关键词：加油站防雷防雷改造 综合防雷防感应雷中图分类号：TU856 文献标识码：A文章编号：
汽车加油站一旦发生雷击并引发火灾将造成不可估量的损失。本文就中山市一家汽车加油站在进行防雷设计与安装过程中，总结出的经验做一些分享。
一、汽车加油站现场勘测
1）地理位置：中山市XX加油站地处五镇山镇城桂路旁，地处偏僻旷野，周围无高耸建筑物，如若在此地区发生雷击，此加油站容易遭受雷击。
2）建筑物防直击雷系统：汽车加油站建筑主要由站房、营业厅、加油亭、辅助用房等，已安装防直击雷装置。
3）电源系统：未安装任何电涌保护器。
4）电子信息系统：液位仪、监控系统、传真电话、网络等未安装电涌保护器。
5）每年雷雨季节，该站液位仪、监控等系统都会受雷电影响造成设备损坏，严重影响加油站的正常工作。
从雷电防护角度来看，汽车加油站属于易燃易爆场所，任何防雷系统必须符合规范要求，因此需要采取强有力的防护措施。根据 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》、 GB 50074-2002《石油库设计规范》等国家标准及 IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》 标准，除了需要安装完整的直击雷防护装置外，还必须安装防雷电感应的防护装置。
二、设计目的及范围
目的：为减少雷电对建筑物电子信息系统造成的危害，降低油罐区由于雷击而发生重大事故的可能性。
范围：在进行建筑物电子信息系统防雷设计时，应根据建筑物电子信息系统的特点，将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一，按工程整体要求，经行全面规划，做到安全可靠、技术先进，经济合理。本次防感应雷改造工程，受加油站现状限制，应建设单位的要求，其内部防雷措施仅在加油站内抑制线路过压（安装SPD）及接地系统改造两方面作考虑，其线路屏蔽、合理布线均不予考虑（油罐信号线及加油枪信号线已采取屏蔽措施），所以只对一、二级电源、液位仪系统进行安装专用浪涌保护器与接地处理。
三、加油站防雷等级的确认
该汽车加油站占地510㎡，其中站房长23米，宽8米，高4.2米；营业室长10.6米，宽6米，高3.8米；中山市年雷暴日为84.5d,依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》，
建筑物及入户设施预计雷击次数N值可按下式确定：
N=N1+N2
㈠、N1= k·Ng·Ae ； N g = 0.1Td
式中 N1 建筑物预计雷击次数（次/年）；
k 雷击次数校正系数；在此类型情况下取2；
Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2 ·a）]；
Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2 ）；
Td 该地区的年平均雷电日数；
在下列情况下 k取相应数值：
a、位于旷野孤立的建筑物取2；
b、金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；
c、位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
根据以上年预计雷击次数参数，该加油站位于公路旁边，由此计算出该加油站的预计雷击次数为：
N1 = kN g A e ≈ 0.15次/a
㈡、N2=Ng·Aeˊ=(0.1·Td ）
·(Ae1ˊ+ Ae2ˊ)
式中N2 入户设施年预计雷击次数（次/年）
Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2 ·a）]；
Td 该地区的年平均雷电日数；（中山市的年均雷暴日84.5天）
Ae1ˊ电源线缆入户设施的截收面积（K㎡）；低压埋地电源电缆2·ds·L·10-6（ L取最大值为1000m，ds取最大值500）
Ae2ˊ信号线缆入户设施的截收面积（K㎡）；埋地信号线 2·ds·L·10-6 （L取最大值为1000m，ds取最大值500）
由此计算 N2≈15.35次/a
所以N=N1+N2=15.5次/a
按防雷装置拦截效率E的计算式E=1-Nc/N确定其雷电防护等级：
式中Nc=5.8X10-1.5/C
由此算得E≈0.96。当0.90
建筑物电子信息系统年平均最大雷次数按下式计算： Nc=5.8×/C
C-各类因子C1，C2,C3,C4,C5,C6之和；
C1为信息系统所在建筑物材料结构因子，此加油站屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料，故C1取1.0；
C2为信息系统重要程度因子，此加油站安装的是D类电子信息系统，即一般用途的电子信息设备，故C2取1；
C3为电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力因子，此加油站的电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力较弱，故C3取值1.0；
C4为电子信息系统所在防雷防护区的因子，此加油站的设备在LPZ1区内，故C4取值1.0
C5为电子信息系统发生雷击事故的后果因子，此加油站信息系统业务原则上不允许中断，但在中断后无严重，故C5取1.0
C6表示区域雷暴等级因子，中山地处多雷区，故C6取1.2
综上所述 C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=6.2
Nc=5.8×/C≈0.093
综上所述，参照 GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条的要求，其属于标准规定的“ 具有 1区爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者”。因此应定为二类防雷建筑物，电源线路至少应采取两级雷电防护，信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求。
四、设计内容
⑴ 电源部分
根据 IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》及GB 50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求，针对汽车加油站配电系统的特点，可将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于如前所述单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护，可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。
A、电源一级防雷
依据《建筑物防雷设计规范》第 6.3.4条及第6.4.7条规定，在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处，从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时，每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑，汽车加油站为二类防雷建筑物，首次雷电流幅值为150KA，电源线路为非屏蔽埋地的TN配电模式，因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为：在建筑物已安装合格的防直击雷措施后，有 50%的雷电流通过引下线流入接地装置，因此每线分配电流为： In =[150 KA×50%]÷4 = 18.75KA ，按 《建筑物防雷设计规范》第 6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时，依据《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条及 IE C61312 《雷电电磁脉冲的防护》第三部分：浪涌保护器的要求，浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到 4KV以下。
在加油站 380V低压总配电箱安装防爆型电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护 （该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：380V/50HZ,冲击电流为：25KA（10/350us），响应时间为：小于等于25NS）。
B、电源二级防雷
根据《建筑物防雷设计规范》第 6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》的有关规定，依据雷电分流理论，需使用8/20μs波形，通流容量20KA。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第Ⅲ类耐冲击过压，其耐压为4KV。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。
在加油站 380V低压营业厅配电箱安装电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第二级电源防护 （该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：380V/50HZ,冲击电流为：20KA(8/20 us)，响应时间为：小于等于25NS）。
⑵ 信号部分
在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在 1KM范围内的金属环路，如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击，将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。对于网络、信号及通讯方面的防雷工作是较易被忽视的，往往是当系统受到巨大破坏、资料损失惨重时才想到应该做预先的防范。本设计中网络、信号设备防护方面，依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》和加油站的相关技术规范中信号系统雷电及过电压防护要求，在进入营业厅液位仪总控制线上安装4个信号电涌保护器， 用于4台液位仪总控制线路的保护（该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：24V,标称放电电流为：5KA，响应时间为：小于等于1NS）。
⑶接地设计
