楊再奎，劉 崛，楊翼飛

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省麻江縣氣象局，貴州 麻江 557600)

1 引言

雷電災害是“聯(lián)合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一，是電子時代的一大公害［1］。而風險評估是認識和評價風險的有效方法，也是風險控制和風險管理的前提和基礎，準確的災害風險評估是風險管理的決策依據(jù)［2］。

雷電風險評估既是指導與統(tǒng)籌防雷工程設計以及防雷工程施工的需要，也是科學防雷、規(guī)范防雷的重要工作［3］。為了減少或避免黔東南州液化石油儲配遭受雷擊而引起雷電災害，為了科學的指導防雷設計和施工，對項目進行了雷擊風險評估。計算出該項目的風險值與最大容許值進行比較。通過對資料數(shù)據(jù)的具體分析，計算出風險值是否達到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置達到良好的防護作用。

2 數(shù)據(jù)來源與分析

2.1 項目概況

黔東南州常樂燃氣有限責任公司液化石油儲配站位于 26°36'1433″N 、107°57'2152″E，建設占地面積約7 453.5 m2，主要包括:儲罐區(qū)長34.2 m、寬13.85 m、排氣管頂端距地高度6.95 m;充裝房體量24.0 m×7.0 m×4.8 m;辦公室宿舍體量20.0 m×15.0 m×13.5 m;儲罐100 m35臺，20 m3殘液罐1臺;值班室體量13.2 m×4.5 m×4.0 m。

2.2 凱里市1964—2008年氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由圖1可以看出凱里市年平均雷暴日為56 d。雷電活動主要發(fā)生在4—8月，月平均雷暴日接近9 d;雷暴日最多的年份為1964年(76 d);雷暴日最少年份為1986年(39 d)。初雷日最早為1月5日發(fā)生在1993年;終雷日最晚為12月31日發(fā)生在1978年;初終間跨度最長的年份為1978年，從1月22日—12月31日。

圖1 1964—2008年凱里市雷暴日月分布

凱里市雷暴日的年際變化趨勢較大，介于39～76 d之間。

雷暴日僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動特征，但不能準確表征地閃的頻繁程度與雷暴強度。因此，在進行建(構(gòu))筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風險計算時，本報告采用項目所處區(qū)域?qū)嶋H雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.3 近5 a(2006—2010年)雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

2.3.1 雷暴日 凱里市年平均雷暴日為73 d，月平均雷暴日超過6 d，4—8月為雷電多發(fā)期，月平均雷暴日數(shù)超過11 d。

2.3.2 地閃密度 凱里市雷電流年平均地閃次數(shù)為3 317次，地閃密度為2.6次/(km2·a)?！扒瓥|南州常樂燃氣有限責任公司液化石油氣儲配站”區(qū)域內(nèi)(以項目地址中心位置3 km半徑范圍)雷電流年平均地閃次數(shù)144次，地閃密度為51次/(km2·a)。本報告采用該值作為雷電風險計算參數(shù)。

2.3.3 地閃強度與累積概率 凱里市最大正、負地閃強度分別為244.5 kA、241.8 kA，其中地閃強度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的概率分別是3.13%、50.1%、14.6% ，平均地閃強度345 kA。

2.3.4 地閃季節(jié)變化 凱里市地閃主要活動期是4—8月，92%以上的地閃都發(fā)生在這5個月。

凱里市地閃主要活躍在14—07時，92.0%的地閃都發(fā)生這個時段，08—13時地閃相對較少，約8.0%的地閃發(fā)生在這個時段。

2.4 土壤電阻率

本文中所用的土壤電阻率數(shù)值是實際勘測數(shù)據(jù)。2011年10月在儲配站項目所處區(qū)域現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。采用溫納四極法結(jié)合庫區(qū)范圍內(nèi)的周邊環(huán)境、地理地貌選取2個測試點進行數(shù)據(jù)采集，采集時土壤較濕潤，取季節(jié)系數(shù)Ψ=1.2，取接地極間距離a=5 m，所測量土壤電阻率為地表至地下5.0 m土壤層的平均土壤電阻率。訂正后的土壤電阻率為40.12Ω·m。

3 雷電災害風險評估

3.1 儲配站分區(qū)

