肇慶多普勒天氣雷達綜合防雷安全措施研究

鐘震美 梁裕昌 劉康 潘仕虎

摘要：文章主要針對多普勒天氣雷達系統進行分析，針對肇慶市新一代天氣雷達站實際情況確定防雷的類別以及防雷等級。同時針對肇慶雷達系統的塔樓、供電系統以及機房等提出綜合防雷措施，希望能夠保證多普勒天氣雷達系統的正常運行。關鍵詞：多普勒天氣雷達；綜合防雷；安全措施

肇慶作為我國南方城市，屬于我國的低煒度地區，導致肇慶地區的自然條件復雜，也是我國雷電氣象的重災區，每年雷電發生日超過1/4的時間，在90天以上，屬強雷區。面對這種問題，在廣東省氣象局以及相關部門安全發展理念的引導下，也開始抓責任落實。另外在多普勒天氣雷達系統的應用中，也必須注重其防雷。尤其是在當前防雷技術不斷發展與完善的情況下，通過綜合防雷安全措施能夠為多普勒防雷系統的安全運行提供保障。

1 多普勒天氣雷達系統概述

1.1 多普勒天氣雷達

多普勒天氣雷達作為一種探測工具，利用主動遙感能夠對各種天氣發生的內在因素進行監測，包括云、雨雪以及強對流天氣等。多普勒天氣雷達的正常應用是基于多普勒效應的，利用這一原理對天氣氣象散射體相對于雷達的速度進行測定，通過測定能夠得出大氣風場以及氣流速度等數據，通過各項數據來反映或推測出天氣狀況[1]。

1.2 新一代多普勒天氣雷達系統應用的重要意義

目前世界上大部分的氣象系統均采用新一代的多普勒雷達系統，號稱“超級千里眼”的多普勒雷達也是目前世界上最先進的雷達系統。與傳統天氣雷達相比，多普勒天氣雷達的產品信息多達72種，甚至能夠監測對流云層的生成、變化以及速度，對于氣象部門的天氣預報而言，精確度和預測準確度也會進一步提高。在20世紀90年代美國就開始在國內甚至在全球內設置了 165臺NEXRDA，這一雷達系統就是基于多普勒信號處理技術，作為目前世界上最先進以及最準確的天氣雷達系統，在各種重大災害性天氣的監測和預報中具有很好的作用和能力，對于強災害性天氣的預報準確度高達90%。我國在20世紀末才開始應用多普勒天氣雷達系統，對于我國氣象水平的發展具有重要意義，不僅能夠提高我國氣象監測水平，而且對于未來天氣雷達系統的發展也具有指導意義[2]。

2防雷分類與防雷等級確定

2.1 防雷分類

在對廣東省平均雷暴日的分析中發現，近10年肇慶的平均雷暴日在每年92天左右，按照我國《建筑物防雷設計規范GB5005—2000》這一強制性國標要求，肇慶屬于強雷區，因此在進行防雷措施以及多普勒雷達系統建設中需要按照第二類防雷建筑物的標準進行建設。

2.2 多普勒天氣雷達站電子信息系統防雷等級劃分

根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343—2012的規定，雷達站屬于雷電防護等級為B級，因此，肇慶多普勒天氣雷達站的電子信息系統防雷等級為B級。

3 多普勒天氣雷達系統綜合防雷措施

3.1 塔雷直擊雷防雷措施

按照《新一代天氣雷達站防雷設計規范QX2—2000》中的規定，需要在多普勒天氣雷達系統的雷達天線基座的平臺中安裝相應的避雷針或者避雷線來進行接閃防雷，一般安裝數量在兩個以上。避雷針的高度也需要根據多普勒天氣雷達系統的實際情況進行確定，通過滾球法來進行計算。如圖1所示，在肇慶多普勒天氣雷達系統的雷達塔樓頂層中布置4根專用的避雷針，同時確定避雷針和雷電天線罩之間的距離為3 m。隨著發展的進行，人們在防雷設計中也進一步追求可靠性，希望在防雷的同時不影響雷達電波的傳輸，因此采用玻璃鋼材料作為避雷針安裝的支撐柱。按照國標《建筑物防雷設計規范GB5005—2000》中的要求，避雷針和被保護物之間還需要具有一定的距離，若采用圖1所示的避雷針安裝方式，避雷針最低點距離天線罩頂端的安全距離應該確定為3 m，同時塔樓天面平臺欄桿上還必須做好可靠防雷接地[3]。