㈠电源系统的接地：加油站总配电电源电涌保护器连接至原有接地装置上。在营业厅的电源避雷器安装处安装一个等电位接地端子，接地端子引至原有加油站地网上。
㈡信号系统的接地：营业厅内安装的信号避雷器接地线（2.5㎡铜线）也均引到室内等电位接地端子上。
五、实施效果
该加油站的防雷改造工程于2008年春节完工，交付甲方使用。根据售后访问，至今已经历五年多时间，多个雷雨季节的考验，没有再发生由于雷击而导致的财产损失及电子系统的损害，甲方对此次防雷改造工程的效果满意。
六、总结
对于汽车加油站防感应雷设计中应注意几点：
1.现场勘察时应该注意细节，如：配电系统的形式、电子信息系统的重要性、使用性质和价值；
2.设计前应结合实际确定防护类别；
3.设计全面考虑各类防护因素和甲方需求；
4.施工中应注意安全性与投资的协调性；
参考文献
1、《雷电与避雷工程》 苏邦礼等 中山大学出版社
基于国网技术规范“变电站典型监控信息表”要求，结合某地调自动化系统实际情况，分析地调自动化系统中监控信息现状与国网规范的差异，提出解决方案。在新建变电站综自系统调试和监控信息接入工作中应用“变电站典型监控信息表”规范，提出了调控主站制作信息表和确定点号的新概念，提高了综自系统调试和监控信息规范化整改的工作效率，为其它单位开展同类工作提供了借鉴和参考。
【关键词】自动化系统 监控 信息 规范化
伴随三集五大体系的建设，变电设备集中监控业务由原变电运维工区移交至各级调控中心。为提升集中监控工作效率，国网公司印发了各个电压等级变电站的典型监控信息表技术规范，规范了无人值守变电站应上送调控主站的监控信息的范围、监控信息的命名规范和告警等级。
110kV以下变电站从2000年左右开始推行无人值守，再加上集中监控变电站覆盖率是“大运行”体系验收的主要指标，大多数地市供电公司均在典型监控信息表技术规范前完成了无人值守变电站监控信息的接入验收调试。大部分地调自动化系统中的变电站监控信息均不同程度在信息命名、告警等级、信息采集范围等方面与规范要求存在差异。如何按照典型监控信息表的要求高效规范接入新增监控信息、稳妥安全整治现有监控信息，减少实时报警信息量和常亮光字，成为各地调自动化和设备监控专业人员亟待解决的问题。
1 典型监控信息表要求以及与监控信息现状差异分析
1.1 典型监控信息表简介
国调中心在2012年12月至2013年7月印发了35kV至1000kV共计7个电压等级变电站的典型监控信息表，作为规范监控信息接入和调试验收的技术标准，规范了无人值守变电站应转发调控主站各类监控信息的范围、监控信息命名规范和告警等级等内容。
典型监控信息表包括遥信信息表、遥测信息表与遥控信息表三部分内容组成，三类信息表均按照设备间隔排序，将一个间隔内的一二次设备监控信息排列在一起，与以前常见的按照传输序号进行信息表排序的方法不同。典型监控信息表强调的是设备的监控信息，规定了针对不同的设备，变电站综自系统应转发哪些信息给调控中心，规范不同信息的告警等级，没有涉及自动化专业在实施监控信息接入调试时的需要考虑的信息点号、遥测系数、遥信极性等内容。
遥测信息表包括设备名称、遥测名称、遥测单位和是否设置越限等内容。强调了站用直流系统的母线电压数据和直流系统的输入交流电压数据应转发调控中心。明确了遥测数据的单位，规定电流数据的单位是A，有功、无功数据的单位为MW和MVar；一次系统母线电压数据的单位为kV，站用直流系统母线电压数据的单位为V。
遥控信息表包括遥控点名称和该遥控点是否需要站端系统和调控主站系统实现等内容，规定在变电站应实现所有开关刀闸控制和主变档位的升降操作，在调控主站只进行开关和主变中性点接地刀闸的遥控操作以及主变档位的升降操作；适应扩展远方操作范围的需求，增加了35kV以下电压等级线路保护重合闸软压板和备自投软压板的远方操作遥控；对于开关遥控，分为普通分合（不检同期）和同期合闸遥控点。
遥信信息表包括设备名称、信号类型 、信息描述、信息分类，是采用“调控直采”还是“告警直传”上送，以及是否参与一二次设备故障和告警信号合并计算等内容。遥信信号分为事故、异常、变位、告知四个等级，只有事故、异常、变位三个等级的信号才列入监控员监控范围；考虑了减少调控主站数据库建模信息量，每个间隔增加了一次设备故障、一次设备告警、二次设备故障、二次设备告警四个合并信号，由变电站远动机合并生成，具体的告警信号通过告警直传方式上送调控主站；为满足“安规”要求的遥控操作双确认判据的要求，配合重合闸软压板和备自投软压板的远方操作遥控，增加了重合和备自投充电完成遥信。
1.2 差异分析与解决方案
因为在典型监控信息表技术规范前，各地市供电公司均依据自定规范完成了无人值守变电站监控信息接入调控技术支持系统调试验收工作，再加上建设大运行技术支持系统时普遍采用将原有集控站监控系统主站的数据库导入地调自动化系统的方法加快工作进度，导致地调自动化系统的监控信息现状与典型监控信息表的要求存在一定差异，主要反映在以下几个方面。
1.2.1 遥控信息表
大部分早期的综自系统，特别是综自系统集成商与保护装置不是同一个厂家的情况，难以实现重合闸软压板和备自投软压板的远方操作遥控功能；已实现的重合闸软压板遥控的变电站，部分变电站综自系统无法提供“重合闸充电完成”遥信。建议新建或改造变电站按照新标准执行，现有变电站继续维持现状；已实现的保护重合闸软压板遥控的变电站，若不满足双判据条件，暂停远方操作。
1.2.2 遥测信息表
典型监控信息表标准强调了站用直流系统的母线电压数据和直流系统的输入交流电压数据应转发调控中心。嘉峪关等变电站发生的站用直流系统异常导致变电站全停的事件说明，无人值守变电站的站用直流监控信息是非常重要的。通过对某地调OPEN3000系统中已接入的52座变电站监控信息进行排查，发现在国网企标《无人值守变电站和监控中心技术导则》实施前设计施工的28座变电站的站用直流遥测监控信息不同程度存在缺失情况，仅将直流装置的重要遥信接入综自系统，站用直流的遥测数据不完善，为满足规范要求，需进行整改，现场增加变送器或采用通讯方式将站用低压母线电压和直流系统的输入交流电压等信息接入综自系统并转发调控主站。
1.2.3 遥信信息表
（1）部分信息的描述与标准要求不一致，甚至存在歧义。例如“测控装置的远方就地开入 动作或复归”信号，难以从信息描述上直接了解测控装置控制把手的位置，建议按照标准要求，修改信号描述为“XX测控装置就地控制”
（2）因为早期设计理念与新颁布的规范存在差距，导致部分监控信息的采集方式不满足规范要求或缺失部分监控信息。例如部分变电站的户外开关机构箱的电机、控制、加热的电源空开辅助接点并在一起，没有按照规范要求分开采集，在夏季未投加热器的情况下，电机电源空开跳闸将无法报警。建议按照规范要求进行整改，核实缺失信号的含义和影响，对于没有间接判据的重要信号应通过增加接点、敷设电缆等途径进行整改。例如对电机、控制、加热的电源空开报警接点分开采集；确实因为电缆无备用芯等原因无法增加信号的情况，建议将加热器电源空开的报警接点打开，避免次要信号影响电机电源空开报警信号的监视。
（3）本次国网新规范新增了告知告警等级，将例如“电机运转”等正常操作过程中的伴生信号和机构加热的电源空开断开等正常信号列为告知等级的信号，告知等级的信号不属于监控员的实时监控范围。建议按照规范要求，修改完善主站系统的相关遥信的告警等级，并将告知等级信号设置为不上光字，减少监控员的实时监控信息量。
（4）国网新规范规定只转发保护装置的出口总信号远动信息上传调控主站，而XX地市供电公司尚未建成保护信息管理系统，无法通过其获取保护装置的具体动作信息，为此XX地调OPEN3000调度自动化系统中采集了所有无人值班变电站所有保护装置的具体动作信息。为满足调度人员快速获取无人值守变电站故障信息的需求，建议维持现状。
2 新规范在新建变电站综自系统调试和监控信息规范化整治中的应用
常规的变电站综自系统调试和信息接入方案，是先完成变电站综自系统的调试，再根据调度要求制作转发表，最后进行变电站的监控信息接入调控主站的信息核对。存在的耗时长，主站和厂站系统信息描述不一致等问题。XX供电公司自动化专业人员在110kV岚皋变、35kV卡子变等变电站综自系统调试和信息接入工作中，将技术规范“变电站典型监控信息表”应用于变电站综自系统的建设和调试阶段，提高了综自系统调试和监控信息规范化整治工作的效率。
2.1 监控信息表制作
2.1.1 遥控信息表制作
主站系统维护人员制作遥控信息表和确定点号。主站调度自动化系统维护人员完成变电站开关、刀闸、重合闸压板元件建库及主变升降档测点测点定义工作后，在遥信定义表中按照规范触发需在主站进行遥控的开关、主变中地刀、重合闸压板元件及主变升降档等遥控，然后确定遥控点号。导出遥控定义表，厂站综自系统调试验收人员据此完成远动机遥控转发配置，需要注意的是远动机和地调自动化系统前置机在遥控点号和遥控信息体起始地址、遥控命令类型应配置一致，一般来说，主站的点号0对应信息体地址为6001H（24577）点的遥控对象。
2.1.2 遥测信息表制作
主站系统制作导出遥测信息表。主站调度自动化系统维护人员完成变电站一次设备元件建库及测点遥测信息表中增加站用低压母线的三相电压和线电压、直流系统电压遥测数据测点工作后，在前置遥测定义表中删除国网典型监控信息表规范不要求调控主站采集的遥测数据记录，然后对保留的记录排列遥测点号，再导出遥测信息表，厂站综自系统调试验收人员据此配置远动机的转发数据库，需要注意的是规范中要求转发的110kV线路的电压数据是指线路电压互感器的电压，不是指母线电压。此外为提高遥测数据传输精度，厂站远动机在具体条件的情况下宜采用短浮点数上传，远动机完成遥测系数处理，直接上传一次值。
2.1.3 遥信信息表制作
厂站综自系统调试验收人员或设计人员制作遥信信息表。根据“典型监控信息表”规范、主接线图调度命名文件、施工图的“信号和控制回路原理图”、装置原理图、说明书等技术资料制作该变电站的遥信信息表。主要步骤如下：
（1）根据调度命名文件中的设备命名替换典型监控信息表的的设备命名，按照设备数量复制制作遥信信息表；
（2）根据设备说明书，删除与实际设备类型不一致的信息描述，例如删除真空开关的“SF6气压低告警”信号；
（3）根据施工图的“信号和控制回路原理图”、“端子排图”和装置原理图、说明书等技术资料确定遥信信息表中硬接点信号的来源，将硬遥信接点的屏柜和端子排名称、端子号、线号等信息填入信息表。这样做首先是便于后期进行信息核对，其次是通过对遥信采集位置的核查，可以确定现场采集的信息是否满足要求。如图1所示。
（4）使用EXCEL软件的“COUNTIF（ ）”统计函数进行遥信信息表的描述和点号重新性检查、非法字符检查。例如“COUNTIF（ “信息表描述单元格区域”，“某一行信息表的描述单元格”）”返回大于1就表示此行描述有重复，需要进行修改。
（5）排列主站转发点号，建议开关刀闸的点号与保护信号的点号分开，保护信号从1000点开始，0号点固定为“事故总信号”，开关刀闸、手车位置等一次设备位置遥信的点号参照遥测信息表由调控主站确定。
