天氣雷達站供電線路安全設計的探討

摘 要：某縣地形地貌復雜，受地形影響，該縣部分地區處于某市SA雷達的探測盲區，無法滿足氣象業務的使用要求。面對繁重的防災減災工作任務，安裝X波段雙偏振天氣雷達，能夠及時監測極端天氣事件和災害性天氣，提高強降雨等天氣系統的監測水平。結合地質條件，從供電線路、多路供電、防雷安全等方面設計雷達站供電方案，依照方案建立雷達站供電線路系統，并對新建某縣X波段天氣雷達站供電線路安全設計進行探討。

關鍵詞：天氣雷達站；供電線路；安全設計

中圖分類號：TN959 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

當前，經濟逐步實現高質量發展，對氣象服務提出了更高的要求。某縣屬山區，地形地貌復雜，暴雨、干旱、大風、冰雹、雷擊等氣象災害頻發，造成部分人員傷亡和嚴重的經濟損失，如“5.27”和“6.16”特大暴雨。該地區雷達監測主要依靠新一代天氣雷達，受地形影響，該縣部分地區處于某市SA雷達的探測盲區，無法達到氣象業務開展的要求。面對繁重的防災減災工作任務，安裝X波段雙偏振天氣雷達，能夠及時監測極端天氣事件和災害性天氣。在垂直空間上，該雷達可有效補充探測某市新一代天達雷達的觀測盲區，顯著提高某市，尤其是該縣對強降雨等天氣系統的監測能力。

結合某山頂的特殊地形、地質條件和地理位置，從供電線路、防雷安全、多路供電等方面出發，精心設計了雷達站的供電方案，以此為依據建立了雷達站的供電線路系統，并對新建武平X波段天氣雷達站的供電線路安全設計進行了深入探討與分析。若方案得以成功實施，將顯著提升供電安全性，為雷達站的正常運行提供堅實保障。

1 天氣雷達站供電線路的功能和特點

1.1 天氣雷達站的功能及其重要性

1.1.1 天氣雷達站在氣象監測中的作用

天氣雷達站通過發射一系列脈沖電磁波，利用云霧、雨、雪等降水粒子對電磁波的散射和吸收特性，精準分析降水的空間分布特征和垂直結構。這些數據為氣象工作者提供了關于降水發生地點、移動方向的信息，進而幫助其預測未來降水可能影響的區域。天氣雷達站的應用不僅能監測降水，還能有效監測雷暴大風、冰雹甚至龍卷風等極端天氣，為民眾生命財產安全提供預警信息。此外，天氣雷達站作為氣象防災減災“第一道防線”的重要組成部分，通過實時滾動更新觀測數據，預報員能夠及時掌握即將到來的天氣過程及其可能引發的災害，從而提前采取應對措施，最大限度地減少災害損失。

1.1.2 供電線路對保障雷達站安全運行的作用

雷達站的穩定運行高度依賴可靠的電力供應，供電系統是雷達站的核心組成部分，其穩定性直接關系到雷達設備的正常運行和探測性能[1]。供電線路對雷達站運行起著關鍵作用，如確保雷達設備持續運行，提升雷達設備監測自然災害的能力，提高雷達探測的準確性與效率等。這些應急電源系統的性能與可靠性直接決定了雷達站應對緊急情況的能力。此外，供電線路在保障航空安全、防災減災中扮演著重要角色。因此，供電系統的設計、安裝與維護必須嚴格遵循相關標準與規范，確保雷達站穩定、高效運行。

1.2 供電線路的基本構成

天氣雷達站的供電線路主要由10 kV配電線路、低壓配電線路與應急電源、UPS電源等部分組成。這些供電線路旨在確保天氣雷達站在各種環境條件下穩定、安全運行，為氣象監測和預警提供可靠的電力支持。天氣雷達站的供電線路主要包括配電系統的防雷規范、供電系統的配置以及供電線路的材料與敷設方式[2]。其中，配電系統的防雷規范尤為重要，其直接關系到雷達站的安全運行。供電系統的配置同樣關鍵，其能確保電力供應穩定。此外，供電線路的材料和敷設方式也不可忽視，它們共同保障了雷達站電力供應的可靠性和設備的安全性。

2 供電線路安全設計的原則與目標

2.1 核心原則：安全設計的穩定性、可靠性和冗余設計

為保證天氣雷達站供電的穩定性，需要遵循以下幾點原則。一是容量選擇；二是雙路供電；三是電池備份；四是移動供電源，若出現特殊情況，如供電公司雙路電源無法供電、發電機出現故障、UPS電源電池組供電告急，應在總配電柜端設計移動供電源（應急電源發電車）的應急接口，增加一路在特殊時期的用電供電方式；五是穩定性和過載保護，尤其是在雷達站遇雷暴等惡劣天氣時，UPS電源應穩定運行并保護連接的設備；六是監控和遠程管理，在配置UPS電源時，考慮選擇具有監控和遠程管理功能的設備，實時監測UPS的狀態和電池剩余容量，并遠程管理UPS的運行參數和配置，以提高對電源供應的可控性和可管理性，具體的UPS電源配置還應根據氣象雷達站的實際需求及其所處環境來確定[3]。通過遵循上述原則，天氣雷達站能在各種條件下獲得穩定的電力供應，從而保障雷達系統的正常運行和數據采集的準確性。

