雷達站綜合防雷保護探討

顏如德 林巧靈 鄭慧丹

摘要 以寧德天氣雷達站為例，分析雷達站綜合防雷措施，通過層層設防實現雷達站綜合防雷保護。

關鍵詞 雷達站;塔樓;供電系統;通信系統;屏蔽;等電位連接;共用接地

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-108-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.042

Discussion on Comprehensive Lightning Protection of Radar Station

YAN Ru-de? et al（Ningde Meteorological Bureau of Fujian Province，Ningde，Fujian 352100）

Abstract Taking Ningde weather radar station as an example，this paper analyzed the comprehensive lightning protection measures of radar station，and realized the comprehensive lightning protection of radar station through layers of fortification.

Key words? ?Radar station;Tower;Power supply system;Communication system;Shield;Equipotential bonding;Common grounding

雷達站擁有密集的電子設備，而且儀器設備的耐受沖擊電壓較低，極易受到外界因素干擾而被破壞，一旦遭受雷電襲擊，損失巨大，這種特殊的電子設備場所的防雷工作非常重要且技術難度較高。寧德市位于福建東南沿海，境內西、北高，東、南低，中間隆起，形成“門”型梯狀地形，而且東臨太平洋，港灣島嶼較多，受臨海影響，形成中亞熱帶海洋性季風氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，一年中夏季較長，降水集中在前汛期5—6月和后汛期7—9月，期間多臺風暴雨天氣，而且極易發生雷暴等強對流天氣。在了解當地雷暴發生特征的基礎上，分析雷達站可能遭受雷擊的入侵途徑、方式和危害性，就雷達站綜合雷電防護問題進行分析，提出有針對性的防雷措施，減少雷達站的雷擊災害損失。

1 寧德市雷電特征及雷達站概況

受地形和氣候影響，寧德市雷電天氣多發，初雷日出現在2月下旬，隨著副熱帶西風急流不斷南下，高度偏低，強度較弱，急流所在處形成較強的切變環境，有力的動力條件對強對流的發展十分有利。每年6—9月是寧德市雷暴天氣高發期，如果防護不當，將給社會經濟發展造成嚴重損失。

寧德新一代天氣雷達站建在霞浦縣三沙鎮金雞村玉頂山頭，占地面積7 372.9 m2，設有一座三層雷達天線塔樓，面積約1 161 m2，配備有S波段新一代天氣雷達（CINRAD/SA）系統設備及配套基礎設施等;雷達信息處理中心處于蕉城區漳灣鎮湯灣村和尚山，占地面積9 044 m2，建筑面積4 252.67 m2。寧德新一代天氣雷達系統是閩東氣象監測預警系統的重要組成部分，雷達站的投入使用，加快了寧德市氣象事業現代化建設步伐，彌補了閩東雷達探測盲區，提高了氣象部門臺風、暴雨、強對流等災害性天氣的監測及預警能力，大力提升了寧德氣象防災減災、應對氣候變化及氣候資源開發利用等能力，進一步提高了氣象公共服務水平。

2 雷達站綜合防雷依據

雷達站塔樓建設地、建筑結構及內部設備等具有特殊性，與一般建筑物相比，對防雷設計的要求更為嚴格，要依據《新一代天氣雷達站防雷技術標準規范》（QX/T2-2016）及《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）的要求，按照II級防雷建筑物對雷達系統進行設計。雷達信息系統按照《建筑電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004）中電子信息系統防雷重要性分類，確定為B級電子信息系統雷電防護等級。按照雷達站雷電防護基本原則，結合直接雷、感應雷等防護措施進行雷達站建筑構架科學防雷設計，合理進行施工。

3 雷達站綜合防雷設計

3.1 直擊雷防護

3.1.1 雷達樓 在雷達樓頂面設置≥Φ12的熱鍍鋅圓鋼材料的避雷帶，利用雷達樓內部的結構立柱作為防雷引下線，將整個雷達樓內的所有結構鋼筋、避雷帶、主鋼筋、各層圈梁、剪力墻鋼筋網、地梁、地樁以及均壓環等進行連通，形成法拉第籠。采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼制成的接地預留件，由結構主筋或均壓環上引出到所有外墻的金屬門窗中，其中1樓和2樓的金屬門窗進行等電位連接時應最少保留2個節點，雷達主機房至少保留4個節點。

3.1.2 雷達天線 雷達天線處于建筑物頂部，是整個雷達站至高點，需要在雷達天線周圍安裝接閃桿，根據建筑物結構確定接閃桿的安裝形式及數量，以實現完全保護雷達天線的作用，并達到美觀的效果。接閃桿底座要就近與塔樓防雷引下線焊接連通。