（6）为减少主站常亮光字的数量，远动机应设置部分遥信极性取反，例如“通讯中断”、“远方就地”位置等。应使信号的描述反映不正常的工作状态。
（7）对于典型监控信息表中未列出的装置，例如低周低压减载、小电流接地选线等，应根据运行需求采集和转发装置的出口信号和自身的报警信号。
（8）对于现场采集了三相设备的分相位置信号，需要在远动机中合并总的位置信号的情况，需要根据不同的设备类型正确设置计算公式。对于开关和主刀遥信，三相都合了才算合闸（与逻辑计算），一相分闸就算分闸（或逻辑计算）；对于地刀遥信，一相合闸就算合闸（或逻辑计算），三相都分闸才算分闸（与逻辑计算）。
2.2 现场综自系统调试和监控信息规范化整治
监控信息表经过调控中心的审核后作为调试稿，现场调试人员据此进行综自系统图库制作、主站系统维护人员据此进行主站系统的图库制作，因为双方依据同一份资料开展工作，就保证了当地综自后台和调控主站系统信息描述一致，为后期的调试和未来的运行带来方便。
完成当地综自系统的后台系统图库维护和自动化设备安装、线缆接线工作后，就可开展调试工作。我们首先根据技术协议和图纸核对自动化设备的数量和配置是否满足要求，检查自动化设备板件有无明显的松动、变形、移位；检查自动化设备接线是否正确。 对现场的接线与设计图的标号和编号、电缆的标号和编号、设备的标号和编号之间进行校对，做到“三对应”。 对现场的分布位置与设计图、电缆、设备之间进行校对，做到“三一致”。同时进行屏柜、单元、接线排的标号、编号的检查， 如遇不―致时，应改正并记录，为数据校对作好准备。
完成综自系统设备和接线的核对检查后，就可开展遥信、遥测数据的核对和遥控传动试验工作。对于遥测数据，采用仪器在二次回路上施加电流、电压的方法，检查后台系统显示的数据是否与仪器施加的二次电流、电压是否一致。对于遥信信息，在遥信采集回路的源头短接遥信电源公共端或者断开连线、一次设备实际变位、断开二次设备电源等方法进行遥信传动；进行现场实验信号、数据库数据、画面数据之间的校对，做到“三对应”；进行实验信号施加点的编号和标识、数据库数据地址的编号和标识及画面对象编号之间的检查，做到“三一致”。对于遥控，在具体停电传动条件时，尽可能进行带开关的传动试验，若不具备停电条件，可采用外接模拟断路器或完成断开遥控回路的安全措施后测量遥控出口接点的方法验证遥控的正确性。
信息表中填写的硬遥信接点的屏柜和端子排名称、端子号、线号等信息，这样监控信息的描述、转发点号、采集信息的源头等就能在一张表格上一目了然的看到，相比施工图纸可以更有效开展遥信信息核对工作。通过遥信信息传动核对，可以确定现场能否提供典型监控信息表规范要求的信号，对于缺失的重要信号（异常或事故等级的信号），应核实其含义，对于没有间接判据的信号，应联系设计人员修改设计图纸，设法增加电缆和接点予以采集。
2.3 调控主站联调
完成当地综自系统调试验收后和与调控主站的数据网通道、转发104规约调试工作后，就可开展监控信息与调控主站的联调工作。因为经过现场综自系统的调试，变电站综自系统监控后台的监控信息是正确的，可以作为与调控主站系统联调的参考。
遥信信息联调。采用在测控装置开入端子排短接遥信电源公共端或者断开连线、利用测控装置的综自传动菜单功能、使用第三方软件等方法进行模拟变位；监控人员采用对比主站系统与后台系统报警报文等手段检查主站端遥信报警的正确性，应同步检查告警窗、接线图画面、光字牌画面，验证遥信信号是否正确变位、信号分类是否正确。进行遥信模拟变位时，应根据现场情况采取必要的安全措施。
遥测信息联调。运行中设备采用核对主站与变电站后台遥测值的方式验证主站遥测数据的正确性；对于具备条件的设备，也可以采用装置模拟传动，后台与主站系统核对的方法验证主站遥测数据的正确性。停电的一次设备，由试验人员通过外加信号源、测控装置模拟传动、软件模拟测控保护装置发送的网络报文等方式模拟产生电流、电压、温度等遥测信息。对于分相式设备，在各相遥测值加量时应有明显大小差异以区分相别。
遥控传动联调。对于停电的一次设备，遥控（调）验收应进行实控验证，实际操作传动开关、主变有载调压开关以及重合闸功能软压板等。遥控后，应检查监控画面上相应位置信号是否正确变位，重合闸压板等遥信信号是否对应变位，并与现场进行核对。主变有载调压、电容器开关、电抗器开关、备用间隔开关在条件允许的情况下宜进行实控验证。对于运行的一次设备，遥控验收前现场应做好防止开关实际出口的安全措施，具备条件的应采用在测控（保护测控四合一）装置上读取遥控选择/返校报文记录等方式验证遥控序号的正确性。
验收遥控时应将全站测控装置均放置“就地”位置，所有出口压板在断开位置，只有在验收某开关时才可将其放置“远方”，如测控装置无出口硬压板则应断开遥控回路连线电缆。所有刀闸的操作电源均应拉开。在主站系统进行遥控传动试验，应由两人进行，一人操作、一人监护；遥控操作前核对厂站名称、设备名称和双重编号，杜绝误遥控事故。
文献8、9、10介绍了在变电站现场搭建模拟与实验环境，开展与调控主站联调和信息核对的一种技术方案，可以提高调试工作效率，缩短80%的工作时间。
对于站端配置双套远动机的情况，为提高工作效率，应先配置一套装置进行与主站进行的联调传动，然后再把经验证后的组态下装至另一套装置，随机抽取若干点进行验证。
3 结束语
通过对比分析XX地调自动化系统中监控信息现状与技术规范“典型监控信息表”的差距，制定整改方案并进行实施，已完成8座变电站线路保护重合闸软压板满足“双判据”要求的远方操作传动试验，申报大修项目，实施了28座变电站站用直流监控信息完善，对20座变电站的监控信息命名和规范进行了优化规范。提高了XX地调调度自动化系统中监控信息的规范了，减少了变电站的常亮光字，为无人值守集中监控提供了有力技术支持。
在110kV岚皋变、35kV卡子变等变电站综自系统调试和信息接入工作中，将技术规范“典型监控信息表”应用于变电站综自系统的建设和调试阶段，从源头规范监控信息的命名和来源，首先完成监控信息表的制作，据此开展变电站综自系统和调度主站的图库制作，统一了调度主站和综自后台的信息描述，调度主站确定信息点号减少了主站录入点号工作量和出错的可能性，大幅度提高了调试工作效率。
参考文献
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[9]邬捷龙，王俊锴，杜文学，等.电网运行监控技术[M].北京：中国电力出版社，2014.
作者简介
周耀辉 （1979年-），男，陕西省白河县人。大学本科学历。高级工程师，国网公司生产技能专家，从事调度自动化系统研究工作。
作者单位
1.国网陕西安康供电公司 陕西省安康市 725000
[关键词]电子互感器；在线监测；传感器
中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0094-01
1 课题意义和要求
在对智能变电站的发展历程以及现状有了一定程度上的认识的基础上，了解到智能变电站较之传统变电站的优势，然后对待设计变电站的相关原始资料进行分析，对如何设计这个智能变电站有了具体的思路，最后按照智能变电站设计规范《110kV～220kV智能变电站设计规范》里面相关的设计原则对变电站各个部分系统进行了经济、合理、智能化选型。
其中主要的内容是：对变压器进行选型，因为有变压器智能化技术，所以在设计中在变压器部分加入了智能化组件；对电气主接线的不同方案进行分析，比较其优劣，最终选取一个比较经济、实用的方案；对系统进行短路计算，其结果是下步电气设备选择的依据；对电气设备进行选择，主要是断路器、隔离开关、互感器、母线、高压熔断器、消弧线圈等。其中断路器、互感器可以选择智能化设计，并可以在系统中加入合并单元。
2 本变电站站用变压器的选择
变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。
一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。
站用变压器的容量应按站用负荷选择：
S=照明负荷+其余负荷×0.85（kVA）
站用变压器的容量：Se≥S=0.85∑P十P照明（kVA）
根据任务书给出的站用负荷计算：
S=5.2+ 4.5+（20+4.5+0.15×32+2.7+15+1+4.5×2+1.5）×0.85
=49.725 （kVA）
考虑一定的站用负荷增长裕度，站用变10kV侧选择两台SL7―125/10型号配电变压器，互为备用。根据容量选择站用电变压器如下：
型号：SL7-125/10；
容量为：125（kVA）
连接组别号：Yn，yn0
调压范围为：±5%
阻抗电压为（%）：4
3 变压器智能化
变压器智能组件包括测量、控制和在线监测等基本功能。某些工程还包括同间隔电子互感器合并单元、测控、保护等拓展功能。
变压器智能测控装置通过IEC61850通讯规约方便接入数字化变电站的站控层（过程层），实现变电站内数据共享和互操作功能。变压器智能测控装置就地户外安装，采用IP55防护等级。智能控制装置就近安装在变压器附近，方便现场各种传感器的电缆连接。现场传感器通过4～20mA、串口或空节点等方式接入变压器智能测控装置[10]。智能化示意图如图3-1所示。
根据《110～220kV智能变电站设计规范》有：
1、110（66）kV智能终端宜单套配置；
2、 35kV 及以下（主变间隔除外）若采用户内开关柜保护测控下放布置时，
可不配置智能终端；若采用户外敞开式配电装置保护测控集中布置时，宜配置单套智能终端；
3、 主变高中低压侧智能终端宜冗余配置、主变本体智能终端宜单套配置；
4、 智能终端宜分散布置于配电装置场地。（图1）
4 合并单元的选择
合并单元是用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相干组合的物理单元。其主要功能是通过一台合并单元（MU），汇集/或合并多个电子式互感器的数据，取得电力系统电流和电压瞬时值，并以确定的数据品质传输到保护/测控装置；其每个数据通道可以承载一台和/或多台ECT和/或EVT的采样值数据。
合并单元可以是现场互感器的一个组件，也可以是一个独立单元。
根据《110kV～220kV智能变电站设计规范》，智能变电站对其的总体要求是：合并单元伴随电子式互感器的产生而产生，伴随智能变电站的应用而得到推广应用。其内部工作逻辑相对固定，但可靠性、实时性、一致性要求极高，其重要度应与继电保护装置相当。（图2）
参考文献
[1] 庞红梅，李淮海，张志鑫，周海雁.110kV智能变电站技术研究状况[J].电力系统保护与控制，2010.38（6）
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[3] GB/T 17468-1998，电力变压器选用导则[S].
[4] 水利电力部西北电力设计院.电力工程设计手册[M].北京：中国电力出版社，2008.08.
[5] 陈慈萱.电气工程基础[M].北京：中国电力出版社，2003.09.