2.2 安全設計的目標

2.2.1 確保天氣雷達站不間斷供電

為保障雷達站不間斷供電，主要依賴于UPS電源、柴油發電機及市電的聯合保障系統。通過與供電部門緊密溝通與協作，這一系統配置將顯著提升供電的可靠性與穩定性，從而共同確保天氣雷達站在各種復雜環境下均能實現不間斷供電。這對保障雷達探測等關鍵任務的順利進行具有重要意義。

2.2.2 預防電氣火災和電擊事故

為有效預防電氣火災和電擊事故，可采取以下措施：避免設備過載，防止短路、電弧及火花產生；定期進行檢查與維護設備；正確使用接閃針等設備防范雷電危害。這些措施能顯著降低電氣火災和電擊事故的發生概率，從而保障人身與財產安全。

2.2.3 提升供電系統的抗干擾能力

增強供電系統的抗干擾能力是安全設計的關鍵目標，旨在確保電力系統的穩定運行和供電質量。為實現這一目標，可從多個層面入手，包括優化硬件、升級軟件、科學設計接地與布線以及全面考量電磁兼容性。通過實行這些綜合措施，能夠顯著增強供電系統的抗干擾能力，從而保障電力系統的安全、穩定運行。

3 天氣雷達站供電線路的安全設計

天氣雷達站供電線路設計是一個重要環節，直接關系到雷達站的正常運行及其穩定性。以某縣智慧氣象保障工程（X波段天氣雷達）建設項目為例，從市電供電線路、柴油發電機供電線路、專用配電柜設計、天氣雷達站內部供電線路等方面入手，對供電線路設計進行分析。

3.1 市電10 kV架空供電線路設計

以線路+自備電源方式為例，從雷達站鄰近的變電站公用饋線上T接，并在雷達站配電站房旁安裝一組分界保護開關。10 kV架空線路的路徑選擇應兼顧安全和維護便利，建議沿進站道路架設。廊道和站外變壓器位置需避開樹障、塌方、滑坡等地質災害區域。針對無法避開的桿段，應采取防護措施或定期清理兩側樹木，確保線桿至樹木的間距不小于5 m，以防樹枝傾倒壓線，從而保障線路和電桿的安全。變壓器容量應根據雷達站滿負荷運行需求進行匹配，并預留適當容量。防雷措施的設計與施工需嚴格按照最新規程和規范的要求。

對于天氣雷達站內線路的敷設，10 kV配電線路采用鎧裝電纜全程埋地引入。若條件受限，應將進入雷達站變壓器前的10 kV架空線轉換為鎧裝電纜或護套電纜，并穿金屬管埋地引入，埋地長度應不少于

50 m，同時確保鎧裝層或金屬管可靠接地。此外，為防止雷電損害供電線路，應在變壓器前3基桿的10 kV架空線上方裝設避雷線。

3.2 雙電源進線設計

雙電源進線根據負荷性質和容量測算并確定是否可使用雙電源。可采用二路市電供電線路和另一路柴油發電機供電線路的方式，這種設計能夠在市電異常時，確保天氣雷達正常運行。兩路市電供電線路的切換應在雷達站房的配電房內進行，供電線路為一路、柴油發電機供電線路為一路，配備雙電源轉換開關（ATS雙電源自動切換柜）以控制電源切換。由于轉換過程中存在一小段時間的間隔，可在配電房內安裝第一級不間斷電源（UPS），并在雷達機房內安裝第二級UPS，確保天氣雷達設備供電的連續性和穩定性。

對于低壓配電線路，引入雷達站的低壓配電線路應全程采用鎧裝電纜或護套電纜，穿金屬管埋地敷設，鎧裝層或金屬管兩端均應接地，可有效保護供電線路免受外界因素的干擾和損害，確保雷達站電力供應穩定。

在選擇三相柴油發電機時，應優先考慮其性能的穩定性。發電機功率的選擇需綜合考慮雷達站全負荷運行時的余量，并預留未來可能增加設備的功率需求。此外，還需考慮金屬屏蔽所帶來的電量損耗及發電機元件老化可能導致的功率下降問題。因此，建議選擇市場上標稱功率大于實際總功率需求的發電機型號。

3.3 加裝應急接口

當雙電源（市電供電線路和柴油發電機供電線路）同時出現異常且無法及時修復時，如果UPS電源也出現故障或其無法長時間供電，應在總配電柜端設計移動供電源（應急電源發電車或發電機）應急接口，增加特殊時期的用電供電方式。為了提升雷達站總配電房的應急供電能力，需要改造雙電源轉換開關（ATS雙電源自動切換柜）控制柜，具體措施為在專用配電柜上增設緊急外電接口，并加裝前端雙電源L1、L2、L3、N線的有效開關。這一改造將確保應急電源發電車能夠通過新增的應急接口，安全、穩定地為雷達站總配電房專用配電柜供電。

