天氣雷達(dá)站供電線路安全設(shè)計(jì)的探討

摘 要：某縣地形地貌復(fù)雜，受地形影響，該縣部分地區(qū)處于某市SA雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)，無(wú)法滿足氣象業(yè)務(wù)的使用要求。面對(duì)繁重的防災(zāi)減災(zāi)工作任務(wù)，安裝X波段雙偏振天氣雷達(dá)，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)極端天氣事件和災(zāi)害性天氣，提高強(qiáng)降雨等天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)水平。結(jié)合地質(zhì)條件，從供電線路、多路供電、防雷安全等方面設(shè)計(jì)雷達(dá)站供電方案，依照方案建立雷達(dá)站供電線路系統(tǒng)，并對(duì)新建某縣X波段天氣雷達(dá)站供電線路安全設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：天氣雷達(dá)站；供電線路；安全設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN959 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–0-03

當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)逐步實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)氣象服務(wù)提出了更高的要求。某縣屬山區(qū)，地形地貌復(fù)雜，暴雨、干旱、大風(fēng)、冰雹、雷擊等氣象災(zāi)害頻發(fā)，造成部分人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如“5.27”和“6.16”特大暴雨。該地區(qū)雷達(dá)監(jiān)測(cè)主要依靠新一代天氣雷達(dá)，受地形影響，該縣部分地區(qū)處于某市SA雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)，無(wú)法達(dá)到氣象業(yè)務(wù)開展的要求。面對(duì)繁重的防災(zāi)減災(zāi)工作任務(wù)，安裝X波段雙偏振天氣雷達(dá)，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)極端天氣事件和災(zāi)害性天氣。在垂直空間上，該雷達(dá)可有效補(bǔ)充探測(cè)某市新一代天達(dá)雷達(dá)的觀測(cè)盲區(qū)，顯著提高某市，尤其是該縣對(duì)強(qiáng)降雨等天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力。

結(jié)合某山頂?shù)奶厥獾匦?、地質(zhì)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(fā)，精心設(shè)計(jì)了雷達(dá)站的供電方案，以此為依據(jù)建立了雷達(dá)站的供電線路系統(tǒng)，并對(duì)新建武平X波段天氣雷達(dá)站的供電線路安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入探討與分析。若方案得以成功實(shí)施，將顯著提升供電安全性，為雷達(dá)站的正常運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

1 天氣雷達(dá)站供電線路的功能和特點(diǎn)

1.1 天氣雷達(dá)站的功能及其重要性

1.1.1 天氣雷達(dá)站在氣象監(jiān)測(cè)中的作用

天氣雷達(dá)站通過(guò)發(fā)射一系列脈沖電磁波，利用云霧、雨、雪等降水粒子對(duì)電磁波的散射和吸收特性，精準(zhǔn)分析降水的空間分布特征和垂直結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)為氣象工作者提供了關(guān)于降水發(fā)生地點(diǎn)、移動(dòng)方向的信息，進(jìn)而幫助其預(yù)測(cè)未來(lái)降水可能影響的區(qū)域。天氣雷達(dá)站的應(yīng)用不僅能監(jiān)測(cè)降水，還能有效監(jiān)測(cè)雷暴大風(fēng)、冰雹甚至龍卷風(fēng)等極端天氣，為民眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供預(yù)警信息。此外，天氣雷達(dá)站作為氣象防災(zāi)減災(zāi)“第一道防線”的重要組成部分，通過(guò)實(shí)時(shí)滾動(dòng)更新觀測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)員能夠及時(shí)掌握即將到來(lái)的天氣過(guò)程及其可能引發(fā)的災(zāi)害，從而提前采取應(yīng)對(duì)措施，最大限度地減少災(zāi)害損失。