关键词 移动基站；雷电；风险评估；必要性；方法
中图分类号 S761.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）01-0257-02
随着移动全球气候变化，雷电灾害的发生范围和破坏的强度正在慢慢加大，目前已被联合国有关部门列为“最严重的10种自然灾害之一”，被中国国家电工委员会称为“电子时代的一大公害”。对于通信行业而言，雷暴天气产生的危害同样不容忽视。多年来，雷暴一直威胁着通信基站的安全，损坏移动基站的设备，影响网络运行，影响市民正常通信，对经济建设也造成很大损失，因此加强移动基站的雷电灾害的风险评估有着很大的必要性。近年来，气象部门都相继开展了雷电灾害的风险评估，雷电风险评估技术也已发展到了一个相当成熟的阶段，但唯独对移动基站雷电风险评估在山西省目前来说还是一片空白。
1 雷击事故调查
1.1 现场调查
2012年8月，武乡县的1座移动基站塔在短短的1个月内就连续2次遭受雷击，基站的传输信号线被烧坏，主设备死机，AC屏空开跳闸，移动基站为电源线架空引入，引入后均未在配电屏安装电涌保护器，进入移动基站的低压电力电缆不从地下引入机房，走线架上塔的馈线及同轴线缆，其屏蔽层均未做好接地且馈线金属外护层直接与避雷针专用引下线（扁钢）相连接，也影响其附近的百家用电器不同程度受损，造成很大经济损失（图1）。
2010年6月中旬，武乡县的一座移动通信基站被雷击，并使得周围居民的大部分电器损坏，民房也严重损毁，是由于其基站的防变雷设施安装不规范，其铁塔与输电线路连接，铁塔受雷击时，其周围原本就会产生强大磁场并感应出较大电位，并通过架空并绑扎在铁塔上的电力电缆线引入机房内，加剧雷电电磁脉冲的危害程度，扩大雷电灾害的影响范围，此种做法在各地非常普遍，存在很大的安全隐患（图2）。
1.2 原因分析
据统计，移动基站的雷击事故，其95%以上都是由电源线、信号线引入，电源线路侵入造成雷电流过电压，是基站遭受雷击的罪魁祸首。平阳县等移动基站也不例外，其电源线架空引入，引入后均未在配电屏安装电涌保护器，进入移动基站的低压电力电缆不从地下引入机房，根据YD/T5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》规定：进入通信局（站）的低压电力电缆宜全程埋地引入，其电缆埋地长度不宜小于15 m；建在郊区或山区，地处中雷区以上的通信局（站），低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处，应安装电涌保护器；进入移动通信基站的低压电力电缆宜从地下引入机房，电力电缆在引入机房交流屏处应加装避雷器。现有很多移动基站其机房地网、铁塔地网、变压器地网无共地或已采用共地但受地理环境所限，两地网之间距离很近，当雷电被引入到地网后，由于电位差，从而引起地电位反击，造成设备烧毁。不过造成这些原因的根本还是在于未在选址、施工前进行雷击风险评估，规划建设时，其设计图纸没有进行相关的防雷图纸审查，竣工后也不做相应的防雷设施竣工验收就开始开通运行，埋下了最初的雷击隐患。
2 移动基站雷电灾害风险评估的必要性
2.1 移动基站风险评估依据
一是法律依据。移动基站风险评估的法律依据见表1。二是技术标准。技术标准包括：《雷电防护-风险管理》（GB/T21714.2-2008）[1]《雷电灾害风险评估技术规范》（QX/T85-2007）[2]《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》（QX3-2000）[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）[4]《通信局站雷电损害危险的评估》（ITU-TK.39）[5]。
2.2 移动基站雷电灾害风险评估的意义
累计风险评估是以实现系统防雷为目的，针对雷害的特性以及建设项目的使用性质和所在地雷电活动规律的复杂性等因素进行分析，对保护对象是否应采取防雷措施以及做何种等级的防雷措施做出判断，对采取某项措施前后存在的风险做出评估，以使决策正确防患于未然。对移动基站进行雷击风险评估，分析雷电对该移动基站造成危害的影响因子和因此带来的风险，确定该移动基站所需的防护等级，并提出合理可行的建议及安全对策措施，将雷击所导致的风险降低到最小的概率。有助于将防雷高新技术研究成果应用于建设项目防雷工程设计的实际工作中，避免了因移动基站的防雷工程设计不完善或不合理而造成雷击所带来的重大经济损失。
3 移动基站雷击风险评估的方法
3.1 一般建筑物雷击风险评估的方法
一般建筑物电器、电子信息系统的雷击风险评估可按GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，简易雷击风险评估方法进行简易雷击风险评估后按防雷装置的拦截效率确定雷电防护等级，或是按电子、电器、信息系统的重要性、使用性质和价值确定雷电防护等级。对于特殊重要的建筑物电器、电子信息系统和用户需要详细完整雷击风险评估的建筑物电器、电子信息系统应按IEC62305-2雷电防护风险管理的雷击风险评估要求进行雷击风险评估后确定雷电防护等级。
3.2 移动基站的雷击风险评估方法
通信局（站）雷击损害风险的评估，若按一般建筑物雷击风险评估的方法进行计算，那移动基站的L、W、H和各类因子C是如何取值，建筑物的年预计雷击次数是如何计算，笔者认为移动基站的雷击损害风险评估除按《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）中定性的方法确定雷电防护等级，还应参照《通信局站雷电损害危险的评估》（ITU-TK.39）的雷击损害风险评估方法进行专项专业雷击风险评估后，确定雷电防护等级。虽然国际电信联盟（ITU）制定的《通信局站雷电损害危险的评估》（ITU-TK.39），适用范围是通信局站雷电过电压（过电流）造成的设备危害和人员安全危害的风险评估。但此标准技术方法比较复杂，结构庞大，而且是建立在国外防雷工作基础上，没有能考虑到中国广袤大地的具体情况的差异，不宜完全照抄照搬或全盘引用。在国内，虽然起步较落后于发达国家，但伴随着经济的发展和人们防雷意识的增强，我国相应了一系列防雷技术规范。然而基本都集中在雷电防护系统上，关于移动通信基站的雷电灾害风险的评估和预测研究还比较少，也没有形成一个公认的理论体系和评估方法。
4 结语
以部分移动基站的雷击事故调查为基础，通过查阅相关规范，对移动通信基站遭受雷灾原因进行分析，提出移动通信基站雷击灾害风险评估有着很大的必要性，并总结了动基站雷击灾害风险评估的方法。
5 参考文献
[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T21714.2-2008 雷电防护-风险管理[S].北京：中国标准出版社，2008.
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[5] ITU-TK.39通信局站雷电损害危险的评估[S].日内瓦：国际电信联盟，1996.
关键词：变电站建设 土建工程 技术
从工程建设角度来看，土建工程是变电站建设中必不可少的重要环节。而起土建工程涉及到土建、给排水、采暖通风、电气设备安装专业等，它是电气安装工程的前提基础，其施工质量会直接影响到整个工程的质量和效益。因此，研究变电站土建工程建设中的关键技术是一项赋有现实意义的课题。
一、土建工程主建筑结构的抗震技术
对于土建工程而言，由于主建筑结构的安全性与耐久性设计是尤为重要的。因此，这涉及到主建筑结构抗震问题。要确保土建工程中主建筑结构的良好抗震性能，为此要做好以下几方面的工作：
1.选址的科学性。建筑物的抗震能力与场地条件有密切的关系，场地条件包括地质构造，地基土质和地形，对建筑物震害有着明显的影响，变电站建筑物如建在地震断裂带及其附近，地震时最易倒塌，因此，选址时应避开地震带。
2.结构选型。应根据建筑物的基本条件来决定，合理的结构选型，可加强结构的整体刚度。同时，增强结构构造连接，是减轻地震灾害，提高抗震能力的前提条件。结构选型应有明确的计算简图和合理的传力途径，结构内力分析应符合建筑物的实际情况，结构体系应有多道防线，应具有必要的强度和良好的变形能力，避免因部分构件失效而导致整个结构的破坏。
3.施工组织技术。在正确选择站址和地基基础按抗震设计的基础上，施工质量成为结构抗震的重要环节。目前施工质量存在问题是多方面的，有的施工单位抗震意识缺乏，对工程质量要求不严，设计意图不能落实，不按规程施工，偷工减料，给工程质量带来隐患，因此需要加强施工监督机制，完善施工质量体系，提高施工队伍的素质和质量意识。
二、土建工程的地基处理技术
对于变电站土建工程而言，地基处理技术尤为重要，因为基础打得牢固与否，处理是否科学合理，直接影响到后期的其他变电站工程建设。而土建工程的地基处理，主要包括以下三方面：
1.建筑基础的处理。在设计前一般会对整个站址进行地质勘察，设计过程中要选择其适合的基础形式。变电站的建筑物基础形式有两种：即独立基础和条形基础。在施工过程中，如果出现基坑（槽）挖至设计标高明地的问题，就要对基底土质采取触探实验的处理措施，如果实验结果显示地基承载力达到设计要求时，则可进入下一道工序。若实验结果显示地基承载力达不到设计要求时就要采取相关处理措施：①片石垫层：若出现的情况是该处基础填土区域填土不深时，可用M10水泥砂浆和片石砌筑至设计标高，且开挖至符合设计要求的持力层；②扩大基础的底面积处理方法，此处理方法是针对当地基承载力与设计要求相关不大时的情况；③挤密桩处理技术，该法是针对于基础部处于软弱土层且无法判断该土层厚度时的情况。
2.围墙基础的处理技术。围墙分布在变电站的四周，挖土区的围墙基础一般不会出现什么问题，如果填土区填土厚度不大时，设计时围墙可砌在挡土墙上，这样可节约用地。情况相反时，即填土厚度较大时，这对挡土墙设计和工艺要求，却相对要高，无疑这会增大工程造价。建议设计时采用自然放坡的处理形式，在坡底砌筑不高的挡土墙，一般不宜砌在挡土墙上，这是为了整个围墙的美学效果考虑，处理方法可砌在填土区域，可用桩基础或地基梁。
3.变压器等基础的处理技术。变压器、构支架基础都属于独立基础，不同的是其上部的设备和管线都是相连的，据此，设计处理时有必要将其沉降控制在允许范围内，其沉降控制范围要根据规范要求进行调控。如果出现基础不良地基，建议采取片石垫层或其它有效的处理技术；而如果出现大部分构支架基础处理较深的填土无时，建议用桩基础处理技术。
三、土建设计中的防火防噪技术
建筑防火防噪问题，也是变电站土建工程建设需考虑的重点内容。为此也需要采取相应的技术措施与方法：
1.土建设计中的防火。就变电站建筑物而言，国家电力防火规范规定最低耐火等级为二级，火灾危险性类别主控制室和继电器室为戊类，配电室为丙或丁类；建筑物的屋面应采用非燃烧体。主控制室、继电器室、微波载波机房的墙面可采用较高等级的难然烧材料及自熄型饰面材料，隔墙、顶棚宜采用非燃烧材料。同时，建筑物安全疏散出口数量设置、防火门等级要求及其开启方向等方面的设计均应满足规范要求，且在建筑物内还需配置一定数量的消防器材。变电站的火灾事故绝大部分是由电气设备特别是带油设备所引起的，这类火灾用水扑救的作用不大。电缆是容易燃烧引起火灾的物体，在站内其分布较广，采用固定灭火设施来应对由电缆起火引起的火灾不太经济，也不现实。所以，电缆消防应采用的主要措施是分隔及阻燃。变压器是变电站内最重要的设备，防火要求更高，应在设计中加以重视。国家规范规定，主变压器对主要生产建筑物及屋外配电装置最小防火安全距离要求不得小于10m。设计人员在设计过程中要严格检查主变压器之间、主变压器与其他充油设备以及主变压器与建筑物之间的距离，当防火净距小于规范要求时，就应在设置防火隔墙，同时防火墙的耐火极限需达到《火力发电厂与变电所设计防火规范》规定的具体时限。
2.土建设计中的防噪。变电站内的电气设备在运行过程中会产生较大的噪音，会影响附近居民的生活。在变电站土建设计时要考虑到这一点，合理地规划布局，优化通风设计，减少噪声污染。因此，变电站选址时，在满足供电规划的前提下，可首先考虑把变电站建在背景噪声比较大、或对噪声可以起到缓冲作用的区域；其次是优化变电站的通风设计，在进风口设置消音设备，降低噪声污染。
综上所述，变电站土建工程建设是电气安装工程的前提与基础，其建设质量直接影响到变电站的正常运行与维护。因此，对土建工程的建设过程对工程容不得半点马虎，在施工过程中必须对各关键技术加以严格的控制，进而提高工程建设质量，从而实现保证电网建设的高效和安全。
参考文献：
[1]巫尚吉.变电站土建设计中有关防火的问题[J].企业科技与发展，2008（20）.
