一起移動通信基站及臨近民居雷災(zāi)的分析與思考

李韜，李順，梁毅

（1.賀州市氣象局；2.鐘山縣氣象局）

一起移動通信基站及臨近民居雷災(zāi)的分析與思考

李韜1，李順2，梁毅1

（1.賀州市氣象局；2.鐘山縣氣象局）

應(yīng)用現(xiàn)場剩磁檢測以及閃電定位系統(tǒng)檢測資料對平桂管理區(qū)公會鎮(zhèn)一移動通信基站及臨近民居物遭受雷擊的分析，找出造成雷災(zāi)的原因，并對通信基站的整改提出意見以及臨近家用電器設(shè)備防護辦法。

基站；臨近；雷災(zāi)；架空線路；選址

賀州市位于桂東北，在桂、粵、湘三省交界處。屬于中亞熱帶季風氣候區(qū)，市內(nèi)地形地貌各異，山嶺河流交錯，造成市內(nèi)雷電天氣多發(fā)，通信基站幾乎每年都有雷災(zāi)發(fā)生，同時隨著移動通信基站的密集建設(shè)，在郊區(qū)及農(nóng)村移動通信基站距離民居越來越近，臨近基站的民居時常發(fā)生家用電器受損的情況，使得基站與附近居民的矛盾加劇。本文通過2013年在本市一鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)上的移動通信基站部分電源線路受損與附近民居大批家用電器及線路損壞的雷災(zāi)事故，分析雷災(zāi)原因，對基站與臨近民居雷電防護提出建議。

1　雷災(zāi)概況

2013年6月9日21時左右，賀州市平桂管理區(qū)公會鎮(zhèn)突發(fā)雷雨天氣，鎮(zhèn)上的移動通信基站部分電源線路受損，附近民居大批家用電器及線路損壞。據(jù)附近居民介紹，6月9日21點10分左右，閃電不斷，雷聲震耳欲聾，當時大家都在家里看電視、上網(wǎng)等，在聽到幾聲巨大的雷響后，看到很亮的電光在房屋周圍閃過（因閃擊點較近，部分居民感覺電光似乎進入了室內(nèi)，打在自己旁邊一般，但根據(jù)現(xiàn)場了解的情況，閃電并未入戶，也沒有居民受傷），過后發(fā)現(xiàn)，移動通信機房其中一相市電線路損壞，附近民居共有包括電視機、電腦在內(nèi)的數(shù)十臺家電不同程度損壞，直接經(jīng)濟損失達10萬元左右。

2　雷災(zāi)調(diào)查

2.1現(xiàn)場勘查

防雷中心人員現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該移動通信基站位于公會鎮(zhèn)鎮(zhèn)上邊緣地帶（N：24°23′68.4＂，E：111° 31′76.6＂，海拔132m），基站鐵塔高45米，立于移動公司自建的兩層建筑物上，該建筑物的第二層為移動通信機房。臨近基站無高大建筑物，基站幾乎緊鄰居民區(qū)，間距不足2m左右，附近的密集居民樓均在四層以下。

2.2防雷措施現(xiàn)狀

2.3.1移動通信基站防雷現(xiàn)狀

該基站1999年建成投入使用，有接閃桿（鐵塔）等防直擊雷措施，地網(wǎng)布置情況不詳，接地電阻為3.5Ω，電阻值滿足滿足《通信局（站）防雷接地工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50689-2010）的要求；通信機房電源線、信號線架空引入，未采取防閃電電涌侵入和閃電電磁感應(yīng)措施，機房內(nèi)設(shè)備機柜已做等電位連接，但走線架和蓄電池沒有進行等電位連接。

2.3.2臨近民居防雷現(xiàn)狀

通信基站附近的民居均未安裝防雷裝置，電源線、信號線架空引入。

2.3.3電源線路敷設(shè)