3.2 防雷接地系統

寧德雷電站采用共用接地形式，要求接地電阻不超過4Ω。可將雷達站塔樓基礎樁基與附屬用房接地體聯合作為雷達站的主體接地網，其外圍預留出接地點外接人工輔助地網。地梁底部的2根鋼筋需焊接連通，按照規范對交叉點進行電焊跨接，最后將所有的獨立基礎內的2根鋼筋可靠連接，形成完善的雷達站接地系統。

由于雷達站周邊巖石較多，主樓地網電阻值達不到接地電阻值要求，需要在主建筑外圍設置人工接地網。人工接地網由水平接地體和垂直接地體結合形成邊緣復合方式，其中水平接地體采用50 mm×5 mm的熱鍍鋅扁鋼材料，垂直接地體為50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼和離子接地極制成，基礎內埋設具有高導電、高吸水性及保水性特點的降阻材料，然后與接地體結合。所有的接地體埋設深度不小于0.6 m，垂直接地體之間的距離設為5 m。最后，人工輔助地網要與塔樓接地網的一周形成二道均壓帶。如果上述設置的接地網仍不能滿足要求時，要將四角向外延伸至達到所需。

3.3 機房屏蔽

雷達主機房剪力墻和上下層面要采用小于200 mm×200 mm的縱橫鋼筋網格作屏蔽，將網格進行綁扎或點焊，綁扎后的每一個方格都需要再點焊一次。然后將外圍焊接在一起，與圈梁、立柱鋼筋的連接處也進行焊接，這樣才能對主機房實現較好的屏蔽。

雷達天線與機房內所有電纜應全部敷設于金屬屏蔽槽內，所有的金屬槽從頭到尾都要進行電氣連通，天面與雷達天線基座連接，每層都要進行等電位接地。進入機房時連接好金屬屏蔽網，雷達天線到機房的預留金屬管入口及金屬線路入口均需要進行屏蔽接地，應做金屬屏蔽網連接。

機房的門應為金屬門，與建筑物結構引出的等電位連接需要預留出金屬件連通點。機房內的設備要與外墻及梁柱保持1 m及以上距離。還應在機房內鋪設防靜電地板，靜電地板下設置環形銅排，方便設備就近接地。雷達天線和波導管均應做好電氣連接和屏蔽。視實際情況，可在每層均壓環上或柱筋內引出預留接地端，作為各電氣設備接地和等電位連接。

3.4 供電系統雷電防護

對于雷達站的低壓供電系統，要在不同位置安裝適宜的SPD進行三級防雷設計。其中總配電房低壓380 V輸出段要進行一級SPD防護安裝，樓層分配電處進行二級SPD防護，重要設備前端加裝三級SPD防護。

3.5 信號系統防雷保護

雷達信號系統主要是完成雷達信號的采集及發射，包括交換機、傳輸線路及終端處理設備等。應針對信號系統安裝合適的SPD進行防護，其中數據傳輸線路安裝信號SPD，在主機房內計算機前端安裝網絡SPD，保證SPD接口、傳輸速率、特性阻抗、駐波比、插入損耗、頻帶寬度等性能指標滿足各個端口傳輸性能要求。

3.6 其他防雷設計

所有進入塔樓的水管或其他金屬管道，在大樓內部必須進行等電位連接。塔樓入口處以及有防雷引下線通過的約3 m范圍內的路面應鋪設60 mm厚瀝青或150 mm厚的礫石層，防止出現跨步電壓產生安全隱患。

4 結語

雷達站一般都處于地勢較高位置，站內裝有大量的電子、通信設備，而且這些儀器設備需要長時間持續工作，尤其是出現災害性天氣時，更需要加強雷達監控天氣演變。雷達系統工作電壓較低，在雷雨天氣容易遭受雷電電磁脈沖干擾破壞，所以必須重視雷達站防雷工作，堅持“綜合防御、重點保護、層層設防”的整體防雷方針，在所有可能會出現雷擊隱患的地方，加強合理布線，進行正確接地，做好屏蔽及等電位連接，選擇合適的電子避雷器，開展雷達站綜合防雷設計，避免雷達站遭受雷擊，確保雷達站正常運行。

參考文獻

[1] QX/T 2-2016.新一代天氣雷達站防雷技術規范[S].北京：中國氣象出版社，2017.

[2] GB50057-2010.建筑物防雷設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[3] 林秀芳，陸林營，劉麗彬.近50年福建省雷暴氣候特征分析[J].福建氣象，2009（3）：5-8.

責任編輯：李楊