1.1.2 供電線路對(duì)保障雷達(dá)站安全運(yùn)行的作用

雷達(dá)站的穩(wěn)定運(yùn)行高度依賴可靠的電力供應(yīng)，供電系統(tǒng)是雷達(dá)站的核心組成部分，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到雷達(dá)設(shè)備的正常運(yùn)行和探測(cè)性能[1]。供電線路對(duì)雷達(dá)站運(yùn)行起著關(guān)鍵作用，如確保雷達(dá)設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，提升雷達(dá)設(shè)備監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害的能力，提高雷達(dá)探測(cè)的準(zhǔn)確性與效率等。這些應(yīng)急電源系統(tǒng)的性能與可靠性直接決定了雷達(dá)站應(yīng)對(duì)緊急情況的能力。此外，供電線路在保障航空安全、防災(zāi)減災(zāi)中扮演著重要角色。因此，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與維護(hù)必須嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，確保雷達(dá)站穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

1.2 供電線路的基本構(gòu)成

天氣雷達(dá)站的供電線路主要由10 kV配電線路、低壓配電線路與應(yīng)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(dá)站在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定、安全運(yùn)行，為氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供可靠的電力支持。天氣雷達(dá)站的供電線路主要包括配電系統(tǒng)的防雷規(guī)范、供電系統(tǒng)的配置以及供電線路的材料與敷設(shè)方式[2]。其中，配電系統(tǒng)的防雷規(guī)范尤為重要，其直接關(guān)系到雷達(dá)站的安全運(yùn)行。供電系統(tǒng)的配置同樣關(guān)鍵，其能確保電力供應(yīng)穩(wěn)定。此外，供電線路的材料和敷設(shè)方式也不可忽視，它們共同保障了雷達(dá)站電力供應(yīng)的可靠性和設(shè)備的安全性。

2 供電線路安全設(shè)計(jì)的原則與目標(biāo)

2.1 核心原則：安全設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、可靠性和冗余設(shè)計(jì)

為保證天氣雷達(dá)站供電的穩(wěn)定性，需要遵循以下幾點(diǎn)原則。一是容量選擇；二是雙路供電；三是電池備份；四是移動(dòng)供電源，若出現(xiàn)特殊情況，如供電公司雙路電源無(wú)法供電、發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障、UPS電源電池組供電告急，應(yīng)在總配電柜端設(shè)計(jì)移動(dòng)供電源（應(yīng)急電源發(fā)電車）的應(yīng)急接口，增加一路在特殊時(shí)期的用電供電方式；五是穩(wěn)定性和過(guò)載保護(hù)，尤其是在雷達(dá)站遇雷暴等惡劣天氣時(shí)，UPS電源應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行并保護(hù)連接的設(shè)備；六是監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理，在配置UPS電源時(shí)，考慮選擇具有監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理功能的設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)UPS的狀態(tài)和電池剩余容量，并遠(yuǎn)程管理UPS的運(yùn)行參數(shù)和配置，以提高對(duì)電源供應(yīng)的可控性和可管理性，具體的UPS電源配置還應(yīng)根據(jù)氣象雷達(dá)站的實(shí)際需求及其所處環(huán)境來(lái)確定[3]。通過(guò)遵循上述原則，天氣雷達(dá)站能在各種條件下獲得穩(wěn)定的電力供應(yīng)，從而保障雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

2.2 安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)

2.2.1 確保天氣雷達(dá)站不間斷供電

為保障雷達(dá)站不間斷供電，主要依賴于UPS電源、柴油發(fā)電機(jī)及市電的聯(lián)合保障系統(tǒng)。通過(guò)與供電部門緊密溝通與協(xié)作，這一系統(tǒng)配置將顯著提升供電的可靠性與穩(wěn)定性，從而共同確保天氣雷達(dá)站在各種復(fù)雜環(huán)境下均能實(shí)現(xiàn)不間斷供電。這對(duì)保障雷達(dá)探測(cè)等關(guān)鍵任務(wù)的順利進(jìn)行具有重要意義。

2.2.2 預(yù)防電氣火災(zāi)和電擊事故

為有效預(yù)防電氣火災(zāi)和電擊事故，可采取以下措施：避免設(shè)備過(guò)載，防止短路、電弧及火花產(chǎn)生；定期進(jìn)行檢查與維護(hù)設(shè)備；正確使用接閃針等設(shè)備防范雷電危害。這些措施能顯著降低電氣火災(zāi)和電擊事故的發(fā)生概率，從而保障人身與財(cái)產(chǎn)安全。