关键词：加油站 电气设计 爆炸危险区域
近年来，随着我国经济的高速发展，新建的汽车加油站越来越多，由于汽车加油站存在爆炸危险区域，因此与普通的工业及民用建筑电气设计有所不同，设计时应严格遵守GB 50156-2002 《汽车加油加气站设计与施工规范》（2006年版）及GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》有关规定。下面就设计要点进行阐述。
1 爆炸危险区域的电气设计
为了安全恰当地选择和安装加油站内的电气设备，合理选择电气线路的敷设方式，首先必须正确地划分加油站的爆炸危险区域。国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》，对爆炸性气体环境危险区域的分区等级做了如下定义：0 区，连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；1 区，在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；2 区，在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在爆炸性气体混合物的环境。
从上述定义可知，油罐（包括卸油口、通气管口）、加油机所处的位置均为爆炸性危险区域，在这些区域内的防爆电气设备的选择，电气线路的设计及安装需符合上述规范的要求。而《汽车加油加气站设计与施工规范》 对加油站的爆炸危险区域的划分做了更具体的说明，此规范附录对埋地卧式汽油储罐的爆炸危险区域的划分如下：1 ）罐内部油品表面以上的空间划为0 区；2 ）人孔（阀）井内部空间和以通气管管口为中心，半径为1.5 m（0 .75m ）的球形空间和以密闭卸油口为中心，半径为0.5m的球形空间划分为l 区；3 ）距人孔（阀）井外边缘1.5m 以内，自地面算起1m 高的圆柱形空间和以通气管管口为中心，半径为3m （2m）的球形空间以及以密闭卸油口为中心，半径为1.5m 的球形并延至地面的空间划为2 区。
对汽车加油机的爆炸危险区域的划分如下：1）加油机壳体内部空间划为1 区；2）以加油机中心线为中心线，以半径为4.5m （3m）的地面区域为底面和距加油机顶部以上0.15m半径为3m （1.5m）的平面为顶面的原台形空间划为2 区。
油罐处的电气设备一般有潜油泵及液位计，加油机处的电气设备一般有油泵电机、电磁阀等。根据它们所处的危险区域等级可知，潜油泵及油泵电机的防爆结构应选隔爆型，液位计的防爆结构应选本质安全型ia等级。另外，由于汽油蒸汽与空气混合后产生的爆炸性混合物的级别和组别分别是ⅡA级及T3组，因此上述防爆电气设备的级别和组别不能低于ⅡA级及T3组。防爆电气设备均通过防爆接线盒与电缆或导线相连。加油站的动力线路一般采用电缆穿管埋地敷设，埋地深度不小于0.7m。自控线路一般采用屏蔽线穿镀锌钢管保护，埋地敷设。潜油泵、液位计、加油机的电气控制线路示意图见图1，图2.
图1
图2
2 照明设计
因加油站的棚顶较高（4.5m以上），而加油机高度一般为2.4m，棚顶已不在爆炸危险区域的范围内，因此可选用非防爆灯具，一般采用15OW 金卤灯（防护等级不低于IP55级）。另外，站房一般建在爆炸危险区域以外（离各级释放源的跟离在5m以上），其灯具采用普通灯具即可，不必用防爆灯具。罩棚及灯箱明线路采用护套线配线。所有金属外壳灯具线路中均单独敷设一根PE线。照明灯具选用高效率节能型灯具，光源采用细管径直管型荧光灯、紧凑型荧光灯、金属卤化物灯等高效照明光源。荧光灯配用符合国家能效标准的电子镇流器，功率因数cos?≥0.90。各房间室内照明照度值E、功率密度（LPD）、折算后功率密度标准（LPD'）应符合《建筑照明设计标准》GB50034-2004第6章的规定值。
3 防雷、防静电
根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版）2.0.3条五、六款规定，因罩棚下存在1区及2区爆炸危险环境，所以罩棚属第二类防雷建筑物。其避雷网（带）应在屋面组成不大于10m*10m或12m*8m的网格，其引下线间距应不大于18m，并利用钢筋混凝土桩基础内主筋作引下。对于埋地油罐，接地点不少于两处，卸油口处做静电接地检测器。所有金属油管、埋地油罐、卸油口的接地装置、罩棚、站房的接地装置均要互相做电气联结，接地电阻不大于4Ω。为了防止雷电波的侵入，所有铠装电缆的屏蔽层及保护导线用的钢管均应两端接地，在电源进户处还应安装电涌保护器保护。
综上所述，汽车加油站电气设计具有一定特殊性，设计时应着重分清哪些范围是爆炸危险区域，哪些范围不是爆炸危险区域，然后按相应的规范要求设计。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院等编著 《工业与民用配电设计手册》 第三版 北京：中国电力出版社，2005.10
[2]中华人民共和国机械工业部主编 《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94（2000年版）中国计划出版社出版，2001.2
随着我国经济的快速发展，城市的综合灾害防御规划与城市的建设规划共同进行已成为各地政府规划城市建设的主要内容之一。伴随地方经济的发展和人民生活水平的提高，各地的机动车辆也在迅速增加，城市机动车公共加油站这一为之提供能源的配套服务设施也在的速度的增加。加油站在城市交通建设中起着重要的作用，也是城市灾害救助中的重要能源基地，但是近年来加油站的雷电灾害事故频繁发生，直接威胁到加油站周围人群和建筑物的安全，削弱了加油站作为城市能源枢纽的功能，因此对加油站的雷电综合防护是非常重要的。
1 汽车加油站周围的环境特点：
加油站通常具有以下几个特点：1）地理位置：加油站通常设在城区开阔地带或郊区、山区、乡村、高速公路等道路边的开阔地带；2）实施条件：无论在城区还是乡村，这些加油站建筑往往都不具备符合要求的防雷实施（包括外部防雷、内部防雷和地网等等）。此外，加油站营业建筑的面积一般都很小，不便于多级防雷方案的实施；3）电源系统：一般加油站的380V交流供电线路是架空明线接入至站区附近再地埋引入建筑的，部分加油站是由10KV电力线架空接入，经变压器后再地埋引入建筑的。在乡村和山区有时根本没有地埋措施，因此非常容易感应雷电电磁脉冲；4）通信网络系统：引入加油站的ISDN等通信线路通常也是由户外架空明线引入的，并且通常未安装专用电涌保护器（SPD）做雷电防护措施。
从以上几个特点不难发现，从雷电防护角度来看，加油站一般都运行于“高风险”环境下，即对于雷害风险的“暴露程度”很高，因此需要采取强有力的防护措施。根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》等国家标准及IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》标准，其电源线路至少应采取两级雷电防护，信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求。但目前的情况是，大多数加油站都没有进行电源线路和信号线路的雷电过电压防护。
鉴于加油站的上述特点和要求，一般认为对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40天以上），应选用最大标称放电电流大于15KA（10/350μS）的电涌保护器作为电源系统的第一级雷电防护，其保护水平应小于2000V，同时满足这两个方面的要求才能保证加油站设备用电电源的可靠运行。通信信号线路由于多是由外部进线，因此同样会受到雷击的威胁，因此也需要采用专用通信信号系列电涌保护器进行雷电防护。下图为加油站系统图：
2 确认汽车加油站的防雷等级
依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》建筑物年预计雷击次数按下式计算：N = kNgAe；Ng = 0.024Td 1.3 式中N 建筑物预计雷击次数（次/a）；
k 雷击次数校正系数；在此类型情况下取2；
Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2・a）]；
Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）；
Td 该地区的年平均雷电日数；
在下列情况下k取相应数值：
a、位于旷野孤立的建筑物取2；
b、金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；
c、位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
根据以上年预计雷击次数参数，对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40天以上）地区位于公路旁边四级以下的面积3000平方米左右，建筑高度小于15米的常规加油站的预计雷击次数为： N = kNgAe≈0.15次/a。
依据以上计算，参照GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条的要求，其属于标准规定的“具有1区爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者”。因此应定为二类防雷建筑物，其防爆防火等级应定为Ia(ia)ⅡAT3。
3 汽车加油站直击雷防护设计：
3.1 站区的防雷设计
依据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，由于汽车加油站的建筑物的防雷类别为二类，所以用滚球设计接闪器时滚球半径R=45m；由于加油站的建筑物包括加油棚、宿舍楼及其它附属建筑物，这些建筑物在设计和施工时，利用其框架结构的桩作为垂直接地体，利用地梁与承台作为水平接地体，利用桩内两条对角主筋作为引下线，利用天面板筋作为接闪网格（通常为10m×10m或8m×12m），因此只需要沿天面四边设避雷带，在四角设避雷50cm短针进行防护即可。如加油站为尖顶型结构，需要在尖顶部位安装避雷针，常规设计为高度为100cm避雷针。
3.2 油罐区的防雷设计
依据GB50074-2002《石油库设计规范》第14.2章、防雷的要求：金属油罐必须作环形接地，其接地点不应少于两处，其间弧形距离不宜＞30m，接地体距罐壁应不小于3m。钢油罐顶板厚度＜4mm时，应装防直击雷设施，当顶板厚度≥4mm，可不装防直击雷设施。但对于位于多雷区（年平均雷暴日数多于40天）的油罐和铝顶油罐，应安装独立避雷针做防直击雷设施。独立避雷针与被保护油罐的水平距离不应小于3m，保护范围应高于呼吸阀2m以上。
依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物防雷设施和GB 50074-2002《石油库设计规范》第14.2章、防雷的要求：油罐区的防雷类别应设定为一类，用滚球法计算常规油罐区的保护范围，当滚球半径R=30m时，两支对角线分布的等高避雷针的高度一般为9.5m，其导流面积应大于100mm2 ，根据安装需要可进行焊接或螺栓紧固在避雷针铁塔顶部。
