加油站雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的實(shí)踐和探討

魏光龍

【摘 要】雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估就是對生命、財(cái)產(chǎn)等可能帶來潛在的雷電威脅或雷擊傷害的致災(zāi)因子和承災(zāi)體的脆弱性進(jìn)行分析和計(jì)算，提出相應(yīng)技術(shù)防范措施，對項(xiàng)目的建設(shè)和安全生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文參照IEC和國內(nèi)最新制定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)，利用通用的方法對山東省淄博市桓臺縣某加油站進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，供大家共同探討。

【關(guān)鍵詞】加油站 雷電災(zāi)害 風(fēng)險(xiǎn)評估

1 引言

我國每年因雷電災(zāi)害造成3000～4000人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟(jì)損失則難以統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生的社會影響也越來越大[1]。目前，我國尚未制定有關(guān)加油站雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估的國家標(biāo)準(zhǔn)，僅重慶等部分省市出臺了雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估的地方標(biāo)準(zhǔn)，針對加油站、液化石油儲配站和煤礦等項(xiàng)目進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估的《易燃易爆場所雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)規(guī)范》也未出臺[2-5]。本文參照IEC和國內(nèi)最新制定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)，利用通用的方法對山東省淄博市桓臺縣某加油站進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，供大家共同探討。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于山東省淄博市桓臺縣果里鎮(zhèn)侯莊村，湖南路以東，坐東朝西，東西長109.83米，南北寬80米，南側(cè)儲油罐，東側(cè)為辦公、配電、庫房等一排房屋，中間為加油機(jī)及金屬罩棚，金屬罩棚內(nèi)筋作為引下線，建筑高度8.2米，為二類防雷建筑物，其平面布局見圖1。服務(wù)設(shè)施包括電源線路、通信、監(jiān)控線路和電話線路。電源線路在距離建筑物15米處采用穿鋼管、埋地敷設(shè)入戶方式；通信線路為光纖接入，監(jiān)控線路和電話線路為穿鋼管埋地敷設(shè)方式。防雷設(shè)計(jì)有雷電防護(hù)裝置，在電源配電柜內(nèi)有二級電源SPD保護(hù)，有效的等電位連接。如圖1所示。

3 雷電活動特征分析

以下雷電資料取自山東省閃電定位系統(tǒng)，以項(xiàng)目現(xiàn)場測量的地理位置參數(shù)（中心位置：E118°07.888′，N36°53.681′）為參考點(diǎn)，選取其所在區(qū)域（5km范圍內(nèi)）地閃活動5年（2006.07～2011.06）的地閃數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出如下結(jié)論，作為雷電風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)參數(shù)之一。

3.1 年平均地閃密度

圖2顯示以加油站5 km半徑范圍內(nèi)地閃密度分布，加油站所在區(qū)域年平均地閃密度約為Ng=4.61次/（km2·a）。

3.2 雷電活動季節(jié)變化

對加油站5 km半徑范圍內(nèi)5年的雷電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析， 該區(qū)域發(fā)生地閃1672次（表1）。其中該區(qū)域發(fā)生負(fù)地閃1652次，發(fā)生正地閃20次，占總地閃比率分別為98.80%和1.20%。由表1可知地閃電流強(qiáng)度平均值為12.06kA。

圖3為以加油站所在區(qū)域?yàn)橹行姆綀A5km范圍內(nèi)各月閃電次數(shù)占全年的百分比，3至5月份雷電活動逐漸增強(qiáng)，6至7月份強(qiáng)度急劇加強(qiáng)，8月份達(dá)到全年最強(qiáng)，9、10月份急劇降低，而11月份至次年1月份沒有地閃發(fā)生。

春季（3、4、5月）、夏季（6、7、8月）、秋季（9、10、11月）和冬季（12、1、2月）閃電次數(shù)分別占全年總數(shù)的5.14%、91.86%、2.75%和0.24%?？梢钥闯鱿募菊急茸罡撸瑸槿昀妆┗顒拥念l發(fā)期。

3.3 雷電活動日變化

依據(jù)圖4可得出以加油站所在區(qū)域?yàn)橹行姆綀A5km范圍內(nèi)閃電活動日變化規(guī)律：該區(qū)域閃電活動表現(xiàn)為2個高峰期，上午 7～14時為地閃活動高發(fā)時段，占比為48.99%；夜間22～03時為地閃活動高峰期，占比為30.21%； 4～6時地閃活動相對較少。

因此，建議在夏季6、7、8月份密切關(guān)注雷雨天氣活動，重點(diǎn)關(guān)注7～14時以及22～03時的雷電活動，提前做好各項(xiàng)防雷措施。

3.4 土壤電阻率

通過對該加油站現(xiàn)場勘測測定土壤電阻率平均值為6.18Ω·m，表面在測點(diǎn)上隨著地極間距的增大土壤電阻率測量值變化不大，土壤分布比較均勻[6]。

一般按式（1）計(jì)算[7]：

（1）

式中：為所測土壤電阻率，為季節(jié)修正系數(shù)，現(xiàn)場勘測土壤為干燥粘土，天氣為晴天，溫度為32℃，取為1.5，則=1.5×23.24=9.27Ω·m。

4 加油站雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估

4.1 采用的評估方法

根據(jù)《汽車加油站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB50156-2012）、《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2012）等標(biāo)準(zhǔn)中的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法，雷擊風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算由式（2）確定：

（2）

式中，是雷擊次數(shù)，是雷擊導(dǎo)致?lián)p害概率，是雷擊損失。

4.2 雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估計(jì)算

（1）年平均雷擊次數(shù)。淄博地區(qū)的雷暴日數(shù)是32d，Ng=0.1×Td=3.2次/（km2·a），而閃電定位資料顯示最近五年其Ng=4.61次/（km2·a）。雷擊加油站等效接收面積Ad=4.78×103m2，雷擊建筑物周圍250m范圍內(nèi)的截收面積AM=1.41×105m2。位置因子Cd取0.5，環(huán)境因子Ce取0.5，變壓器因子Ct取0.2。（見表2）

