天水地震臺(tái)雷害分析及綜合防雷方案設(shè)計(jì)

田野

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

天水地震臺(tái)雷害分析及綜合防雷方案設(shè)計(jì)

田野

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

本文分析了天水地震臺(tái)存在的雷擊危害隱患，針對存在的隱患點(diǎn)，從配電線路、通信和信號線路、地網(wǎng)改造以及線路整理幾個(gè)方面進(jìn)行綜合防雷方案設(shè)計(jì)，指導(dǎo)天水地震臺(tái)全面實(shí)施防雷改造項(xiàng)目，對其他地震監(jiān)測臺(tái)站做防雷改造設(shè)計(jì)也有借鑒意義。

地震臺(tái)站；防護(hù)；避雷；分析；設(shè)計(jì)

1　概述

雷暴是在積雨云中發(fā)生的放電、雷鳴現(xiàn)象，主要產(chǎn)生在夏季局地強(qiáng)對流的中小尺度天氣系統(tǒng)中，常伴有暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷等天氣現(xiàn)象，是一種局部災(zāi)害性天氣［1］。自然災(zāi)害中，雷電引起的災(zāi)害算得上最為嚴(yán)重的一種。除它本身具有巨大的破壞性外，還因?yàn)槔纂姲l(fā)生頻度高，且年年重復(fù)發(fā)生。據(jù)估計(jì)，全球每年大約有10億次雷暴發(fā)生，平均每小時(shí)大約發(fā)生2000次雷暴，而每分鐘平均產(chǎn)生1～3次云對地閃電。就地球整個(gè)表面來說落地閃電（或稱落地雷）每秒鐘就有30～100次［2］。由于雷暴出現(xiàn)放電現(xiàn)象，經(jīng)常造成人員傷亡、毀壞建筑物、引起森林火災(zāi)、干擾輸電和通訊，給人類和社會(huì)造成嚴(yán)重的危害和損失，因而被人們所關(guān)注。雷電也同樣給我們的正常地震監(jiān)測工作帶來極大影響，對地震觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)率和質(zhì)量造成較大影響。

甘肅境內(nèi)地震臺(tái)站近年來也多次發(fā)生了雷擊造成儀器損壞及影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。通過仔細(xì)分析查找避雷各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，針對臺(tái)站綜合防雷系統(tǒng)存在的主要問題，重點(diǎn)完善臺(tái)站交流配電防護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)接地等電位連接，規(guī)范各種線路的布設(shè)，使臺(tái)站地震專業(yè)設(shè)備能夠在不同類型避雷設(shè)備的保護(hù)下處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，能夠有效減輕雷擊對地震觀測設(shè)備的危害，保證地震監(jiān)測臺(tái)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2　臺(tái)站基本概況

天水地震臺(tái)位于天水市麥積區(qū)南約11km處，甘肅省林業(yè)學(xué)院校內(nèi)，其地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地處秦嶺緯向構(gòu)造帶中段以北，新華夏系最西的沉降帶。這里正直祁呂賀蘭山字型前弧構(gòu)造帶向南插入部分，渭河斷裂南緣。在天水地區(qū)地表的東西向構(gòu)造交錯(cuò)相匯，該地區(qū)北東、北西、和東西向構(gòu)造交匯形成明顯的菱形格架。這一地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁，從歷史地震看，震中位置多變［3］。是一個(gè)很不穩(wěn)定的地區(qū)。也是甘肅省地震活動(dòng)重點(diǎn)監(jiān)視的地區(qū)之一。天水地震臺(tái)位于孤頂山半山坡，臺(tái)站周圍高大樹木較多，極易引雷，如圖1所示。

圖1　天水地震臺(tái)平面位置圖

天水中心地震臺(tái)為有人值守的綜合性臺(tái)站，目前主要有地電、地磁、流體等三大觀測項(xiàng)目，8套專業(yè)觀測設(shè)備，見表1。

表1　天水地震臺(tái)專用觀測儀器

3　雷擊隱患分析

天水地震臺(tái)未做綜合防雷改造，很少采取防雷措施，存在的問題較多，主要有以下幾個(gè)方面：

1）臺(tái)站所有室外配電線路均采用絕緣電線桿架設(shè)方式連接；

2）臺(tái)站總供電電源未安裝三相電源防雷器進(jìn)行電源防護(hù)；

3）臺(tái)站觀測室未安裝單相電源防雷器進(jìn)行電源防護(hù)；

4）臺(tái)站儀器信號線未安裝信號防雷器進(jìn)行信號防護(hù)；

5）臺(tái)站儀器在不同時(shí)段安裝，未做統(tǒng)籌安排，儀器接線混亂，強(qiáng)、弱電未分離，容易造成電磁信號感應(yīng)。

上述幾方面防雷措施不到位造成臺(tái)站雷害嚴(yán)重的問題所在。幾年來天水地震臺(tái)每年都有雷害事故發(fā)生，嚴(yán)重影響了臺(tái)站數(shù)據(jù)觀測的連續(xù)性和正常運(yùn)行。

4　綜合防雷方案設(shè)計(jì)

主要采取綜合防雷思路，把整個(gè)臺(tái)站作為防范區(qū)域，以防感應(yīng)雷為主，完善交流配電的防雷級數(shù)，加強(qiáng)信號防雷措施，重視接地布局和各種線路的布線及其工藝，以減少雷擊電磁場與地反擊所造成的雷害思路開展防雷改造設(shè)計(jì)。采取區(qū)域防雷、電源進(jìn)線防雷、通信傳輸線防雷、傳感器引線防雷等四方面的技術(shù)，調(diào)查臺(tái)站當(dāng)?shù)氐牡乩怼⒌刭|(zhì)、氣候、環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律并從臺(tái)站實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行全面規(guī)劃，綜合防范來進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

