貴州某建設公司雷擊事故分析及整改方案

吳仕軍WU Shi-jun；宋小紅SONG Xiao-hong；夏恒XIA Heng；吳安坤WU An-kun；蔣斌JIANG Bin

（①貴州省氣象災害防御技術中心，貴陽 550081；②黔東南州氣象局，凱里 556200；③六盤水市氣象局，六盤水 553001）

1 雷擊事故概況

2020 年06 月08 日02:00-03:00，位于貴州省貴陽市花溪區青巖鎮石門洞村的貴州某建設工程有限公司遭受雷擊。該公司主要經營建筑施工，市政道路施工，公路施工，商品混凝土、瀝青混凝土等，此次調查分析范圍為商砼站兩條180 生產線，現場建筑物有辦公樓、WCZ-型穩定土拌合站（水穩站）、1 號宿舍樓、地磅房、廚房、2 號宿舍樓、職工食堂、原材料庫、預制構件場料倉、總配電房、1 號瀝青料倉、2 號瀝青料倉、油庫、輔助樓（廁所）、商混攪拌站鋼架棚、商混料倉、發電機房、污水處理站、1、2 號線商混攪拌站、瀝青攪拌站等建（構）筑物及信息系統。

2 雷擊事故基本情況

全公司高壓電源為架空引入。辦公樓為三層磚混結構混凝土建筑物，低壓電源為架空至宿舍樓后埋地至一樓總配電柜，一樓總配電柜未安裝避雷器，屋面安裝有接閃帶，智能集控中心設在二樓，電源從樓層配電箱接入，信號線從攪拌站經移動信號鐵塔、輸電線路電桿，宿舍樓屋面接閃帶，辦公樓屋面接閃帶架空引入（如圖1）。其它建（構）筑一至三層不等，均安裝有接閃帶，但接閃帶都纏繞有信號線。據工作人員介紹，6 月8 日凌晨2 點半左右，工作人員正在工作，突然電閃雷鳴，一聲巨響后，工作人員發現商砼站主攪拌樓及中控室生產電器被擊壞不能工作，主要損壞設備有監控設備如主機樓控制機、工控室控制機、主機樓稱重變送器、主機樓電流轉換器、主機樓485 轉換器、主機樓電流傳感器、工控室調度電腦主機、工控地磅房監控電腦主機、交換機、主機樓下料口監控電源、工控室大屏高清線、工控室大屏網線、工控室大屏板卡、工控室高清混合矩陣損壞等，直接經濟損失約6 萬元左右。部分損壞儀器見圖2。

圖1 架空高低壓電源線及信號線

圖2 集控中心損壞設備

3 雷電數據分析

貴州省份位于云貴高原的東部區域地帶，是較為典型的喀斯特地形及地貌的巖土型發育區域，這一區域中往往會使得由于地形變化所產生影響效應的立體類型氣候特征更為顯而易見，從而也很大程度上導致貴州省份的地理區域氣候具有復雜多變的雷暴現象。貴州省內的雷擊頻率在地域上的表現形式為：其在西部區域地帶往往出現較高，在東部則較低一些（具體情況參見圖3）。

圖3 貴州省年均閃電密度分布（單位：次·km-1·a-1）

高值頻率的區域往往出現在省內的畢節、六枝北部及六枝周圍的水城、盤縣、普安等省內高頻雷暴地區，其中此類地區的年平均雷電密度能夠達到高達7.15 次/km2甚至更高[1]；在低值頻率的雷暴地區往往分布在貴州省內的東南部以及省內中部地區的臺江、劍河以及貴州省內的黔南的山區地域環境中，此類區域的雷暴密度大多小于1.86次/km2。在貴州省的地理區域境內，區域中的雷電放電的頻率在時間及次數的顯現方面存在著較為明顯的季節性及階段性的變化，其中區域中的雷電放電現象主要發生的季節階段為夏季，并且省內的年平均雷電密度能夠高達4.6 次/km2，然后到了春季，秋季這兩個季節就會出現顯著下降及減弱的趨勢，而到了一年末尾冬季的區域年平均雷電密度僅為0.06 次/km2，這也是一年中貴州省內雷電密度最低的一個階段[2]。而在春季的時候，區域中的雷電頻率主要集中性的分布在三個密度較高的雷電密集區域之中，并以帶狀或塊狀等形式向區域的外圍減弱減小（具體參見圖4）。