3.3 引下线的设计 ：
站区的避雷针和避雷带可用建筑物内的钢筋作引下线，将屋面避雷带按标准要求分别接在四个角上，将避雷带与建筑混凝土内的钢筋相连。油罐区的避雷针可用铁塔作引下线，因铁塔已良好接地，所以只需在安装避雷针时保证避雷针与铁塔有良好的电气连接，并做防腐处理即可。
3.4 地网的设计：
加油站的地网分为直击雷保护接地（其接地电阻要求≤10Ω）、防静电接地（其接地电阻要求≤10Ω）、电源工作接地（其接地电阻要求≤10Ω）、信号线路直流工作接地（其接地电阻要求≤4Ω）四个部分。
依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物防雷设施和GB 50074-2002《石油库设计规范》第14.2章、防雷的要求：加油站的接地应采用统一接地的接地形式，并在各处做等电位连接，既油罐的罐体及罐的金属构件以及呼吸阀、量油孔等金属附件，电力电缆外皮和瓷瓶铁脚，装于钢油罐上的信息系统的配线电缆外皮，加油机地脚螺钉等均应与接地系统做可靠的电气连接，其统一接地电阻要求≤4Ω。
考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性，建议使用非金属接地模块制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用L50×50×5×2000mm镀锌角钢；垂直接地体间使用非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上，以便以后检测地网情况。铁塔的应通过四个脚与地网相连，机房和变电房的基础内的钢筋应在四角处与地网相连。
4 电源配电系统雷电防护设计
4.1 外来导体的布置：
外来导体包括：金属水管、通讯电缆线及电力电缆铠装外皮或电缆金属管等。所有的水管和电缆应埋地进入机房，水管和电缆铠装外皮和保护金属管应在进入机房时接地，电缆应选用铠装电缆或穿金属管埋地进入机房电缆相线和中线应通过电涌保护器接地。
4.2 电源系统电涌保护器的布置和选择：
4.2.1 电涌保护器的布置原理
在LPZ0和LPZ1区交界：U2 =U1-I2R2 可以看出：U2这样就可以通过多级钳位使残压逐步降低，以有效地抑制外来雷电波入侵和雷电电磁脉冲的危害。
（1）通过电涌保护器的雷电流逐级减少，还为安装电涌保护器提供了方便如（图3）所示，我们在安装电涌保护器时总会使用导线进行连接，而导线电感在雷电波的频率下不能忽略，于是有：
Uc=UL1+Us+UL2 Uc=Is(ZL1+ZL2)+Us
这样的残压将会附加上一个额外的Is(ZL1+ZL2)，如果只有一级电涌保护器，雷电流的大部将从这一级电涌保护器泄放入地则Is非常大，这样要保证U额外Is(ZL1+ZL2),否则则ZL1+ZL2要非常地小,也即导线要非常短,在安装时往往很难做至,安装条件就会非常苛刻。多级布置使这个部题得至解决。
（2）SPD4必须尽量靠近设备，这是因为GB 50057-94（2000版）和IEC 61312表明电涌保护器距被保护设备的距离过大会由于雷电波的反射效应而在被保护设备上引起高频振荡，使得设备上的电压超过电涌保护器上的残压而损坏设备。这个距离应小于10米。
4.2.2 电涌保护器的选择
（1）动作电压的选择
变压器低压侧的电涌保护器其三相电压为动作电压；U0 = 400V
（2）电涌保护器的通信容量选择
首级电涌保护器标称放电电流的选择
GB 50057-94（2000版）和IEC 61312指出：二类保护要求,应按总雷电流150KA(10×350μS波)来考虑电涌保护器选择，按照其建议的雷电流分配方式其中50%即75KA是通过接地系统（水管、铠装电缆外皮或导线的我属保护管等）直接入地；另外50%通过安装在相线和中线上的电涌保护器入地。
依据以上标准考虑到50%雷电流分配到电源系统的最恶劣环境，按照GB 50057-94（2000版）标准表6.1提供的雷电流参数电涌保护器每相上的雷电流约为：
当线路无屏蔽时，Iimp =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA
当线路有屏蔽时，Iimp =[150 KA×50%×30%]÷4 =5.625KA
对于本系统电源线路的特点，按《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节：第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA的要求。首级电涌保护器的每相标称放电电流应大于15KA（10/350μS）。
次级电涌保护器标称放电电流的选择
依据国标GB 50057-94第6.4.8条：在前级按第6.4.7条要求安装的10/350μs SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在被保护设备处装设 SPD。且该 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压小于被保护设备耐压水平的 80%。根据被保护设备的特性（如高电阻型、电容型）或开路时，反射波效应最大可将侵入的电涌电压加倍。
依据国标GB 50057-94第6.4.9条：当按第6.4.7条和第6.4.8条要求安装的 SPD 之间设有配电盘时，若第一级 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电盘内的设备，应在该盘内安装第二级SPD。后级线路的SPD称放电电流 In的选择应考虑到前级SPD启动后线路残压和其两端引线的感应电压以及反射波效应。
对于本系统采用的非屏蔽电缆线路，次级电涌保护器的每相标称放电电流应大于20KA（8/20μS）。精密设备保护需选用防雷插座，其体积小，可以与设备靠得很近。
带潜油泵、液位仪加油站布线图
4.3 加油站电源系统设计方案
根据IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》及GB 50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求，针对汽车加油站配电系统的特点，可将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于如前所述单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护，可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。
4.3.1 电源一级防雷[LPZOA-LPZ1区]：
依据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷电电磁脉冲；第三节屏蔽、接地和等电位连接的要求：第6.3.4条及第四节 对电涌保护器和其他的要求：第6.4.7条规定，在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处，从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时，每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑，汽车加油站为二类防雷建筑物，首次雷电流幅值为150KA，电源线路为非屏蔽埋地的TN配电模式，因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为：在建筑物已安装合格的防直击雷措施后，有50%的雷电流通过引下线流入接地装置，因此每线分配电流为：In =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA，按《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节：第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时，依据《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节第6.4.4条及IE C61312《雷电电磁脉冲的防护》第三部分：浪涌保护器的要求，浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到4KV以下。
综上所述,应在380V低压总配电箱安装标称通流容量25KA的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护。笔者推荐使用采用多层石墨间隙技术和特殊的材料工艺的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器，此类SPD较火花间隙型SPD的优点在于: 1)它的雷电能量泻放能力较强；2)它的脉冲响应时间较火花间隙型SPD短；3)它的脉冲点火电压较火花间隙型SPD低，保护水平小于2000V，而火花间隙型SPD的保护水平等级通常为4000V；4）多层石墨间隙型SPD无工频续流，避免了火花间隙型SPD的续流和灭弧问题，工作状态更稳定。
4.3.2 电源二级防雷[LPZ1-LPZ2区]：
根据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》第四章的有关规定，依据雷电分流理论，需使用8/20μs波形，通流容量20KA。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第Ⅲ类耐冲击过压，其耐压为4KV。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。
可在潜油泵控制线、潜油泵加油机、税控加油机或一般加油机电源配电箱和营业大厅电源配电箱内分别安装具有防火功能的8/20μs波形通流容量20KA的电源防雷箱，电源线选用耐油性能良好的带塑料护套的RVV型4×2.5mm2绝缘线引入。
4.3.3 电源三级防雷[LPZ2-LPZ3区]：
根据IEC 61312-3雷电电磁脉冲的防护 第三部分：浪涌保护器的要求，在LPZ2-LPZ3区内，浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏，防雷器通流容量为（8/20μs）：≥10KA。可在营业大厅计算机管理设备、UPS电源、票据打印设备、加油机数据传输设备及其它精密设备的电源开关处使用插座式电源防雷器。
5 信号系统的保护
