陳 軍，滕萬里，張 麗

(1.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300;2.貴州省清鎮(zhèn)市氣象局，貴州 清鎮(zhèn) 551400;3.貴州省綏陽縣氣象局，貴州 綏陽 563300)

1 引言

雷電風(fēng)險(xiǎn)評估既是指導(dǎo)與統(tǒng)籌防雷工程設(shè)計(jì)以及防雷工程施工的需要，也是科學(xué)防雷、規(guī)范防雷的重要工作。為了減少或避免貴陽市烏當(dāng)區(qū)新添加油站(以下簡稱新添加油站)遭受雷擊而引起雷電災(zāi)害，為了科學(xué)的指導(dǎo)防雷設(shè)計(jì)和施工，對項(xiàng)目進(jìn)行了雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估，計(jì)算出該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)值與最大容許值進(jìn)行比較，通過對資料數(shù)據(jù)的具體分析，計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)值是否達(dá)到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置達(dá)到良好的防護(hù)作用。

2 相關(guān)數(shù)據(jù)來源與分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

烏當(dāng)區(qū)氣象局40 a氣象觀測資料(1966—2005年);貴州省雷電監(jiān)測網(wǎng)近5 a閃電資料(2006—2010年)、以新添加油站項(xiàng)目現(xiàn)場測量的地理參數(shù)為基準(zhǔn)點(diǎn)3 km范圍的閃電資料。地理位置參數(shù):26°33'35.4″N，106°30'36.7″E。

2.2 烏當(dāng)區(qū)40 a氣象觀測數(shù)據(jù)分析

烏當(dāng)區(qū)1966—2005年氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明:烏當(dāng)區(qū)年平均雷暴日為49 d;雷電活動主要發(fā)生在3－9月，月平均雷暴日接近6 d。雷暴日最多的年份為1979年的60 d;雷暴日最少年份為1966年的23 d。初雷日最早為1月3日發(fā)生在1987年;終雷日最晚為12月27日發(fā)生在2004年;初終間跨度最長的年份為2004年，從1月10日—12月27日。

2.3 貴州省雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

烏當(dāng)區(qū)近4 a地閃數(shù)據(jù)顯示:該地域地閃主要活躍在15－03時，90% 的地閃都發(fā)生在這個時段，04－14時地閃相對較少，約10%的地閃發(fā)生在這個時段。

新添加油站(3 km半徑)區(qū)域范圍內(nèi)雷電流參數(shù):雷電流的平均值為16.6 kA，最大正閃強(qiáng)度為157.8 kA，最大負(fù)閃強(qiáng)度206.9 kA。

項(xiàng)目3 km半徑區(qū)域范圍地閃密度為68次/km2·a，采用該值作為雷電風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算參數(shù)。

2.4 土壤電阻率

本文中所用的土壤電阻率數(shù)值來源于在貴州貴陽市烏當(dāng)區(qū)新添加油站項(xiàng)目所處區(qū)域現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。所測量土壤電阻率為地表至地下5m土壤層的平均土壤電阻率，其值為1 059Ω·m。

3 評估項(xiàng)目概況

新添加油站地處貴陽市烏當(dāng)區(qū)新添大道，占地面積約7 000 m2，建筑面積400 m2。加油站分為兩部分:北面為附屬用房、綜合樓、運(yùn)動場等輔助區(qū);南面為卸油區(qū)、加油區(qū)和儲油區(qū)、站房和配電房等。其中卸油區(qū)位于輔助區(qū)的南面，采用密閉卸油方式，以減少油氣揮發(fā)造成的危害。加油區(qū)位于卸油區(qū)的東南面，包括站房和加油棚。站房內(nèi)設(shè)有休息室、辦公室和收款室等功能部分;站房南面與站房相連接的為加油棚，2排加油島和8臺加油機(jī)。

3.1 建筑物本身主體形狀

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，新添加油站項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括廁所、雜物房、配電房等輔助區(qū)及站房和加油棚，加油棚與站房相連接稱為站區(qū)。廁所、雜物房、配電房在建筑上作為一個單體進(jìn)行評估，稱為輔助區(qū)。

站區(qū)加油棚長度32.9 m、寬度28.0 m、高度12.0 m;輔助區(qū)附屬房建筑主體長度24.4 m、寬度6.2 m、高度12.7 m，綜合樓為擬建工程，對其不作評估。

3.2 建筑物內(nèi)的設(shè)備

加油區(qū)內(nèi)有2排加油島和8臺加油機(jī)。儲油罐區(qū)位于加油島和車道下面，設(shè)計(jì)有4個埋地的臥式罐，包括容積為30 m3的0#柴油罐1個，30 m3的90#汽油罐1個，30 m3的93#汽油罐1個，30 m3的97#汽油罐1個。輔助區(qū)配電房內(nèi)設(shè)有1臺30 Kw柴油發(fā)電機(jī)作UPS。以上各單體內(nèi)的設(shè)備通過工藝管線連接。