圖4 貴州地閃密度季節變化（單位：次·km-1·a-1）

高密度性質的雷電形態出現地區主要位于省內的貴州西部、織金和六枝附近，這些區域中的年平均雷電放電密度可達到年平均閃電密度可達2.01 次·km-1。而夏季的時候由于區域中所出現的西南季風和亞熱帶高地的共同作用及統一影響之下，以及區域中地理環境的地形抬升的不斷影響，使得省內西部地區的整體雷電活動頻率要比東部高[3]。到了秋季的時候，區域中的亞熱帶副高壓風帶逐漸減弱，因此使得區域中的西南季風也逐漸的減弱，而地理位置中的高原形態主要受大陸干氣團的持續影響及控制，因此使得區域中的熱量和水汽等因素強度條件持續地減弱，從而導致區域中的雷電密度顯著下降。隨著時間的推移，區域中的雷電出現的方向也逐漸移至省內的西北地域，但是整體的雷電高發區仍舊不變。

且該公司的實際所在位置為貴州省貴陽市內，并且這一位置中的年平均雷暴日為54d，其中區域中雷電所產生的時間段主要集中于4～8 月這一階段，其中1979年這一年的雷暴現象較為頻繁為68d；1990 年雷暴日最少，為37d，終雷日所出現的最晚時間為2004 年中的12月27 日這一天，貴陽市地閃密度為4.1 次/km2，為雷電易發區。

根據省氣象局三維閃電監測定位資料，2020 年06 月08 日02:10～02:27 時段，以該建設工程有限公司為中心、半徑3 公里范圍內有17 次閃電記錄（表1），其中最大閃電電流為35.056kA，最小雷電流為22.351kA。

表1 2020.06.08.2:10～2:27 時段雷電監測記錄

4 雷電危害的方式

4.1 雷電直擊危害

當雷電的攻擊直接擊中環境之中的建（構）筑物時，其中雷擊的特大雷電流（幾十至幾百千安）會以直接釋放的形式通過被擊的建筑物（具體參見圖5）。產生的熱效應會很大程度上導致部分建筑設備設施受到較為嚴重的燒毀，使得建筑物電路出現故障[4]。

圖5 雷擊建（構）筑物示意圖

4.2 雷電感應危害

當雷云中的雷電排放到地面上的時候，在雷擊所產生的主要放電的實際過程中，會在雷擊點所產生附近的導線及導體上面產生感應浪涌及感應電壓等電壓值，并且此類電壓值較高，往往能夠達到幾十萬或者是更高的電壓幅值[5]。此類產生的過電壓因為其中的雷云層正負離子及強烈的雷電流沖擊會很大程度上導致電氣設備的絕緣功能出現層跳動、失效或是擊穿的破壞現象，損壞電氣設備的絕緣層，使電壓系統中的高壓狀態過度到低壓的不穩定狀態，同時也對電氣設備和設備的使用人員安全造成嚴重的安全威脅，并引起火災和爆炸，直接影響設備的正常運行及使用[6]。

4.3 雷電波入侵

雷電波侵入是指擊在架空、電氣線路的雷電，沿著線路侵人到變電所（站）、配電室或電氣設備內，致使設備或人遭受雷擊（如圖6）。因為環境中的雷電波所產生的雷電電流的強大脈沖會直接擊中接地的導體，從而使高壓電流以高壓形態的雷電波的形式在環境空間中快速地傳播，進而影響環境中的各種正常使用的電子設備。

圖6 雷電波入侵示意圖

4.4 地電位反擊

對建（構）筑物及信息系統來說，如果環境中的正常設備被雷擊所損壞，則雷電所產生的電力和能量將會直接沿著建筑物的防雷設施滲透到地面，從而大大增大其能量沖擊及建筑威脅風險。此時位于建筑物地下的直接接電體設備、導線以及環境中的地面下方所使用的建筑避雷設備，都會在短期內形成高壓或是電位升高現象，造成地電位反擊的情況出現[7]。

5 事故原因分析

據現場勘測及結合三維雷電監測系統資料，對本次雷擊事故發生原因分析[8]：

①2020 年06 月08 日2:25 分，強度為35.056kA 的直擊雷在該建設工程有限公司附近位置雷擊；從閃電發生的時間節點、經緯度數值，該次雷電閃擊造成該建設工程有限公司監控設備遭受雷擊。