在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在1KM范围内的金属环路，如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击，将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。对于网络、信号及通讯方面的防雷工作是较易被忽视的，往往是当系统受到巨大破坏、资料损失惨重时才想到应该做预先的防范。本方案中网络、信号设备防护方面，依据GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》、YD/T5098 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》、GB 2887-89《计算机场地安全要求》中信号系统雷电及过电压防护要求，应在从营业厅液位仪检测仪引出的液位仪控制线上安装额定负载电流1～1.5A的大功率特殊信号电涌保护器，用于液位仪检测仪信号线路的保护。应在从营业厅加油机总控制线上安装精密的控制信号电涌保护器，用于加油机总控制线路的保护。应在PSTN拨号网络通讯线MODEN前和电话通讯系统进线端分别安装电话线路通信线电涌保护器，用于各设备网卡及电话通信线路的防雷保护。
关键词：天气雷达；防雷；设计方案
中图分类号：S16 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-09-0160-2
0 概述
上饶市新一代天气雷达站用地位于上饶市气象局院内文笔峰上，北面距离500米左右为上饶市最大的河流――信江，相对地势较高。此地段为雷击多发地区，由于雷达站引入雷害的途径很多，所以遭受雷击的概率很大。为确保雷达站建筑物、站区人员，以及站内系统设备在雷雨季节时的安全和正常工作，应严格按照国家有关防雷标准规范就雷达站的防雷与接地进行统筹设计，做到安全可靠、技术先进、经济合理。
1 雷达站地处雷击环境
上饶新一代多普勒天气雷达站拟建在地面气象观测场东北侧，距离为80m左右，建站位置海拔高度为118米，雷达天线海拔高度161米。该区域植被繁茂，地质状况为：表层为0.3-1.35m厚的杂填土，主要由风化的凝灰岩、硅质砂砾石和粉质粘土组成；第二层为强风化凝灰岩，厚度为3-4m；往下依次为中等风化凝灰岩和微风化凝灰岩。雷达站处亚热带季风气候区，降水较丰沛，雷电活动频繁，年平均雷暴日为65天，最多的年份可达82天，属多雷击地区。
按照建筑物预计雷击次数公式：
因此，0.26次/年的高雷击概率使雷达站防雷显得非常严峻。
2 雷达站防雷等级与区域的划分
由中华人民共和国气象行业标准《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX 2-2000中防雷等级划分表：
雷达站防雷等级划分表
对应站址所在地年雷暴日数极值82天/年,属一等雷电防护雷达站。
国标GB 50057-94（2000年版）引出了雷电防护空间区域（LPZn）的概念，以区分不同空间雷击电磁脉冲强度不一，则相应防护措施有别。上饶新一代天气雷达站，为二类防雷建筑物。由区域定义：建筑外部防雷设施滚球法保护范围以外区为LPZ0A，该区为直接雷击肆意直击沿江树木和突出地面的物体区域；雷达站建筑外部防雷设施滚球法保护范围以内的建筑天面、雷达天线空间区域为LPZ0B，该区为雷达天线、建筑顶向天的一面处在外部防雷设施的保护范围，大于滚球半径所对应10.5kA幅值的雷电流不能击入，但小于10.5kA幅值的雷电流可能穿入击向雷达天线、建筑顶向天的一面，而对雷击感生的电磁脉冲毫无屏蔽阻挡效用；雷达站建筑室内（建筑法拉第笼第一屏蔽层）为LPZ1，该区为不可能遭受直接雷击空间区域，对雷击感生的电磁脉冲已受到法拉第笼的屏蔽阻挡，电磁脉冲强度已被衰减一部分；雷达主机房（专用钢筋网屏蔽层）为LPZ2，该空间区域更不可能遭受直接雷击，对雷击感生的电磁脉冲已经受到法拉第笼与专用钢筋网的两层屏蔽阻挡，电磁脉冲强度已被衰减许多。
由上述雷电防护等级和防雷空间区域的概念，我们即可确定雷达站防雷不同空间区域相应的防护方法，不同空间区域各交界处的等电位连接措施；可以选定雷达站室内不同空间区域电涌防护器（SPD）的技术参数。
3 设计依据
中华人民共和国标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）。
国际电工委员会《雷电电磁脉冲的防护》IEC-61312。
中华人民共和国标准《电子计算机机房设计规范》GB50174-93。
中华人民共和国标准《低压配电设计规范》GB50054-95。
中华人民共和国气象行业标准《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX2-2000。
中华人民共和国气象行业标准《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》QX 3-2000。
中国气象局重点工程项目办公室《新一代天气雷达站防雷设计指南》的通知。
4 技术方案
4.1 设计原则
根据现代防雷原理，雷达站应进行系统防雷，由外部防雷和内部防雷组成。外部防雷主要是指雷达站建（构）筑的直击雷防护：内部防雷主要是指雷击电磁脉冲的防护，通过屏蔽（含法拉第笼）、综合布线、等电位连接、电涌保护和共用接地等技术，保证雷达站建筑物内人员及设备的安全。按照《建筑物防雷设计规范》GB50057―94（2000版），将需要保护的雷达站塔楼划分为不同的防雷区：外部防雷设施保护范围以外的为LPZ0A，该区为直接雷击及其感生的雷击电磁脉冲肆意直击的空间区域；在将设置的雷达站建筑外部防雷设施滚球法保护范围以内的建筑天面、雷达天线空间区域为LPZ0B，该区为雷达天线、建筑顶向天的一面处在外部防雷设施的保护范围，大于滚球半径所对应10.5kA幅值的雷电流不能击入，但小于10.5kA幅值的雷电流可能穿入击向雷达天线、建筑顶向天的一面及侧面，而对雷击感生的电磁脉冲毫无屏蔽阻挡作用；雷达站建筑室内（建筑法拉第笼第一屏蔽层）为LPZl，该区为不可能遭受直接雷击空间区域，对雷击感生的电磁脉冲已受到法拉第笼的屏蔽阻挡，电磁脉冲强度已被衰减一部分；雷达主机房（专用铁网屏蔽层）为LPZ2，该空间区域更不可能遭受直接雷击，对雷击感生的电磁脉冲已经受到法拉第笼与专用铁网的两层屏蔽阻挡，电磁脉冲强度已被衰减许多。
由上述雷电防护空间区域的概念，就不难确定雷达站空间区域交界处的等电位连接点，就不难计算、确定雷达站室内不同空间区域选用SPD的技术参数。
4.2 直击雷防护
4.2.1 建筑物直击雷防护 沿雷达楼屋面边沿每隔12米处预留一根20cm以上的Ф14钢筋供金属护拦接地使用，预留钢筋与结构柱子内主钢筋进行电气连接。结构柱子内用于防雷接地引下线的主钢筋必须全程电气连接，并与基础接地和人工接地网进行电气连接，接地电阻≤10欧姆。
4.2.2 雷达天线直击雷防护 根据QX2-2000的要求，雷达天线防直击雷避雷针选用中国气象局防雷专家组推荐的武汉康普防雷设备有限公司生产的多普勒雷达天线专用玻璃钢管避雷针。
在安装雷达天线基座的钢架平台上，距天线罩水平距离3m远处设计四支16米高避雷针对雷达天线进行防直击雷保护。避雷针杆在雷达天线仰角零度下边缘以上部分采用加强型玻璃钢管制作，以下部分采用内径≥148mm的镀锌钢管制作。避雷针引下线采用50mm2的多股铜线，穿玻璃钢管通过支撑钢架与防直击接地网进行可靠电气连接。考虑到支撑钢架本身的可靠电气连接和作为泄流通道的总截面积够大，忽略雷击电流产生的热效应对支撑钢架的安全影响。
4.3 雷击电磁脉冲及雷电感应防护措施
4.3.1 雷达天线及波导管防护 雷达天线连接到机房的所有电缆线穿金属管，金属管和波导管在穿进每一楼层时与该楼层的等电位连接带进行电气连接，金属管首尾应电气连通。雷达天线至机房的电缆线入口处采用金属罩屏蔽并接地。
4.3.2 雷达机房防护 机房四周的墙面、铝合金窗上安装≤100mm×100mm金属网，在雷达机房上下屋面每隔1000mm×1000mm尺寸的网格位置上进行焊接，进出雷达机房的所有缆线应敷设在金属屏蔽槽内，机房内所有金属构件与机房М型接地网之间进行等电位连接。机房М型接地网与结构柱子中作为防雷接地引下线的主钢筋进行四处（四个方向结构柱子中预留机房接地线）可靠电气连接。机房静电地板下设置环型铜条（如下图所示）以便设备保护接地及等电位连接用，静电地板支架可靠连接于所设置的3×30mm环型铜条。雷达主机房和控制室内设备距外墙及梁柱的距离应≥1000mm。
4.4 防雷电波侵入措施
4.4.1 供电系统的防雷电波侵入措施 雷达站低压供电采用TN-S系统。根据雷达站供电的特殊要求，在变压器高压侧安装高压避雷器（由供电部门安装），在高压线进入变压器前端50米将架空线改埋地电缆引入，雷达站采用低压供电时全线采用铠装电缆埋地引入，铠装电缆金属外层引入端与大楼防雷地之间进行等电位连接。
SPD1、SPD2：选用一组（德国品牌）盾牌DEHNvapCSP100组合防雷器，在每条相线和中性线上选用I级分类试验用冲击电流Iimp通过幅值电流不小于40KA的SPD（10/350μs），安装在电源总配电柜控制开关输出端；
SPD3：选用4组（德国品牌）盾牌DEHNguard防雷器，在每条相线和中性线上标称放电电流不小于20KA（8/20μs），安装在雷达楼第五层主机房的设备线路、照明线路、空调线路分配电以及第六层青少年科普基地设备线路的分配电处；
SPD4：选用4组德国DEHNrail230/3N FML防雷器，每条相线和中性线上标称放电电流不小于5KA（8/20μs），安装在计算机等设备前端进行精细保护。
4.4.2 信息传输线路防雷电波侵入措施 雷达数据传输线采用光缆传输,仅对光缆终端的金属部件安装DEHNgap B/n开关型SPD进行保护。进入主机房的电话线应穿金属管屏蔽埋地引入，并在接线盒前端的电话组线箱内安装电话信号SPD。
4.5 等电位连接与接地
雷达主机房和控制室内PE线、直流地、屏蔽地、防静电地和SPD接地均与建筑物主钢筋连接的等电位连接带可靠电气连接。雷达站设计共用接地系统，将雷达楼基础（桩、地梁）内钢筋网连为整体，作为共用接地装置。防直击雷接地和防雷电感应、电气设备、信息系统工作接地等共用同一接地系统。根据《新一代天气雷达站防雷技术规范》的要求：“当雷达站所在地土壤电阻率大于1000Ω.m时，宜在建筑物外埋设环形人工辅助接地网，该环形水平接地体宜在散水坡以外，并在不同方向用四根-40mm×4mm的镀锌扁钢与建筑物的基础钢筋网焊接，此时共用接地系统的接地电阻值可以适当放宽”。由于雷达楼选址位置土壤电阻率过高，拟在距建筑物周围土壤条件较好位置增设人工辅助环形接地网，并与雷达楼基础钢筋网焊接，连接不得少于四处。共用接地系统接地电阻值为≤10Ω。人工接地网的垂直接地极选用低电阻接地模块和热镀锌角钢，水平接地极选用-40×4热镀锌扁钢，并采用高效防腐降阻剂进行降阻。
在雷达机房内四处主内柱钢筋处焊接预留接地引线，并与机房M型接地网进行等电位连接，机房M型接地网采用-40×4接地铜排制作，机房所有设备（雷达发射机、侍服监控接收机、机房传输设备等）及SPD就近位置处加装接地铜排。
4.6 其他附属装置的防护
雷达天线顶部的航空障碍灯使用屏蔽电缆供电，屏蔽电缆两端做等电位连接，供电线路上安装电源SPD进行保护。对雷达站建筑物外部安装的其他金属构件进行等电位连接并可靠接地。
5 讨论
天气雷达的防雷是一个系统工程，直接关系雷达系统的安全运行。本文仅从技术规范的角度提出了上饶新一代天气雷达的防雷方案，在实施过程中要十分注意防雷工程的施工质量及防雷器件的质量等因素，同时考虑到雷达站的地形、地质情况，要保证接地地网接地阻值稳定地达到要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000版).
