上饒新一代天氣雷達系統防雷工程設計

張云祥

[摘 要]筆者通過對江西上饒市新一代天氣雷達站防雷工程的方案設計，對高山雷達站的防雷措施提出一套解決方案。主要采用接閃、分流、等電位連接、屏蔽、隔離、合理布線、電涌保護和共用接地等現代防雷技術，接地材料主要采用新型高山降阻鑄銅接地棒與鍍鋅扁鋼、接地模塊、高效防腐降阻劑配合使用。

[關鍵詞]雷達；防雷；設計

[中圖分類號]P415.2 [文獻標識碼]A

1 雷達站概況

雷達站站址位于海拔118米的信州區文筆峰上，天線塔樓高度為23.0m，加上雷達天線總高度為36.5m，四周無高大建筑物，塔樓所在位置地質結構為強風化凝灰巖，經現場二個位置測試土壤電阻率均在2104Ω*m—2198Ω*m之間。

雷達樓共六層，每層用途為：自塔樓底以上的第一層為塔樓大廳、測報值班室、雷達值機員生活用房等，第二層為綜合業務用房，第三、四層為雷達備用器材庫房，第五層為雷達機房，第六層為科普展館。

上饒新一代天氣雷達系統采用北京敏視達公司生產的CINRAD WSR-98D/SA型新一代天氣雷達。雷達分系統由雷達數據采集、雷達產品生成、用戶處理3個子系統和雷達內部通信、配套設施等組成。

2 保護對象

（1）新一代天氣雷達所在建筑物、人員、雷達室外天線防直擊雷保護；

（2）雷達發射機、接收機、機房數據傳輸設備、配電系統、空調設備、除濕機、發電機設備、景觀燈電源控制系統、電視監控系統防雷電感應、防雷電波侵入保護設計；

（3）新一代天氣雷達站建筑物、雷達發射機、接收機、機房數據傳輸設備、靜電地板、機房四周金屬門窗、配電系統防閃電電涌等共用接地系統保護設計；

3 雷電對信息系統怎樣造成危害

計算機信息系統遭受雷擊損壞的途徑主要有：（1）直接雷擊；（2）雷電通過各種通信線路的感應雷而傳入系統損壞設備；（3）雷擊建筑物或鄰近地區雷電放電，強大的交變電磁場將導致內部計算機系統網絡環路中由于空間電磁感應產生瞬態過電壓造成損壞；（4）雷電通過供電線路的感應而引入系統電源導致設備損壞。

4 技術方案

4.1 直擊雷防護

4.1.1 建筑物直擊雷防護。根據江西省建筑設計研究總院的設計圖紙，沿雷達樓屋面邊沿已設計90cm高的環形金屬護欄，需對金屬護欄進行接地保護。

4.1.2 雷達天線直擊雷防護。根據QX2-2000的要求，雷達天線防直擊雷所用接閃桿選用中國氣象局武漢康普防雷設備有限公司生產的多普勒雷達天線專用玻璃鋼管接閃桿。

在安裝雷達天線基座的平臺上，距天線罩水平距離3m遠處安裝三套15.50m高接閃桿對雷達天線進行防直擊雷聯合保護。

4.2 閃電電磁脈沖及閃電感應防護

4.2.1 電纜與波導管的防護。為防雷擊電磁脈沖干擾，雷達天線連接到機房的所有電纜線穿金屬管，金屬管和波導管在穿進每一樓層時與該樓層的等電位連接帶進行電氣連接，金屬管首尾應電氣連通，雷達天線至機房的電纜線入口處采用金屬罩屏蔽并接地。

4.2.2 雷達機房防閃電感應措施。在雷達機房鋁合金窗上安裝≤100mm×100mm金屬網，雷達機房外墻及上下層樓面鋼筋網孔應≤200mm×200mm， 并每隔1000mm×1000mm尺寸的網格位置上進行焊接。

在機房靜電地板下采用-40×4接地銅排制作М型接地網，并與結構柱中作為防雷接地引下線的主鋼筋進行二處可靠電氣連接。進出雷達機房的所有纜線應敷設在金屬屏蔽槽內，機房內所有金屬構件與機房М型接地網之間進行等電位連接。

雷達機房和控制室內設備距外墻及梁柱的距離應≥1000mm。

4.3 電源線路防閃電電涌侵入措施

4.3.1 高壓電源線路防雷電波侵入措施。根據雷達站供電的特殊要求，在變壓器高壓側安裝高壓SPD，在高壓線進入變壓器前端50米將架空線改埋地電纜引入，雷達站采用低壓供電時全線采用鎧裝電纜埋地引入，鎧裝電纜金屬外層引入端與大樓防雷地之間進行等電位連接。

4.3.2 低壓電源線路防閃電電涌侵入措施。雷達站低壓配電線路中，變壓器安裝位置與雷達站分設兩處，采用TN-C-S系統。

雷達站供電采用三相四線380V動力電源，由市電提供，天線塔樓內設置配電房。用110kV的變壓器供電，并備有UPS不間斷電源和穩壓電源；當市電斷電后，由另外配備的110kW發電機組作后備電源繼續供電，并實現市電與發電機房供電的自動切換。位于市氣象臺的RPG和PUP備有UPS不間斷電源以保障全天候供電。

4.4 數據傳輸線路防閃電電涌侵入措施

新一代天氣雷達系統的RDA（雷達數據采集）與RPG（雷達產品生成）之間通過光纜寬帶通信來實現數據傳輸，僅對光纜終端的金屬部件安裝德國DEHNgap B/n開關型SPD一組，并在線纜和交換機之間各安裝一只德國菲尼克斯D-LAN/RJ45數據傳輸線路電涌保護器，對信號線路進行防閃電電涌侵入保護。

因雷達數據傳輸線路、電話通訊線路采用有線工作方式，其線纜應采用屏蔽電纜或穿金屬管埋地引入，并在接線盒前端的電話組線箱內安裝電話信號SPD。

5 結論

由于新一代天氣雷達站所處的環境及工作的特殊性和重要性，要求防雷工程的設計一定要全面、完善。一是要嚴格按照相關規范的要求進行設計，主要是按照QX 2-2000《新一代天氣雷達站防雷技術規范》的要求進行設計。其次要考慮實際情況，盡量提高設計等級。三是接閃器保護范圍的計算方法，沒有以建筑物屋面作為地面來計算的，而是用滾球法的原理，采用幾何繪圖的方法計算。四是要做好機房層的屏蔽以及進出管線等電位連接，這在實際中發揮很大的作用，盡可能利用建筑金屬構件、砼體內的鋼筋作屏蔽網和均壓環。五是要注意供電埋地線纜的雷電防護，按照規范要求，盡量在50m外埋地引入，如果不能實現，要采取其他的補救措施，保證供電系統的安全，確保設備能正常運行。

[參考文獻]

[1] 虞昊，臧庚媛，趙大銅.現代防雷技術基礎[M].清華大學出版，1995.

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