2.2.3 提升供電系統(tǒng)的抗干擾能力

增強(qiáng)供電系統(tǒng)的抗干擾能力是安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)，旨在確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可從多個(gè)層面入手，包括優(yōu)化硬件、升級(jí)軟件、科學(xué)設(shè)計(jì)接地與布線以及全面考量電磁兼容性。通過(guò)實(shí)行這些綜合措施，能夠顯著增強(qiáng)供電系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 天氣雷達(dá)站供電線路的安全設(shè)計(jì)

天氣雷達(dá)站供電線路設(shè)計(jì)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到雷達(dá)站的正常運(yùn)行及其穩(wěn)定性。以某縣智慧氣象保障工程（X波段天氣雷達(dá)）建設(shè)項(xiàng)目為例，從市電供電線路、柴油發(fā)電機(jī)供電線路、專用配電柜設(shè)計(jì)、天氣雷達(dá)站內(nèi)部供電線路等方面入手，對(duì)供電線路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

3.1 市電10 kV架空供電線路設(shè)計(jì)

以線路+自備電源方式為例，從雷達(dá)站鄰近的變電站公用饋線上T接，并在雷達(dá)站配電站房旁安裝一組分界保護(hù)開關(guān)。10 kV架空線路的路徑選擇應(yīng)兼顧安全和維護(hù)便利，建議沿進(jìn)站道路架設(shè)。廊道和站外變壓器位置需避開樹障、塌方、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域。針對(duì)無(wú)法避開的桿段，應(yīng)采取防護(hù)措施或定期清理兩側(cè)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(yīng)根據(jù)雷達(dá)站滿負(fù)荷運(yùn)行需求進(jìn)行匹配，并預(yù)留適當(dāng)容量。防雷措施的設(shè)計(jì)與施工需嚴(yán)格按照最新規(guī)程和規(guī)范的要求。

對(duì)于天氣雷達(dá)站內(nèi)線路的敷設(shè)，10 kV配電線路采用鎧裝電纜全程埋地引入。若條件受限，應(yīng)將進(jìn)入雷達(dá)站變壓器前的10 kV架空線轉(zhuǎn)換為鎧裝電纜或護(hù)套電纜，并穿金屬管埋地引入，埋地長(zhǎng)度應(yīng)不少于

50 m，同時(shí)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(yīng)在變壓器前3基桿的10 kV架空線上方裝設(shè)避雷線。

3.2 雙電源進(jìn)線設(shè)計(jì)

雙電源進(jìn)線根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和容量測(cè)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(fā)電機(jī)供電線路的方式，這種設(shè)計(jì)能夠在市電異常時(shí)，確保天氣雷達(dá)正常運(yùn)行。兩路市電供電線路的切換應(yīng)在雷達(dá)站房的配電房?jī)?nèi)進(jìn)行，供電線路為一路、柴油發(fā)電機(jī)供電線路為一路，配備雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS雙電源自動(dòng)切換柜）以控制電源切換。由于轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在一小段時(shí)間的間隔，可在配電房?jī)?nèi)安裝第一級(jí)不間斷電源（UPS），并在雷達(dá)機(jī)房?jī)?nèi)安裝第二級(jí)UPS，確保天氣雷達(dá)設(shè)備供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

對(duì)于低壓配電線路，引入雷達(dá)站的低壓配電線路應(yīng)全程采用鎧裝電纜或護(hù)套電纜，穿金屬管埋地敷設(shè)，鎧裝層或金屬管兩端均應(yīng)接地，可有效保護(hù)供電線路免受外界因素的干擾和損害，確保雷達(dá)站電力供應(yīng)穩(wěn)定。