3.2 地網防雷

在防雷技術當中，接地防雷是重要的防雷措施之一，也是最重要的防雷技術，能夠很好地應對感應雷、直擊雷以及其他形式的雷，通過地網接地能夠將各種形式的雷電引入大地。對于地網防雷而言，地網等接地裝置能夠把雷云中的電荷接引，并將其散逸到大地中去，從而能夠和大地中的異種電荷中和。因此在進行避雷以及可靠防雷中，需要確定合理并且良好的接地裝置[4]。

在多普勒天氣雷達系統中可以通過布置相應的地網來進行接地防雷。在多普勒天氣雷達系統外3 m處的地方設置如圖2所示的一圈人工接地網。同時使用熱浸鍍鋅扁鋼將其和塔樓基礎鋼筋進行有效連接，在其中增加相應的垂直接地體，提高避雷防雷效率。另外，還應該在垂直接地體的下方灌注長效降阻劑。在進行防雷中還必須要考慮安全因素，防止跨步電壓對人體造成的傷害，因此在地網的埋設中需要深埋，至少1 m，另外，在上部應該鋪設瀝青涂層。

3.3 屏蔽防雷設計

為保證肇慶多普勒天氣雷達系統的正常運行，必須要進行屏蔽防雷設計來避免雷擊電磁脈沖的干擾。因此，對于肇慶多普勒天氣雷達系統中的電力線、信號線以及光纜等均需要敷設在金屬屏蔽槽的內部，這樣能夠有效地防止電磁脈沖，但是在屏蔽中還應該避免3種線不能在同一金屬屏蔽槽中，需進行分槽鋪設，在金屬屏蔽槽中還應該預留相應接地端子。在多普勒天氣雷達系統的機房以及控制室中也需要進

行防雷，通過對機房內外墻及機房內的柱子均進行掛金屬網能夠起到防雷和屏蔽的作用，金屬門和金屬網具有一定的規格，網孔不應該大于100 mm×lOO mm，所有屏蔽的金屬門和金屬網均須可靠接地。另外，在業務樓機房中還應該設置相應的均壓環，同時還應該用于多普勒天氣雷達系統中各設備和金屬支架相連來接地防雷。

3.4 供電系統防雷設計

肇慶多普勒天氣雷達站在進行雷電防護中應該安裝3級浪涌保護器（Surge Protection Device，SPD）進行防雷保護。在供電系統的總配電柜與分配電盤上預留一定的空間，來安裝3級SPD，通過SPD來實現電涌保護。為實現防雷保護在SPD連接中導線必須短并且必須盡可能直。一般SPD連接導線采用BV16型線纜，總長度應該低于0.5 m。另外，為保證SPD的功能實現，還應該盡可能避免SPD中線路老化問題，避免短路問題的發生，可以在SPD線路中安裝過電壓保護器件。隨著SPD的發展與完善，目前配有劣化顯示功能的高端SPD也被發明應用。

3.5 機房接地引下線的設計

肇慶多普勒天氣雷達系統機房的設備接地引下線與雷達塔樓的防雷引下線分開單獨連接到接地網上，接地引下線采用75 mm2的裸銅線。為確保引下線不受雷擊電池脈沖感應到，接地引下線全程用金屬鋼管進行屏蔽，金屬鋼管至少兩點接地。為避免裸銅線與屏蔽鋼管有接觸，裸銅線需先套PVC管后再套金屬屏蔽鋼管[5]。

4 結語

代多普勒雷達系統的發明與應用能夠對災害天氣進行探測和預警，因此，多普勒雷達系統防雷效果的優劣也直接影響著天氣預測能力和準確度。因此，在當前多普勒天氣雷達系統的建設中，必須要考慮防雷設計，對于塔樓進行防雷的基礎上，還應該對供電系統進行防雷設計，另外，作為功能實現的最主要部分還必須對線路進行防雷，最后對于多普勒天氣雷達系統的機房等也必須進行屏蔽防雷設計，保證多普勒天氣雷達系統的正常運行。

[參考文獻]

[1]顏濤.高山雷達站的防雷改造經驗淺析[J].信息通信，2017（11）：264-265.

[2]敖進華，梁國鋒，黃文強.海堤上地波雷達防雷技術設計與應用[J].氣象科技，2017（5）：902-906.

[3]韓春光.新疆石河子天氣雷達防雷設計分析[A].中國氣象學會第34屆中國氣象學會年會S19雷電物理和防雷新技術——第十五屆防雷減災論壇論文集[C].鄭州：中國氣象學會，2017：7.

[4]李超.移動氣象臺的防雷技術及安防對策探究[J].黑龍江科學，2017（18）：56-57.

[5]李舟鑫，邱婭，韋仕麗，等.望謨縣X波段天氣雷達防雷要點[J]貴州氣象，2017（3）：75-77.