②該建設工程有限公司現場10kV 高壓線路為架空引入至箱式變電站，再由架空380V 線路分送至各用電單元，除總配電房安裝有避雷器外，其它建（構）筑物及信息系統幾乎無任何電源、信號避雷器，且信息系統線路全部為架空敷設（或敷設在女兒墻邊緣），無任何雷擊電磁脈沖防護措施，是本次雷擊事故的根本原因，也是幾乎每次雷雨天氣過程均會出現設備損壞的原因。

③在本次雷雨天氣過程中，該建設工程有限公司遭受雷擊毀損的監控設備，為（工控計算機系統、視頻監控系統）信號線路感應雷擊電磁脈沖侵入線路、進入設備接口端所致。信號線路產生的雷電過電壓脈沖造成監控設備如主機樓控制機、工控室控制機、主機樓稱重變送器、主機樓電流轉換器、主機樓485 轉換器、主機樓電流傳感器、工控室調度電腦主機、工控地磅房監控電腦主機、交換機、主機樓下料口監控電源、工控室大屏高清線、工控室大屏網線、工控室大屏板卡、工控室高清混合矩陣損壞。

6 防雷措施整改技術方案

6.1 接閃裝置整改技術

接閃裝置包含接閃針、接閃帶（線）、接閃網、以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等，根據現場情況進行合理的選用。在進行防雷設計時，應綜合考慮和評估其所處地域的氣象條件、場站特點，并從建設和使用的實際出發，進行全面規劃，綜合防治[9]。接閃裝置是承接首次雷電能量的載體，接閃裝置的位置、接地電阻大小決定了雷電接閃能量的泄放對附近設備設施的影響程度。

該公司辦公樓等建筑物部分接閃帶損壞，利用不小于Φ8 的金屬鋼筋進行接閃帶修復完善。

6.2 防雷電感應整改技術

雷電防護工作成果領域的經驗表明，低電流使用設備及弱電設備的電源導線較為容易受到來自外界環境的雷擊影響及損壞，因此應通過設置電壓保護及阻斷電流的方式來實現所需保護的雷電屏蔽及防護[10]。其中現階段所主要采取的變壓器的防雷的具體措施主要有如下幾點：

①結合電壓器在實際使用過程中因為正、負轉換較為頻繁而導致的電壓容易損壞的常見情況，應在變壓器設備的高、低壓側的系統防護裝置中配備適當型號的避雷器，具體的設備型號可以根據實際建筑的參數及使用類型等具體情況來進行確定；

②適當調整避雷器的接地位置，使其能夠順利連接地線上的等效電感元件，從而實現保護性能。在調整位置的過程中應盡量使得變壓器外殼的接地位置和次級側的中性點相互匹配為止；

③在環境防雷設備的低壓側應裝有電流測量裝置，同時假裝設備的變壓器保護功能。由于低壓一側的測量設備往往其因為自身設備性質的原因，導致其本身的絕緣功率較低，因此必須選擇及假裝較為有效的保護措施[11]。

該建設工程有限公司配電系統重新進行浪涌保護器設計[12]。按照GB50343-2012 規范要求，應對配電系統按B級設計三級電涌保護器，除了在總配電房安裝流通保護器，還應在每棟樓配電室和設備前端安裝流通保護器，并按各級相應的通流量進行安裝。

6.3 防雷電波侵入整改技術

為降低雷電波沿線路侵入室內設備的風險，建（構）筑物所有外露線路重新布設于金屬橋架內，應保證金屬橋架各段之間的電氣連通[13]。線路入戶端金屬橋架就近與等電位端子排可靠電氣連接，其接地電阻不大于4Ω。

6.4 接地等電位整改技術

接地采用共用接地系統。為保證各接地系統可靠性，應保證電氣連通，且應多點重復接地。所有電子設備均應采取接地和等電位連接措施，所有信號線、網絡線均應采取沿金屬橋架敷設或其他屏蔽措施，金屬橋架應采取跨接處理，且隔25 米左右進行兩端接地，末端設備所有走線應穿金屬管敷設，金屬管應與橋架電氣連通[14]。

6.5 架空輸電線路整改技術

進行輸電線路改造，明確所有輸電線路整體防雷改造原則。一種是裝設架空地線，減少保護角，合理選擇地形架設線路。二是所有輸電線路全新安裝，敷設管道全程埋地，并做好金屬外殼接地。