4.1配電線路防護(hù)

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，配電線路設(shè)置B、C、D三級防護(hù)，如圖2所示。

1）總電源線采用鎧裝電纜地埋方式（80米）接入，總配電盤進(jìn)行全方位防雷改造；

2）臺(tái)站總配電室安裝B級電源防護(hù)設(shè)備，配MB25/4型三相B級電源防雷器 1臺(tái)，設(shè)接零排與接地排；

3）臺(tái)站總配電室設(shè)30A空氣開關(guān)為總開關(guān)，總開關(guān)輸出后各設(shè)30A分開關(guān)三個(gè)，分別做好標(biāo)記。其中，最左邊為單相空氣開關(guān)，控制樓內(nèi)機(jī)房所有220V供電；中間為三相空氣開關(guān)，控制380V供電；最右邊為三相空氣開關(guān)，控制鍋爐380V供電；

4）臺(tái)站機(jī)房安裝C級電源防護(hù)設(shè)備；

5）臺(tái)站機(jī)柜全部安裝D級防護(hù)設(shè)備；

6）臺(tái)站觀測室安裝C級電源防護(hù)設(shè)備。

圖2　天水地震臺(tái)配電線路三級防護(hù)示意圖

4.2通信線路防護(hù)

用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線將儀器外殼接地點(diǎn)與機(jī)柜等就近接到接地排，接地線采用線耳連接工藝。

機(jī)房安裝LT-AZ-19接地母排，所有需要接地的儀器設(shè)備、機(jī)柜、防雷器等就近接到該母排，接地線用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線，接地母排用不小于10mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線，接地線采用線耳連接工藝。

4.3信號線防護(hù)

信號線與主機(jī)之間安裝專用信號防雷器，信號防雷器采用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線，接地線采用線耳連接工藝。

GPS天線與主機(jī)之間安裝專用信號防雷器，信號防雷器采用不小于6mm2的多股銅導(dǎo)線連接到主地線，接地線采用線耳連接工藝。

4.4線路整理

天水地震臺(tái)主要觀測手段包括流體，地電、地磁觀測三類，主要專業(yè)觀測儀器有8臺(tái)（套）。儀器線路較為凌亂，對臺(tái)站實(shí)施綜合防雷改造必須對各觀測室線路進(jìn)行梳理，機(jī)柜內(nèi)部線路整理。電源線、數(shù)據(jù)線分開整理，用扎帶分開扎緊固定。儀器設(shè)備機(jī)柜等要良好接地，使其具有較好的屏蔽作用。

室內(nèi)線路分類整理要求：

1）強(qiáng)弱電線分開，分別套金屬線槽鋪設(shè)，金屬線槽應(yīng)接地；

2）線路整理為平直有序，多余較長的線要分別盤整，各類分別用線扎扎好并用軟質(zhì)PVC不干膠做出標(biāo)記；

3）多余無用線纜要拆除；

4）室內(nèi)沒有采取屏蔽的強(qiáng)電線和弱電線距離主地線平行距離應(yīng)不小于0.5m。

4.5地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地，合理而良好的接地裝置是可靠防雷的保證。天水地震臺(tái)流體觀測室原來地網(wǎng)接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)，地磁觀測室沒有埋設(shè)地網(wǎng)，在綜合防雷改造中重新布設(shè)避雷地網(wǎng)2個(gè)，地網(wǎng)采用垂直接地與水平接地相結(jié)合的混和接地體。臺(tái)站采用共用接地方式，即：儀器設(shè)備地、電源地共用一個(gè)地網(wǎng)。地網(wǎng)布設(shè)要求如下：

1）離觀測室外墻外2～5m挖溝，間隔1m打入銅包鋼的垂直接地體，公共觀測室接地網(wǎng)規(guī)格為：長4m，寬4m；地磁觀測室專用地網(wǎng)采用全銅材料：長度為6m，寬度為4m，接地體上端距地面不宜大于0.8m；

2）用4×40mm鍍鋅扁鋼將垂直接地體連接成網(wǎng)；

3）所有焊接處均采用搭接焊牢，焊接長度為扁鋼2倍，焊接面不少于3個(gè)棱邊。并做好焊點(diǎn)的防腐處理；

4）添加長效降阻劑，即可有效降低接地電阻，也可起到較好的防腐作用；

5）在室內(nèi)設(shè)接地排，接地排與避雷地網(wǎng)連接，如圖3所示。

圖3　天水地震臺(tái)接地網(wǎng)施工示意圖

5　結(jié)束語

雷害已經(jīng)嚴(yán)重影響了地震觀測臺(tái)站的正常運(yùn)行，雷擊容易造成觀測數(shù)據(jù)斷記和畸變，對地震監(jiān)測預(yù)報(bào)和科學(xué)研究帶來了不便。多少年來地震監(jiān)測人員都在尋求有效的避雷措施，但是由于雷電問題的復(fù)雜性，其能量巨大、破壞力極強(qiáng)、入侵危害途徑不定，想用單一器件來解決防雷問題是困難的。本文主要介紹地震臺(tái)站綜合防雷思路，指導(dǎo)天水地震臺(tái)全面實(shí)施防雷改造項(xiàng)目，對別的臺(tái)站做防雷改造設(shè)計(jì)也有借鑒意義。

［1］ 強(qiáng)玉柱，劉揚(yáng).天水市雷暴氣候特征分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（15）：4752-4754.

［2］ 黃錫定梁煥貞.地震臺(tái)站應(yīng)用防雷技術(shù)探討［J］.地震地磁觀測與研究，2007，28（5）：35-42.

［3］ 張新基，趙儀全，劉耀煒，等.2005.甘肅省地震監(jiān)測志［M］.甘肅：蘭州大學(xué)出版社.

TU894