3.3 傷害的影響

在建筑物內(nèi)或建筑物戶外距離建筑物3 m以內(nèi)區(qū)域中的人員接觸和跨步電壓有可能造成傷害的影響:根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，平時工作人員共計(jì)8人，而運(yùn)營時平均活動人員約35人/h。站區(qū)內(nèi)金屬構(gòu)件和管道較多，接觸和跨步電壓有可能對人員構(gòu)成傷害。

3.4 各類入戶金屬管線特性

新添加油站輔助區(qū)內(nèi)設(shè)配電房，電力線纜采用套金屬管埋地方式引入，配電房內(nèi)設(shè)有一臺30 kW柴油發(fā)電機(jī)作UPS。所有用電設(shè)備的電源由配電房提供，站內(nèi)主要的用電設(shè)備有加油機(jī)、空調(diào)、收費(fèi)電腦，照明設(shè)備等。

3.5 線路敷設(shè)狀況

供配電系統(tǒng)采用TN－S系統(tǒng)，由發(fā)配電間引出的VV22型電力線纜、RVV型控制線在行車道內(nèi)均穿PVC阻燃塑料管后，敷設(shè)于專用電纜溝內(nèi)。電力線穿鋼管埋地敷設(shè)。除加油棚內(nèi)照明導(dǎo)線穿熱鍍鋅鋼管DN15明敷設(shè)外，其余照明導(dǎo)線在室內(nèi)均穿PVC阻燃塑料管暗敷設(shè)，在室外穿鋼管保護(hù)埋地暗敷設(shè)。該加油站低壓電源進(jìn)線進(jìn)戶后零線必須重復(fù)接地，其接地電阻值要求不＞10Ω，該加油站要求PE線與N線應(yīng)絕對分開。低壓配電系統(tǒng)母線加裝電源電涌保護(hù)器SPD，進(jìn)行過電壓保護(hù)。

3.6 新添加油站項(xiàng)目雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)特性對應(yīng)數(shù)據(jù)

①根據(jù)提供的設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場勘測得到的建筑特性與對應(yīng)數(shù)據(jù)如表1～表4所示:

表1 新添加油站站區(qū)建筑特性與數(shù)據(jù)

表2 新添加油站輔助區(qū)附屬房建筑特性與數(shù)據(jù)

表3 新添加油站項(xiàng)目入口區(qū)域特性

表4 新添加油站內(nèi)部區(qū)域特性

②根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場勘測結(jié)果得到電氣特性與對應(yīng)的數(shù)據(jù)如表5所示。圖紙未設(shè)計(jì)有通訊線纜的安裝和鋪設(shè)情況。本報(bào)告對通訊線纜的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不作評估。

表5 新添加油站項(xiàng)目低壓電纜及室內(nèi)設(shè)備特性與數(shù)據(jù)

4 風(fēng)險(xiǎn)估算

4.1 建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

4.1.1 建筑物及入戶設(shè)施的截收面積 新添加油站站區(qū)建筑物每年的截收閃電面積:

新添加油站輔助區(qū)附屬房每年的截收閃電面積:

所以:Ad=Ad1+Ad2=16 438.4(m2)

新添加油站建筑物附近地面的截收閃電面積(輔助區(qū)的附近地面區(qū)域在站區(qū)所占附近地面區(qū)域內(nèi)):

新添加油站低壓電線纜的截收閃電面積:

新添加油站低壓電線纜附近地面的截收面積:

4.1.2 新添加油站年預(yù)計(jì)雷電閃擊次數(shù) 建筑物年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

建筑物附近地面的年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

低壓電線纜的年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

低壓電線纜附近地面的年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

所以，總的入戶線纜的年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

總的入戶線纜附近地面的年預(yù)計(jì)閃擊次數(shù)為:

4.2 人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)

4.2.1 人員傷亡損失量值 Lt、Lf和LO的值由于確定困難，故均取典型平均值。

Lt的取值為:加油站入口區(qū)域Lt=10－5，加油站建筑內(nèi)區(qū)域Lt=10－2，

Lf的取值為:Lf=5×10－3;LO的取值為:LO=10－2。

4.2.2 分量計(jì)算 RA為在加油站建筑物外3 m入口區(qū)域內(nèi)因接觸和跨步電壓引起的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，此風(fēng)險(xiǎn)只存在于建筑物入口區(qū)域。

加油站建筑物入口:

RB是由于雷擊建筑物產(chǎn)生危險(xiǎn)的電火花引起燃燒或爆炸引起的物質(zhì)損害，這種損害還可能危害到周圍，造成人員傷亡損害:

RV是因雷擊電流通過低壓電纜傳導(dǎo)引入導(dǎo)致燃燒或爆炸，而造成的物質(zhì)危害，并可能造成人員傷亡的損失。由低壓電纜引入的雷電流造成的損害風(fēng)險(xiǎn)分量為:

總RV=電源線RV1=8.00×10－6

加油站雖具有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，在前面說明中指出其電子裝置(主要針對加油機(jī))失效不足以立即危及人類生命，故風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)量 RM、RC、RW、RZ的值作 0處理。加油站采用電纜套金屬管埋地進(jìn)線，故入戶線路的雷擊電流當(dāng)人員接觸電壓導(dǎo)致生命損害的風(fēng)險(xiǎn)RU做0處理。

4.2.3 各類風(fēng)險(xiǎn)總量 雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風(fēng)險(xiǎn)

4.2.4 與損害源相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn) 直接雷擊對建筑物閃擊的風(fēng)險(xiǎn)

損害源為S2，S3和S4:

4.2.5 與損害類型相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn) R=RS+RF+RO

接觸和跨步電壓對人員傷亡損害的風(fēng)險(xiǎn):RS=RA+RU

物質(zhì)損害的風(fēng)險(xiǎn):

電氣和電子裝置失效的風(fēng)險(xiǎn):R0=RM+RC+RW+RZ=0

5 評估結(jié)果和防雷裝置完善建議

5.1 評估結(jié)果

根據(jù)國際防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［5］:雷擊造成人員傷亡損失的最大風(fēng)險(xiǎn)可容許值RT=1.00×10－5。而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風(fēng)險(xiǎn)R=1.64×10－3＜RT，超出可承受的范圍。

5.2 防雷裝置完善建議

5.2.1 外部防雷裝置 新添加油站站區(qū)的外部防雷裝置按二類防雷建筑設(shè)計(jì)，輔助區(qū)的外部防雷裝置按三類防雷建筑設(shè)計(jì)。

5.2.2 內(nèi)部電纜線及金屬管道接地 加油槍及站區(qū)內(nèi)所有金屬管道、線纜金屬屏蔽層、金屬構(gòu)件、外殼均應(yīng)與接地裝置相連。低壓配電線路安裝兩級SPD，首級通流容量不＜60 kA。卸油口及油罐區(qū)安裝導(dǎo)除人體靜電裝置，宜與站區(qū)防雷接地體保持電氣連接，若采用單獨(dú)接地，要求其接地電阻不＞30 Ω。法蘭盤應(yīng)采取跨接措施。防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)接地宜采用聯(lián)合接地，接地電阻不＞4Ω。降低防雷接地裝置的接地電阻可采用下列方法:采用多支線外引接地裝置，外引長度不應(yīng)大于有效長度;接地體埋于較深的低電阻率土壤中;采用降阻劑;換土。

5.3 完善措施后的風(fēng)險(xiǎn)

5.3.1 各類風(fēng)險(xiǎn)總量 由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風(fēng)險(xiǎn)

5.3.2 與損害源相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn) 由于直接雷擊對建筑物閃擊的風(fēng)險(xiǎn)

損害源為S2，S3和S4:

由于RM=0 RU=0 RW=0 RZ=0

則Rl=RV=2.4×10－7

5.3.3 與損害類型相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn) R=RS+RF+RO

由于接觸和跨步電壓對人員傷亡損害的風(fēng)險(xiǎn):

物質(zhì)損害的風(fēng)險(xiǎn):

由于電氣和電子裝置失效的風(fēng)險(xiǎn):

綜上采取相應(yīng)措施后，雷電風(fēng)險(xiǎn)值降至規(guī)范規(guī)定可承受的范圍(1.00×10－5)。

6 結(jié)論

本文根據(jù)氣象資料及閃電定位議資料分析，可得到新添加油站項(xiàng)目所在地雷暴日數(shù)為50 d，3 km半徑地閃密度為6.8次/km2，屬于強(qiáng)雷區(qū)。計(jì)算出人員傷亡損害的風(fēng)險(xiǎn)R=1.64×10－3＜RT=1.00×10－5，超出可承受的范圍，存在著防雷安全隱患。通過增加防直擊雷設(shè)施、防感應(yīng)雷設(shè)施及防雷電波設(shè)施的方式，完善防雷裝置，加強(qiáng)雷電的防護(hù)后。計(jì)算出 R=4.32×10－6＜ RT，達(dá)到容許值范圍，從而減少或避免雷擊事故發(fā)生的人員傷亡或者財(cái)產(chǎn)損失。

［1］張繼權(quán)，李寧.主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與管理的數(shù)量化方法及其應(yīng)用［M］.北京:北京師范大學(xué)出版社，2007.

［2］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).

［3］趙東，等.石化行業(yè)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)方法應(yīng)用［J］.陜西氣象，2008(4).

［4］史雅靜.涂山山雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).