根據(jù)本工程區(qū)域內(nèi)的建構(gòu)筑物使用功能和位置分布情況，劃分以下防雷區(qū)域:罐區(qū)域(Z1)、充裝區(qū)域(Z2)、辦公室區(qū)域(Z3)、值班室區(qū)域(Z4)。

建筑物周邊環(huán)境:根據(jù)貴州雷電監(jiān)測網(wǎng)資料，項目所在地地閃密度為Ng=5.1次/(km2·a);本項目用地地形東面南面均為布滿灌木叢荒山。氣站周邊特征參見表1。

表1 液化石油儲配站環(huán)境特征

區(qū)域特征見表2～表5。

表2 罐區(qū)域(Z1區(qū))的特征

表3 充裝房/機泵房區(qū)域(Z2區(qū))的特征

表4 辦公室宿舍區(qū)域(Z3區(qū))的特征

表5 值班室區(qū)域(Z4區(qū))的特征

3.2 人身傷亡風險的估算

雷擊風險的組成(Ng=51次/(km2·a))

表6 雷擊風險的組成

根據(jù)現(xiàn)有情況對風險進行估算，該項目充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風險值大于《QX/T85－2007》中可承受風險(1.00 E－05)。原防雷設計無相應的防雷電波侵入措施，為了減少雷擊安全隱患，需補充防雷措施。

4 評估結(jié)果

①氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的凱里市年平均雷暴日數(shù)為56 d，按照《GB50343－2004》對雷暴強弱等級劃分，凱里市屬高雷暴區(qū)域。庫區(qū)3 km半徑區(qū)域范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)144次，地閃密度約為5.1次/(km2·a)，大于凱里市年地閃密度2.6次/(km2·a)，該項目所處區(qū)域易遭受雷擊。

②凱里市最大正、負地閃強度分別為244.5 kA、241.8 kA，超過規(guī)范《GB50057－2010》中對閃電強度說明的規(guī)定值，說明該區(qū)域閃電強度大。其中地閃強度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的比例分別是31.3%、50.1%、14.6% 。平均地閃強度34.5 kA，高于全國平均水平(27.80 kA)。

③燃氣庫區(qū)域中充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風險值分別為:1.04 E－02、6.06 E－05、5.66 E－05，均大于可承受風險《QX/T85－2007》規(guī)定的可承受風險值(1.00 E－05)。

④庫區(qū)所處區(qū)域土壤電阻率變化不大，平均土壤電阻率為40.12Ω·m，根據(jù)《GB/T 17949.1－2000》的規(guī)定屬于低土壤電阻率區(qū)域，易于接地裝置的制作。

根據(jù)國際防雷標準規(guī)定:雷擊造成人員傷亡損失的最大風險可容許值RT=1.00×10－5。而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風險R=5.66×10－5，超出可承受的范圍，需做防雷工程。

5 工程描述

5.1 具體防雷措施

①本項目的罐區(qū)應按第一類防雷建筑物設計，首次雷擊電流參數(shù)應按不＜250 kA設計;充裝房/泵房應按第二類防雷建筑，首次雷擊電流參數(shù)應按不＜200 kA設計;辦公室應按第三類防雷建筑物設計，首次雷擊電流參數(shù)應按不＜150 kA設計。

②燃氣庫總變配電室安裝的第一級電涌保護器，其通流量不低于60 kA(波形8/20μs)。充裝房、辦公室宿舍、值班室區(qū)域應加強雷電防護，進出管網(wǎng)、線路應采取等電位連接、靜電防護、金屬管屏蔽等措施。

③燃氣庫大門前、罐庫區(qū)充裝房前設置導人體靜電裝置。

5.2 工程完成后的風險

由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風險。

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

［1］黃崇福.自然災害風險分析［M］.北京:師范大學出版社，2001.

［2］楊仲江.雷電災害風險評估及管理基礎［M］.北京:氣象出版社，2010.

［3］張繼權(quán)，李寧.主要氣象災害風險評價與管理的數(shù)量化方法及其應用［M］.北京:北京師范大學出版社，2007.

［4］IEC62305－2.雷電防護－第2部分:風險管理［S］.2006:21－25.

［5］葉蜚譽.關于雷擊風險評估的若干問題［J］.電氣工程應用，2007，(02).

［6］趙東，等.石化行業(yè)雷擊風險評估技術方法應用［J］.陜西氣象，2008(4).

［7］史雅靜，涂山山.雷擊風險評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).