（2）雷擊建筑物造成的損害概率。該加油站直擊雷措施到位，取PA=10-2；該加油站為二類防雷建筑物，PB=0.05；電源系統(tǒng)設(shè)置了二級SPD，信號系統(tǒng)未設(shè)計(jì)SPD，不符合規(guī)范要求，PC（電源）=10-2，PC（信號）=1；雷擊建筑物附近引起內(nèi)部系統(tǒng)故障PM的概率取決于雷電電磁脈沖防護(hù)措施（LPM），即因子KMS的防雷措施，KMS=1×1×0.0002×（1.5/1.5）=0.0002，所以PM=2×10-4；在服務(wù)設(shè)施線路入戶處電源系統(tǒng)設(shè)置了二級SPD，信號系統(tǒng)未設(shè)計(jì)SPD，不符合規(guī)范要求，取Pu（電源）= Pv（電源）=Pw（電源）=Pz（電源）=10-2，Pu（信號）=Pv（信號）=Pw（信號）=Pz（信號）=1。

（3）建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)分量的計(jì)算。該加油站工作人員較少，防護(hù)措施到位，如發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，會產(chǎn)生低程度驚慌。（見表3）

將各參數(shù)代入相應(yīng)公式，表4是雷擊建筑物風(fēng)險(xiǎn)分量計(jì)算結(jié)果。

4.3 雷擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果分析

加油站內(nèi)的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1=1.29×10-2，大于一般可接受的容許值RT=10-5，未達(dá)到防護(hù)要求，需要對建筑物的防雷措施加以完善，以降低人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

加油站內(nèi)的公眾服務(wù)損失風(fēng)險(xiǎn)R2=1.52×10-4，小于一般可接受的容許值RT=10-3，達(dá)到了防護(hù)要求。

加油站內(nèi)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失風(fēng)險(xiǎn)R4=1.52×10-2，大于一般可接受的容許值RT=10-3，未達(dá)到防護(hù)要求，需要對建筑物的防雷措施加以完善。

4.4 降低風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施

當(dāng)依據(jù)新版《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-2010）》要求，將信號系統(tǒng)安裝配合的SPD，則：PC信號=PU信號=PV信號=PW信號=PZ信號=10-2。采取以上措施后，建筑物內(nèi)所考慮的各種損失的相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)分量見表5。通過計(jì)算可以看出：加油站內(nèi)的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1=1.74×10-4，仍大于一般可接受的容許值RT=10-5，未達(dá)到防護(hù)要求，因此，只靠采取相應(yīng)的防雷措施仍不夠，需通過加強(qiáng)對人員防雷知識的培訓(xùn)，增強(qiáng)工作人員的防雷意識，采取“躲”的方式來降低風(fēng)險(xiǎn)。（見表5）

5 雷電防護(hù)措施和建議

（1）在防雷裝置施工期間，必須嚴(yán)格按審核批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案施工，不得隨意更改。接閃器、引下線、接地裝置等應(yīng)采取符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的防直擊雷措施。在供配電系統(tǒng)的電源端應(yīng)安裝與設(shè)備耐壓水平相適應(yīng)的浪涌保護(hù)器，所有電子信息系統(tǒng)應(yīng)采取防雷電電磁脈沖措施（如接地、屏蔽、等電位連接、合理布線及安裝浪涌保護(hù)器等）。在各強(qiáng)弱電間、控制室、高壓變配電室等設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)，相應(yīng)的該處所有金屬管道、支架等金屬構(gòu)架，PE線以及預(yù)埋件均與局部等電位聯(lián)結(jié)板聯(lián)結(jié)。地網(wǎng)用作電氣設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地、防雷接地和防靜電接地，以及電信系統(tǒng)接地。埋地油罐的罐體、量油口、阻火器等金屬附件進(jìn)行電氣連接并接地；加油機(jī)外殼、配電箱外殼及穿線鋼管與接地網(wǎng)可靠連接。

（2）加油站靜電安全防護(hù)措施：加油站投入使用后，注意采取人員防靜電措施和設(shè)備防靜電措施。在站區(qū)內(nèi)工作人員應(yīng)穿戴防靜電工作服、鞋和手套，不得穿用化纖衣物。穿著防靜電鞋時，要考慮所穿襪子的導(dǎo)電性，嚴(yán)禁在鞋內(nèi)外粘貼絕緣墊。在進(jìn)入站區(qū)入口處應(yīng)設(shè)置消除人體靜電裝置。在灌裝汽油前，應(yīng)做好拖車的接地，并與卸油口做好等電位連接。

（3）建立防雷裝置管理與維護(hù)制度。采用具有相應(yīng)防雷工程專業(yè)設(shè)計(jì)和施工資質(zhì)的單位實(shí)施，工程竣工后應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可投入使用。投入使用后，對防雷裝置的設(shè)計(jì)、安裝、隱蔽工程圖紙資料、年檢報(bào)告等，應(yīng)及時歸檔，妥善保管。建立防雷裝置周期性維護(hù)和日常性維護(hù)制度，維護(hù)周期為半年，應(yīng)在每年的上、下半年各進(jìn)行一次全面的檢測；日常性維護(hù)應(yīng)在每次雷擊之后進(jìn)行，尤其是檢查SPD是否失效。

（4）建立雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案制度，明確崗位職責(zé)和人員以及事故處置工作流程，并每年進(jìn)行一次應(yīng)急演練。

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