黎平縣城南加油站雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估

楊翼飛，曹 飛，潘 竑

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省普安縣氣象局，貴州 普安 561500)

1 引言

雷擊引起的建筑物受損可造成人員傷亡事故。同時(shí)，雷擊產(chǎn)生的電壓波動(dòng)可造成供電系統(tǒng)斷電，以及電子設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等弱點(diǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，嚴(yán)重地影響加油站的正常運(yùn)行。本文按照IEC－62305風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)的評估體系和方法［1］，對黎平縣城南加油站雷電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，判斷建筑工程設(shè)計(jì)中所采取的防雷設(shè)計(jì)方案是否合理，所采取的防雷措施是否充分，所選擇的措施是否恰當(dāng)。并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改進(jìn)、完善措施，以期將雷擊風(fēng)險(xiǎn)降到最低，使可能導(dǎo)致的損失減少到最小。

2 黎平縣城南加油站雷擊環(huán)境分析

2.1 黎平縣城南加油站現(xiàn)場概況

黎平縣城南加油站總占地面積1 800m2，該加油站建(構(gòu))筑物長22.4m、寬18.9m、高8.5m(含棚罩)，占地面積423.5m2，罩棚面積550 m2，總?cè)莨薹e90m3，加油機(jī)6臺。黎平縣城南加油站位于德風(fēng)鎮(zhèn)矮枧村，中心位置:26°12'49.70″N，109°06'50.58″E。

整個(gè)加油站位于開挖山口里，值班室設(shè)置在加油站棚罩下，距離加油站直線距離40 m。加油站對四級公路、35 KV輸電線路外部距離為200 m;對大于10戶的零散住戶、三級鐵路、二級及三級公路、110 KV輸電線路外部距離為280 m。電源線埋地引至值班室，主要用于控制加油站的照明和監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控設(shè)備設(shè)置在金屬棚罩下(距值班室40 m)。加油站設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控信號線埋地引至值班室。加油站、值班室無任何防雷裝置。

站區(qū)土壤主要為田園土，采用溫納四極法，選取3個(gè)有代表性測試點(diǎn)進(jìn)行土壤電阻率數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)測試時(shí)氣象因素、《土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則》GBT 17 949.1－2000進(jìn)行訂正，訂正后的土壤電阻率如表1:

表1 土壤電阻率測量數(shù)據(jù)

2.2 黎平縣雷擊氣候分析

從黎平縣45 a(1964—2008年)氣象觀測資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果:黎平縣年平均雷暴日達(dá)62 d，月平均雷暴日約5 d;雷暴日最多年份為1978年，天數(shù)為67 d;雷暴日最少年份為1999年，天數(shù)為32 d。初雷日最早為1月6日發(fā)生在1986年;終雷日最晚為12月18日發(fā)生在2002年;初終間跨度最長的年份為1997年，從1月22日—12月7日。

黎平縣雷暴日的年際變化趨勢比較大，介于32～67 d之間，其中超過40 d(高雷區(qū))的年份有40 a。

人工氣象觀測資料得到的雷暴日數(shù)僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動(dòng)特征，該數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確表征地面落雷的頻繁程度和閃電的電流強(qiáng)度等參數(shù)。因此，在進(jìn)行建筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)，本文采用項(xiàng)目所處區(qū)域雷電監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.3 貴州省近6 a雷電監(jiān)測資料

2.3.1 雷暴日 從貴州省2006—2011年雷電監(jiān)測資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知:黎平縣年平均雷暴日為71 d，月平均雷暴日超過6 d，雷電活動(dòng)主要發(fā)生在3—9月份，最高月平均雷暴日接近14 d，6—8月份為雷電多發(fā)期，月平均雷暴日數(shù)為12 d。

2.3.2 地閃密度 黎平縣年平均地閃為35次/(km2·a)。加油站為中心5km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)314次，地閃密度為40次/(km2·a);該油站中心3km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)116次，地閃密度為41次/(km2·a);該油站中心1km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)14次，地閃密度為44次/(km2·a);本文用中心3km半徑范圍內(nèi)的地閃密度(41次/(km2·a))作為雷電風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算參數(shù)。

2.3.3 地閃強(qiáng)度與累積概率 黎平縣最大正、負(fù)地閃強(qiáng)度、平均地閃強(qiáng)度分別為244.49 kA、241.81 kA、34.50 kA，其中地閃強(qiáng)度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA、100 kA以上的概率分別是28.35% 、51.62% 、13.43% 、2.83% 。