在選擇三相柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮其性能的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)功率的選擇需綜合考慮雷達(dá)站全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的余量，并預(yù)留未來(lái)可能增加設(shè)備的功率需求。此外，還需考慮金屬屏蔽所帶來(lái)的電量損耗及發(fā)電機(jī)元件老化可能導(dǎo)致的功率下降問(wèn)題。因此，建議選擇市場(chǎng)上標(biāo)稱功率大于實(shí)際總功率需求的發(fā)電機(jī)型號(hào)。

3.3 加裝應(yīng)急接口

當(dāng)雙電源（市電供電線路和柴油發(fā)電機(jī)供電線路）同時(shí)出現(xiàn)異常且無(wú)法及時(shí)修復(fù)時(shí)，如果UPS電源也出現(xiàn)故障或其無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間供電，應(yīng)在總配電柜端設(shè)計(jì)移動(dòng)供電源（應(yīng)急電源發(fā)電車或發(fā)電機(jī)）應(yīng)急接口，增加特殊時(shí)期的用電供電方式。為了提升雷達(dá)站總配電房的應(yīng)急供電能力，需要改造雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS雙電源自動(dòng)切換柜）控制柜，具體措施為在專用配電柜上增設(shè)緊急外電接口，并加裝前端雙電源L1、L2、L3、N線的有效開關(guān)。這一改造將確保應(yīng)急電源發(fā)電車能夠通過(guò)新增的應(yīng)急接口，安全、穩(wěn)定地為雷達(dá)站總配電房專用配電柜供電。

3.4 雷達(dá)站配電房專用配電柜設(shè)計(jì)

天氣雷達(dá)站的配電房作為關(guān)鍵設(shè)施，直接影響雷達(dá)的穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化配電房的設(shè)計(jì)能有效減少后續(xù)維修和維護(hù)的頻次。配電柜的選址至關(guān)重要，依據(jù)電力設(shè)計(jì)規(guī)范，配電房應(yīng)選在靠近負(fù)荷中心的位置，便于進(jìn)出線和設(shè)備的吊裝與運(yùn)輸。若配電房上方或下方有辦公室或生活區(qū)，需進(jìn)行屏蔽處理。在電源分配上，需明確雷達(dá)機(jī)房、生活區(qū)、辦公室及路燈的用電線路。發(fā)電機(jī)房與UPS系統(tǒng)通過(guò)專用配電柜連接。此外，雷達(dá)站機(jī)房防靜電地板下的接地銅條厚度也需嚴(yán)格把控，建議選用5 mm厚的優(yōu)質(zhì)銅條，以滿足防雷規(guī)范的要求。

為確保雷達(dá)站在電力中斷或其他突發(fā)情況下仍能正常運(yùn)行，通常會(huì)為其配置UPS電源。主機(jī)房安裝的第二級(jí)UPS電源在電源不間斷和穩(wěn)壓方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。UPS電源的選擇應(yīng)基于雷達(dá)站的電力需求和運(yùn)行設(shè)備的功耗，確定合適的容量，該電源應(yīng)具備雙路供電和電池備份功能，確保在電網(wǎng)斷電時(shí)仍能持續(xù)供應(yīng)電力。此外，UPS電源還應(yīng)具有穩(wěn)定的輸出電壓和頻率以及過(guò)載保護(hù)功能，防止過(guò)載對(duì)設(shè)備造成損害。

3.5 供電系統(tǒng)配置

新一代雷達(dá)供電系統(tǒng)要求采用三相五線制，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)設(shè)備的零線和地線雙重接地，形成TN-C與TN-S相結(jié)合的供電模式。在天氣雷達(dá)站中，若變配電室與機(jī)房位于同一建筑物內(nèi)，應(yīng)優(yōu)先選擇TN-S系統(tǒng)；當(dāng)變配電室與雷達(dá)機(jī)房分處不同建筑物時(shí)，則可考慮采用TN-C-S系統(tǒng)。此外，引入雷達(dá)站建筑物總配電柜的PEN線必須重復(fù)接地，自總配電柜起，所有配電線路和分支線路均應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。同時(shí)，還需根據(jù)雷達(dá)站的具體等級(jí)合理配置SPD（浪涌保護(hù)器），確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保護(hù)設(shè)備的安全。