3.4 雷達站配電房專用配電柜設計

天氣雷達站的配電房作為關鍵設施，直接影響雷達的穩定運行。優化配電房的設計能有效減少后續維修和維護的頻次。配電柜的選址至關重要，依據電力設計規范，配電房應選在靠近負荷中心的位置，便于進出線和設備的吊裝與運輸。若配電房上方或下方有辦公室或生活區，需進行屏蔽處理。在電源分配上，需明確雷達機房、生活區、辦公室及路燈的用電線路。發電機房與UPS系統通過專用配電柜連接。此外，雷達站機房防靜電地板下的接地銅條厚度也需嚴格把控，建議選用5 mm厚的優質銅條，以滿足防雷規范的要求。

為確保雷達站在電力中斷或其他突發情況下仍能正常運行，通常會為其配置UPS電源。主機房安裝的第二級UPS電源在電源不間斷和穩壓方面發揮著關鍵作用。UPS電源的選擇應基于雷達站的電力需求和運行設備的功耗，確定合適的容量，該電源應具備雙路供電和電池備份功能，確保在電網斷電時仍能持續供應電力。此外，UPS電源還應具有穩定的輸出電壓和頻率以及過載保護功能，防止過載對設備造成損害。

3.5 供電系統配置

新一代雷達供電系統要求采用三相五線制，實現雷達設備的零線和地線雙重接地，形成TN-C與TN-S相結合的供電模式。在天氣雷達站中，若變配電室與機房位于同一建筑物內，應優先選擇TN-S系統；當變配電室與雷達機房分處不同建筑物時，則可考慮采用TN-C-S系統。此外，引入雷達站建筑物總配電柜的PEN線必須重復接地，自總配電柜起，所有配電線路和分支線路均應采用TN-S系統。同時，還需根據雷達站的具體等級合理配置SPD（浪涌保護器），確保電力系統的穩定性，保護設備的安全。

3.6 供電線路的材料和敷設方式

建議采用鎧裝電纜或護套電纜，并通過金屬管進行埋地敷設。同時，確保鎧裝層或金屬管的兩端均可靠接地，保障電力供應的穩定與安全。

4 氣象雷達站的安全防護措施

4.1 完善綜合防雷措施

在防雷設計之初，必須全面分析可能導致雷擊的主要因素及其侵入路徑。在此基礎上，深入研究雷達站保護裝置的選擇和屏蔽、等電位聯接及其接地方式等防雷技術，具體包括直擊雷和側擊雷的防護、雷電感應與雷電波侵入的防護、電源保護、信號源防護、雷達罩天線線路防護以及雷達站主機房的防護措施。此外，還需完善接地及等電位聯接等綜合防雷措施，促進供電線路安全運行。

4.2 線路保護與過載預防

4.2.1 線路保護裝置的功能及其應用

線路保護裝置的功能涵蓋過電流保護、接地保護、距離保護、差動保護等。這些裝置能夠實時監控線路運行狀態，并在故障發生時迅速切斷故障電流，防止故障蔓延，保障電力設備安全。此外，線路保護裝置還能與系統內其他保護設備緊密協作，共同構建電力系統的全面防護體系。為實現線路保護裝置的穩定運行，需定期進行維護與管理，包括但不限于定期檢查與測試、校準、軟件升級與優化，以及建立健全檔案管理系統。

4.2.2 過載預防措施

過載保護是防止主電源線路因過載導致保護器過熱損壞而加裝的設備，過載預防措施如下。首先，合理選擇配電導線截面積，確保其能承受預期電流負載，避免因導線過細而引發過載問題。其次，定期檢查線路和熔斷器，確保其狀態良好，嚴禁使用不符合規格的替代熔體。定期檢測和維護電氣線路，包括電線、電纜、開關、插座等，確保線路無裸露、老化、磨損、受潮等問題，連接處接觸良好。還應防止導線接觸電阻過大，確保接頭牢固可靠，減少接觸不良導致的過熱現象出現。在線路設計過程中，應準確核定場所容量，充分考慮未來新增容量的可能性，選擇型號合適的導線。最后，加強用電管理，加快老線路的更新改造，消除火災隱患，尤其是老舊線路應及時整改，提高其安全性。

5 結束語

天氣雷達站建設項目的實施，能夠有效監測極端天氣事件與災害性天氣，從而更好地服務于人民。在天氣雷達站建設過程中，深入思考并探討了供電線路的安全設計，并在建成后定期進行供電線路的維護與檢修，確保其穩定運行。通過實行這些措施，為某縣X波段天氣雷達站及機房設備供電線路的安全與穩定運行提供支持，進而提高相關部門對強降雨等天氣系統的監測水平，為社會做出貢獻。

參考文獻

[1] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京：氣象出版社，2007.

[2] 邵楠.新一代天氣雷達[M].北京：氣象出版社，2019.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.66KV及以下架空電力線路設計規劃[M].北京：中國計劃出版社，2010.