2.3.4 地閃月均、日均變化分布 黎平縣地閃主要活動(dòng)期是4—8月，94%以上的地閃都發(fā)生在這5個(gè)月。

黎平縣地閃主要活躍在15－04時(shí)，95.8%的地閃都發(fā)生這個(gè)時(shí)段，05－14時(shí)地閃相對較少，約4.2%的地閃發(fā)生在這個(gè)時(shí)段。

3 風(fēng)險(xiǎn)評估

3.1 評估參數(shù)的提取

加油站位于德風(fēng)鎮(zhèn)郊區(qū)矮枧村，所處地里位置地形平緩，周邊無高大建構(gòu)筑物，建筑物周邊特征參數(shù)如表2。

表2 加油站建筑物環(huán)境特征

根據(jù)該加油站使用功能和位置分布情況，劃分以下防雷區(qū)域:站房綜合樓及罩棚區(qū)域(Z1)，包括綜合樓、罩棚;油罐區(qū)域(Z2)。

建筑物特征:

①站房及罩區(qū)域(Z1);

地面:水泥砂漿磨光地面;

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn):高;

特殊危險(xiǎn):產(chǎn)生電火花燃燒或爆炸引起損害，還能造成周圍人員傷亡;

內(nèi)部系統(tǒng):P1+S1

②油罐區(qū)域(Z2);

地面:土坯地面;

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn):高;

特殊危險(xiǎn):產(chǎn)生電火花燃燒或爆炸引起損害，還能造成周圍人員傷亡;

區(qū)域特征見表3、表4。

表3 站房及罩棚區(qū)域(Z1區(qū))的特征

表4 油罐區(qū)域(Z2區(qū))的特征

3.2 年預(yù)計(jì)平均雷擊次數(shù)

根據(jù)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)規(guī)范》QX/T 85－2007計(jì)算出加油站相關(guān)年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)(表5)。

表5 各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域及線路雷擊次數(shù)(次/a)

3.3 雷擊風(fēng)險(xiǎn)值分量計(jì)算

根據(jù)《雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)規(guī)范》QX/T 85－2007，油站存在下列雷電風(fēng)險(xiǎn):

RA:在建筑物外圍3m區(qū)域內(nèi)，由觸摸和跨步電壓導(dǎo)致的對活體的傷害。

RB:在建筑內(nèi)由危險(xiǎn)火花所引發(fā)的火災(zāi)或爆炸，對整個(gè)環(huán)境可能造成威脅，此情況下導(dǎo)致的實(shí)體損害。

RU:建筑物內(nèi)由于觸摸和跨步電壓導(dǎo)致的對活體的傷害相關(guān)，這是由于雷電流注入入戶線路引起的。

RV:雷電流通過或沿著入戶公共設(shè)施導(dǎo)入所致的實(shí)體損害有關(guān)(火災(zāi)或爆炸，通常是在入戶線路的入口處，外部裝置和金屬部件之間產(chǎn)生的火花導(dǎo)致的。)

RT:受保護(hù)物體所能承受的最大風(fēng)險(xiǎn)值。

各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算結(jié)果(風(fēng)險(xiǎn)R的組成)

依據(jù)國際防雷標(biāo)準(zhǔn)IEC 62305－2規(guī)范規(guī)定:雷擊造成人員傷亡損失最大風(fēng)險(xiǎn)可容許值RT=1×10－6。而在本文加油站站房、棚罩區(qū)域、油罐區(qū)域綜合計(jì)算由雷擊造成人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)值為4.50×10－6，均低于RT=1.00×10－5可承受風(fēng)險(xiǎn)。

4 小結(jié)

①根據(jù)QX/T 85－2007提供的雷電風(fēng)險(xiǎn)因子識別、計(jì)算模式、可承受風(fēng)險(xiǎn)值，站房罩棚區(qū)域、油罐區(qū)域年預(yù)計(jì)直接雷擊次數(shù)為0.02次，其人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)值分別為4.5 ×10－6，最后取值為4.50 ×10－6，該值低于QX/T 85－2007規(guī)定的可承受風(fēng)險(xiǎn)值(1.00×10－5)。

②加油站在規(guī)范GB 50057－2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中，屬于二類建筑物，任何雷擊風(fēng)險(xiǎn)都會帶來不可估計(jì)的損失，并且隨著雷電對建筑物的破壞日益增加，所以我們有必要對該加油站進(jìn)行雷電風(fēng)險(xiǎn)評估。

［1］葉蜚譽(yù).關(guān)于雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估的若干問題［J］.電氣工程應(yīng)用，2007(02).

［2］丁旻，周強(qiáng)，邱飛.綜合辦公大樓的雷電風(fēng)險(xiǎn)評估方法［J］. 貴州氣象，2008(1).

［3］GB50057－2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2010.