銅仁雷達站防雷改造方案的研究

宋 迪

（民航貴州空中交通管理分局，貴州 貴陽 550012）

0 引 言

2019年7月23日，銅仁雷達站遭受了一次較為嚴重的雷擊，造成雷達系統、動環監控系統、供電系統等多個系統受損，直接經濟損失約40萬元。雷擊發生后，聯合貴州省氣象局防御減災中心、貴陽筑安防雷檢測站以及多家防雷公司進入現場進行分析和研究，以期尋找解決辦法。經過現場勘查并結合氣象、地質等環境因素，發現銅仁雷達站在接地系統、直擊雷防護和抗感應雷電脈沖等方面存在安全隱患。為保障該臺站雷達和甚高頻（VHF）等設備運行的安全穩定，設計了防雷改造方案，以提高雷電抗擊能力。

1 改造原因

1.1 改造必要性

1.1.1 地理位置特殊

銅仁雷達站位于銅仁市川硐鎮尖巖村馬腳云，銅松公路東側約200 m的丘陵坡地上，臺站的雷達塔是該地域的最高建筑物，且站址周圍半徑500 m范圍內沒有接閃針等雷電接閃物體，易發生繞擊雷和側擊雷。據當地氣象局數據顯示，銅仁雷達站每年平均雷暴日多達57天，處在強雷暴地區，且雷電強度較大。2019年7月23日，銅仁雷達站雷擊案例中，雷擊到該區域的雷電強度111.5 ka（由省氣象局三維閃電監測定位測得），是平均值的3～5倍。根據銅仁雷達站建臺前的巖土工程勘察報告顯示，銅仁雷達站上部土層為耕土（厚度0.4～0.6 m）和紅粘土（厚度0.3～3.0 m），下伏基巖為白云巖（電阻率5 000 Ω以上）。表層耕土較淺，最深僅0.6 m，紅黏土的土壤電阻率在干燥情況下較高（約500 Ω），均對臺站接地系統的建設造成了困難。較高的雷電強度加之特殊的地理位置和地質條件，采用常規的防雷手段很難完全保護臺站。

1.1.2 臺站接地系統存在安全隱患

銅仁雷達站的泄流網[1]由于與臺站地網沒有直接連接，導致雷達塔避雷針在接閃后會在雷達站內部形成高電位，加劇了泄流網和臺站地網間的電位差，使地電位反擊更嚴重，成為造成臺站內多個設備受損的原因之一。因此，有必要擴大雷達站接地網，構建合理、可靠的接地網，以提高雷電流泄流能力，如圖1所示。

1.1.3 雷擊事故調查報告提出的改造建議

貴州省氣象災害防御技術中心在2019年7月23日的雷擊調查中，提出了一些防雷改造建議：

圖1 雷達站現有地網簡圖

（1）避雷針引下線扣件應加強緊固；

（2）去掉編碼器內“sheld”插頭與編碼器外殼連接；

（3）消防控制箱到消防裝置線路在控制箱位置處安裝避雷器；

（4）單獨設置雷達塔頂避雷針的泄流網，并建在雷達站外，最大程度減少雷電流在泄放過程中對臺站站內設備的影響。

1.1.4 雷擊事故調查報告提出的改造建議

根據《民用航空通信導航監視設施防雷技術規范》MH/T 4020-2006，雷達塔獨立避雷針[2]引下線數量應不少于4根，而臺站的實際情況是2根，不符合符合民航行業規范的要求。因此，需要增加2根避雷針引下線。

1.1.5 站內設備易受雷電脈沖影響

在2019年7月23日的雷擊案例中，雷達機房部分通信傳輸接口、室外監控攝像頭、消防等設備均有不同程度的受損。通過現場勘查，判斷這些受損設備共同的特點是跨區域使用通信線路進行傳輸。在雷電脈沖來臨時，這些弱電線路極易受到雷電的影響，因此需要進一步完善內部設備的防雷措施。

1.2 改造的可行性

目前，銅仁雷達站現場環境情況可以滿足施工要求，施工范圍對主要設備運行無直接影響，且周邊VHF和雷達覆蓋可以補充該臺的覆蓋，具備短時停機施工的條件，同時可派駐有建設經驗的人員組織監管施工現場。綜上所述，銅仁雷達站防雷改造必要性充分，具備技術和實施可行性。

2 改造方案研究

2.1 方案概況

在銅仁雷達臺站內重新構建接地系統，結合磊莊雷達站、本場應急移動系統防雷建設的實際經驗和防雷新技術的實際運用，采取站內打接地深井的方式構建地網，新建閉合接地母線，改進接地性能來降低接地電阻和提高雷電流泄流能力。

2.2 實施方案

2.2.1 新建接地防沖擊共用地網

（1）圍繞雷達站圍墻邊緣建立閉合接地母線，在雷達站4個角用鉆機打4口接地深井，深度超過50 m，并在每口井內填埋降阻劑，每個井的垂直接地極與接地母線熱熔焊接。沿圍墻挖深接地溝，沿溝內每隔3 m打入可連接鍍銅接地棒（每根1.5 m），并采用熱鍍鋅扁鋼電焊連接，填埋時可使用一定數量的降阻劑。

（2）接地母線應以最短距離穿過圍墻與VFH鐵塔、雷達工藝機房、雷達塔均壓環接地引下線、配電房等各個需要接地的位置連接，采用接地銅芯線鍍鋅鋼管穿管，連接兩端采用熱熔焊接。

（3）站外可使用位于雷達站外一處面積在50 m×40 m的土地，制作雷達塔避雷針泄流網，如圖2所示。

圖2 新建接地防沖擊共用地網

2.2.2 原有接地網開挖檢查

針對VFH鐵塔接地扁鋼腐蝕嚴重的問題，對雷達站原有接地網開挖檢查，并更換銹蝕嚴重的部分，保證接地連接良好。

2.2.3 完善內部防雷設施

（1）MICA02板通過一個15針通信接口連接，可在其15針通信接口前串接一個15針SD接口的串口防雷器，防護從饋線上來的過電壓。同樣，在雷達控制柜的15針通信接口處也串接一個15針SD接口的串口防雷器，以有效防護MICA02板與雷達控制柜兩端之間的線纜可能產生的浪涌過電壓原理如圖3所示。

（2）2臺UPS分別采用RS232通信方式與2樓機房監控設備連接。它的接口為9針通信串口，可在其前面串接一個9針SD接口的串口防雷器，2樓接口處做相同處理。這樣在兩端設備進入端口處設立一個防雷隔離，中間無論哪里產生過電壓，兩端設備均可得到有效的防雷保護。

圖3 MICA02示意圖

（3）雷達工藝機房到2樓的一根線纜需采用金屬穿管，約30 m。

（4）雷達塔增加2條接地引下線，檢查并緊固原有避雷針引下線。

（5）去掉編碼器內“sheld”插頭與編碼器外殼連接如圖4所示。

（6）消防控制箱到消防裝置線路在控制箱位置安裝相應的避雷器。

圖4 編碼器內部結構

3 預期效果

本文從多個方面對銅仁雷達站防雷改造方案進行分析，闡明了防雷改造的必要性。該案例對民航空管系統雷達站設備防雷特別是雷達系統的防雷提供了積極參考。當前，該方案正在進一步實施中，相信通過科學的論證和嚴格的施工，銅仁雷達站的防雷效果將得到較大提升，對民航雷達站提高雷電抗擊能力具有積極意義。