通信基站的電源線路從大約100米處的變壓器架空引入至機房配電箱內(nèi)，采用三相四線制進線，居民區(qū)電源線路與通信基站共用線路系統(tǒng)，最近民居與通信基站配電箱節(jié)點電源線長度不到5米。

2.3數(shù)據(jù)收集

2.3.1剩磁檢測：

由于電流的磁效應(yīng)，在電流周圍空間產(chǎn)生磁場，處于磁場中的鐵磁體收到磁化作用，當磁場逸去后鐵磁體仍保持一定磁性。處于磁場中的鐵磁體被磁化后保持磁性的大小與電流的大小和距離有關(guān)。通長導線中的電流在正常狀態(tài)下，雖然也會產(chǎn)生磁場，但其強度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限。當線路發(fā)生雷擊或建筑物遭受雷擊時，將會產(chǎn)生異常大的電流，從而出現(xiàn)具有相當強度的磁場，鐵磁體也隨之受到強磁化作用，保持較大的磁性。磁化規(guī)律：鐵磁體磁性的強弱與其距導線（有強電流通過）的距離有關(guān)，距導線越近其磁性越強。

在雷災(zāi)現(xiàn)場中，采用對導線及雷擊周圍鐵磁體進行剩磁檢測的方法，依據(jù)剩磁的有誤和大小判定是否出現(xiàn)過雷擊現(xiàn)象，一般雷擊發(fā)生3天內(nèi)檢測，對檢測剩磁值進行對照分析，判定是否發(fā)生雷擊災(zāi)害：

表1　剩磁數(shù)據(jù)分析判定對照表（單位：mT）

經(jīng)檢測，雖然調(diào)查時間離雷災(zāi)發(fā)生時間較長（17天），但各個關(guān)鍵部位剩磁仍然明顯。因雷擊損壞的機房配電箱內(nèi)受損痕跡明顯，剩磁較大，樓面鐵塔也有較大的剩磁；一些損壞的家用電器、電腦等已進行了修理，對損壞情況已較難取證，也無法測到剩磁。但對入戶的配電箱還是能測到較大剩磁。

表2　剩磁數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（單位：mT）

2.3.2雷電環(huán)境

6月9日天氣形勢：6月9日20時，廣西上空500hPa受高原槽東移影響，槽線位于105°E附近，賀州處于槽前正渦度區(qū)，有利于上升氣流發(fā)展；700hPa有冷平流自桂西北侵入，850-925hPa暖濕氣流輸送明顯，溫度露點差小于3℃，低層水汽含量豐富，這樣的上下層配置有利于強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。850hPa切變線自桂西南向桂東北伸展，低層輻合明顯。

分析6月9日20時梧州站T-lnP圖可以發(fā)現(xiàn)，探空曲線有弱的喇叭口形狀，說明桂東地區(qū)有上干下濕的濕度分布，有利于強對流天氣的出現(xiàn)。同時，9日20時梧州站K指數(shù)達43℃，Si指數(shù)達-2.88，說明大氣不穩(wěn)定層結(jié)非常明顯，有利于雷暴天氣的發(fā)生發(fā)展。

根據(jù)廣西雷電實時監(jiān)測定位系統(tǒng)顯示，編號1863閃電與造成事故的閃電最為接近，其發(fā)生時間為21點8分22秒，強度為-36.2KA。

圖1　廣西雷電實時監(jiān)測定位系統(tǒng)顯示圖

3　結(jié)果分析

（1）從現(xiàn)場調(diào)查和附近居民的介紹，以及雷電數(shù)據(jù)、剩磁測試結(jié)果分析，2013年6月9日21時10分左右，賀州市平桂管理區(qū)公會鎮(zhèn)移動通信基站附近出現(xiàn)了雷電，公會鎮(zhèn)一帶也屬于雷電高發(fā)區(qū)，較大的可能是通信鐵塔受到直接雷擊，雷電流通過鐵塔本身及引下線泄流到地網(wǎng)，同時因雷擊產(chǎn)生的電磁感應(yīng)侵入到架空電源線路，而通信機房的電源線路無良好的泄流通道，導致受損。同樣的，附近居民的家用電器受損，主要也是因為電源線路受到閃電電涌侵入和電磁感應(yīng)，而各個民居本身又沒有采取任何防雷措施，閃電電涌沿著電源線路傳導到家用電器使其燒壞或損毀。

