

[7]《气象台(站)防雷技术规范》（QX4—2015）