3.6 供電線路的材料和敷設(shè)方式

建議采用鎧裝電纜或護(hù)套電纜，并通過(guò)金屬管進(jìn)行埋地敷設(shè)。同時(shí)，確保鎧裝層或金屬管的兩端均可靠接地，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定與安全。

4 氣象雷達(dá)站的安全防護(hù)措施

4.1 完善綜合防雷措施

在防雷設(shè)計(jì)之初，必須全面分析可能導(dǎo)致雷擊的主要因素及其侵入路徑。在此基礎(chǔ)上，深入研究雷達(dá)站保護(hù)裝置的選擇和屏蔽、等電位聯(lián)接及其接地方式等防雷技術(shù)，具體包括直擊雷和側(cè)擊雷的防護(hù)、雷電感應(yīng)與雷電波侵入的防護(hù)、電源保護(hù)、信號(hào)源防護(hù)、雷達(dá)罩天線線路防護(hù)以及雷達(dá)站主機(jī)房的防護(hù)措施。此外，還需完善接地及等電位聯(lián)接等綜合防雷措施，促進(jìn)供電線路安全運(yùn)行。

4.2 線路保護(hù)與過(guò)載預(yù)防

4.2.1 線路保護(hù)裝置的功能及其應(yīng)用

線路保護(hù)裝置的功能涵蓋過(guò)電流保護(hù)、接地保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。這些裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控線路運(yùn)行狀態(tài)，并在故障發(fā)生時(shí)迅速切斷故障電流，防止故障蔓延，保障電力設(shè)備安全。此外，線路保護(hù)裝置還能與系統(tǒng)內(nèi)其他保護(hù)設(shè)備緊密協(xié)作，共同構(gòu)建電力系統(tǒng)的全面防護(hù)體系。為實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，需定期進(jìn)行維護(hù)與管理，包括但不限于定期檢查與測(cè)試、校準(zhǔn)、軟件升級(jí)與優(yōu)化，以及建立健全檔案管理系統(tǒng)。

4.2.2 過(guò)載預(yù)防措施

過(guò)載保護(hù)是防止主電源線路因過(guò)載導(dǎo)致保護(hù)器過(guò)熱損壞而加裝的設(shè)備，過(guò)載預(yù)防措施如下。首先，合理選擇配電導(dǎo)線截面積，確保其能承受預(yù)期電流負(fù)載，避免因?qū)Ь€過(guò)細(xì)而引發(fā)過(guò)載問(wèn)題。其次，定期檢查線路和熔斷器，確保其狀態(tài)良好，嚴(yán)禁使用不符合規(guī)格的替代熔體。定期檢測(cè)和維護(hù)電氣線路，包括電線、電纜、開關(guān)、插座等，確保線路無(wú)裸露、老化、磨損、受潮等問(wèn)題，連接處接觸良好。還應(yīng)防止導(dǎo)線接觸電阻過(guò)大，確保接頭牢固可靠，減少接觸不良導(dǎo)致的過(guò)熱現(xiàn)象出現(xiàn)。在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)確核定場(chǎng)所容量，充分考慮未來(lái)新增容量的可能性，選擇型號(hào)合適的導(dǎo)線。最后，加強(qiáng)用電管理，加快老線路的更新改造，消除火災(zāi)隱患，尤其是老舊線路應(yīng)及時(shí)整改，提高其安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

天氣雷達(dá)站建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，能夠有效監(jiān)測(cè)極端天氣事件與災(zāi)害性天氣，從而更好地服務(wù)于人民。在天氣雷達(dá)站建設(shè)過(guò)程中，深入思考并探討了供電線路的安全設(shè)計(jì)，并在建成后定期進(jìn)行供電線路的維護(hù)與檢修，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)實(shí)行這些措施，為某縣X波段天氣雷達(dá)站及機(jī)房設(shè)備供電線路的安全與穩(wěn)定運(yùn)行提供支持，進(jìn)而提高相關(guān)部門對(duì)強(qiáng)降雨等天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)水平，為社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

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