（2）經(jīng)計算（利用滾球法），通信基站高45米的鐵塔對三層半樓房的保護半徑約為25米，客觀上對25米范圍內(nèi)的臨近民居防直擊雷起到了一定的保護作用。但高架避雷針因側(cè)向下行雷電出現(xiàn)擊中避雷針附近地面而產(chǎn)生的散擊區(qū)（散擊區(qū)的雷擊率要高于遠離避雷針的正常區(qū)）卻遠大于避雷針的保護范圍，如表3所示，大量的民居位于該塔針的散擊區(qū)內(nèi)，從而增大了這些無防雷設(shè)施的民居受到雷擊的概率。

表3　不同鐵塔高度的散擊區(qū)半徑

（3）感應(yīng)脈沖過電壓的幅值與雷擊點（通信鐵塔）的距離成反比，與雷電流陡度成正比，所以雷擊點越近，雷電流的陡度越大，感應(yīng)脈沖過電壓U（kV/m）就越大，越久越危險，見下式：

試中，S為雷電流引下線與被感應(yīng)導體間的平行距離（m），實際測量為1.5m；di/dt為雷電流陡度（kA/μs）。

移動通信基站的電源線路架空引入且無SPD泄流通道，根據(jù)廣西閃電定位系統(tǒng)觀測值，雷電流i為-36.2KA，經(jīng)計算得移動通信基站遭受直擊雷后，電源線電磁感應(yīng)脈沖過電壓分量為43.46kV/m。三相系統(tǒng)各種設(shè)備絕緣耐沖擊過電壓額定值的標準：家用電器等用電設(shè)備的耐沖擊過電壓為2.5kV，特殊需要保護的設(shè)備僅為1.5kV。因此，雷擊通信鐵塔后形成的雷擊電磁脈沖極有可能對該基站電子信息化設(shè)備和臨近民居家用電器造成重大破壞。

4　意見或建議

（1）進一步完善防直擊雷和防閃電電涌侵入及閃電電磁感應(yīng)措施，如線路安裝SPD、埋地進線、增加屏蔽層等；

（2）增加引下線，有效降低接地電阻值；

（3）在滿足信號覆蓋率和強度時，應(yīng)適當降低鐵塔高度，以減少雷擊風險和散擊區(qū)范圍；

（4）定期進行防雷安全性能檢測，以確保防雷裝置達到規(guī)范要求。

（5）附近民居盡可能避免與通信基站同一配電線路，并保持一定的安全距離；

（6）盡可能安裝防雷裝置，特別電源線路的防雷措施；

（7）對于突發(fā)雷電天氣，應(yīng)根據(jù)氣象部門預(yù)警信息，做好應(yīng)急措施，對于防雷措施不完善的設(shè)備可采取拔電源插頭和網(wǎng)線等應(yīng)急辦法。

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Analysis and suggestion on a thunder disaster happened to Mobile communication base station and adjacent buildings

Li Tao，Li Shun，Liang Yi

（1.Hezhou Municipal Meteorological Service；2.Zhongshan County Meteorological Service）

Based on the sound field magnetic detection and lightning location system data，a lightning strike to a mobile communication base station and adjacent buildings in Gonghui Town was analyzed to find out the cause of the thunder disaster and put forward the improvement plan for the communication base station and the protective measures for adjacent domestic appliances.

base station；adjacent；thunder disaster；overhead line；site selection

P427.32

A

1673-8411（2015）02-0106-05

2014-09-25

李韜，工程師，畢業(yè)于南京信息工程大學，主要在防雷檢測機構(gòu)從事防雷技術(shù)服務(wù)工作。