[2] 国际电工委员会《雷电电磁脉冲的防护》IEC-61312.
关键词：变电站接地网；设计；研究
中图分类号： S611 文献标识码： A
1 概述
变电站接地设计关系到电网安全运行，有效、可靠的接地是变电站安全运行的基本保证，对确保人身、设备安全至关重要。
随着城市规模的不断扩大，土地资源的日益紧张要求市内变电站站址面积小型化，同时还要考虑城市规划等方面的因素，这对变电站接地设计提出了更高要求。一般在变电站接地网的设计过程中，对接地网设计提出了基本要求：
1.1 为保证电网正常运行和故障时的人身及设备安全，电气设备及设施宜接地或接中性线；
1.2变电站的电气设备，应设置同一个接地系统，接地电阻应满足设计的要求；
1.3.接地装置应充分利用各种自然接地体接地，并校验其热稳定；
1.4 当电站接地电阻难以满足运行要求时，可根据技术经济比较，采用有效的降阻措施；
1.5 接地设计应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，接地电阻在四季中均应符合设计值的要求。
2 接地体材料对比分析
接地网材料不仅影响着接地体的热稳定和截面大小，而且还会影响到接地网的接地电阻、使用寿命、经济效益等，是接地网设计的重要部分。
在变电站接地网材料选择中，站址土壤腐蚀性是一个非常重要的因素，它不仅影响接地体的使用场合，而且关系到接地网设计的合理性。除此之外，接地材料的性能特点、使用寿命、经济效益等也是选择接地网材料的重要因素，因此接地网材料的合理选择对变电站接地网是非常必要的。
2.1接地体材料对比分析
根据接地网材料特性及其使用场合，结合目前常用的三种接地体材料（传统钢、铜覆钢和铜排），对其进行对比分析：
（1）传统钢材料一般作为最常用的接地网材料，其适用于土壤腐蚀性弱，站址面积较大且易更换的变电站。钢材料接地网一次性投资小，便于生产、加工、安装。其缺点抗腐蚀性弱、导电性差、机械强度不高、使用寿命短等。尤其是在中等腐蚀以上的土壤中，其以大于0.065mm/年的速度被腐蚀，其一般寿命为10-15年，腐蚀严重区域需开挖检修或重新敷设。
（2）除传统钢材料外，铜覆钢是使用较多的材料。铜覆钢是指作为芯体的钢表面被铜连续包覆所形成的金属复合材料。其技术性能指标较传统钢更加可靠、稳定，其特点如下：
a）接地体截面相同时，铜覆钢热稳定性较好。同等热稳定校验条件下，钢接地体所需的截面积为铜材的2倍。
b）导电性能好：铜覆钢材料的导电率为20%-40% IACS，在疏导电流相当的情况下，铜覆钢的截面积理论上可比镀锌钢材减小。
c）抗腐蚀性强：实验表明铜是一种耐土壤腐蚀材料，仅在土壤中含有高量的有机硫化物和高酸性时，铜才产生点蚀。铜层达到一定厚度时使用寿命可达到60年。
d）机械强度高：传统镀锌钢导体在打入地下时，镀锌层易剥落。铜覆钢导体由于铜层厚度大，铜层结合度高，因此在与土壤的摩擦中不会影响其防腐性能。
e）电阻率小：在一定程度上可降低接地电阻。
其缺点：铜覆钢接地网一次性投资较大，工艺要求高，同时不宜适用于含有高量的有机硫化物和高酸性土壤中。
（3）相较以上两种接地材料，变电站接地网采用铜排相对较少，仅用于土壤腐蚀性极强的变电站。铜排具有耐腐蚀性强，导电性和热稳定性好，机械强度高，使用寿命长等特点。但我国铜矿资源比较匮乏，铜价格比较昂贵，因此采用铜排作接地网，其一次性投资大，焊接工艺要求高，不适用于含有高量的有机硫化物和高酸性土壤中。
上述主要对三种材料性能特点进行对比分析，以下从全寿命周期及经济效益角度，对上述三种材料进行技术经济效益分析。
变电站接地网的全寿命周期按60年考虑。在同等的一般碱性地区（pH>7.0，土壤电阻率>20Ω・m），对铜覆钢与热镀锌钢、铜的全寿命周期经济性对比分析。其中热镀锌钢一次性寿命按照15年计算（根据文献统计，一般腐蚀性区域镀锌钢使用10~15年后，腐蚀严重需开挖检修或重新铺设，故技术经济分析选取15年计算）、铜覆钢和铜按60年计算，见下表。
全寿命周期对比表
比较项目 热镀锌钢接地材料 铜覆钢接地材料 铜接地材料
直接经济价格/元/t 7500 30000 60000
设计截面 1 0.52 0.29
一次性材料投资比值 1 2.13 2.64
全寿命比（个体/60） 0.25 1 1
全寿命投资比（材料费） 4 2.13 2.65
说明：
（a） 设计截面
A ，I 为短路电流，t为短路电流等效持续时间；按25%，700℃导电率计算，铜覆钢C=136，镀锌钢C=70，则铜覆钢设计截面积：镀锌钢设计截面积=70：136=0.52；
（b）按 GB50065 中铜的热稳定系数，C=245，镀锌钢 C=70，则铜设计截面积：镀锌钢设计截面积=70：245=0.29
（c）以镀锌钢为 1 进行对比计算，则铜覆钢的材料投资比为：
铜的材料投资比为：
（d）相同土壤条件下（未考虑腐蚀极强的区域），铜及铜覆钢设计寿命60年，热镀锌钢设计寿命15年。
（e）全寿命投资比=一次性材料投资比值/全寿命比。
由上表可知，使用铜覆钢全寿命周期的材料费，与镀锌钢相比可节省47%以上，相同的设计寿命下与铜相比可节省20%左右。与热镀锌比，使用铜覆钢接地网，不仅设计寿命提高、全寿命周期材料费降低，而且大幅减少了接地网开挖维修的次数和维修费用，隐形的全寿命周期经济性更大；与铜相比，使用铜覆钢不仅全寿命周期经济性好，而且节约了战略性铜材。 铜覆钢是变电站接地网理想的资源节约型材料。
2.2接地体截面计算
根据洛阳市区110千伏含嘉仓变电站短路电流计算结果，110kV含嘉仓变电站110kV母线单相接地短路电流为10.04kA。根据《GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范》中避雷线-杆塔系统，分流系数取值为0.6，短路持续时间为0.5秒，则计算入地短路电流为
传统钢接地体截面
当采用钢地网方案时，除了考虑热稳定校验的因素外，还应当考虑钢材的年平均腐蚀厚度 0.065mm/年。故当采用60mm× 6mm的扁钢作为接地引下线，水平接地体应当采用60mm×6mm的扁钢。
铜覆钢接地体截面
当采用镀铜地网时，应当采用40mm×4 mm的镀铜带作为接地引下线，水平接地体截面取截面积为160mm2的-40mm×4mm镀铜扁钢。
纯铜接地体截面
当采用纯铜地网时，应当采用30mm×4mm的纯铜排作为接地引下线，即水平接地体截面取截面积为70mm2的裸铜绞线。
根据上述三种材料和热稳定截面计算的对比分析和洛阳市区110千伏含嘉仓变站址腐蚀性程度，结合含嘉仓变电站为使用寿命60年的全户内变电站，接地网检修维护比较困难，故本工程采用水平接地体采用-40×4的铜覆扁钢，满足接地体截面的要求。
3 本工程接地方案分析
变电站接地网设计思路是在变电站区域设计网格状接地网，经过热稳定计算选择接地扁钢的截面，然后经过理论计算，计算出接地电阻值、接触电势和跨步电压，将计算值与允许值进行比较。若其不满足允许值要求，则采取相应的措施来降低接地电阻值和提高接触电势、跨步电压允许值。
3.1接地电阻计算
接地电阻值是变电站接地系统的重要指标，是衡量有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。
根据洛阳市区110千伏含嘉仓变电站站址规划图，合理布置变电站接地网（参考图纸B0157 1 C-D11），最终确定接地网东西长50m，南北宽30m。根据接地网布置情况和变电站土壤电阻率（），对变电站接地电阻进行粗略估算:
根据《GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范》规定，变电站接地电阻值应≤0.5Ω，因此变电站接地电阻计算值不满足规范要求。针对此问题，在变电站接地网面积50×30=1500m2不能增大基础上，必须采用相应措施降低接地电阻，使之满足规程规范要求。
3.2接地网设计方案
对于本站接地网接地电阻不满足规程要求，结合常用降阻措施，提出以下接地设计方案：方案一为采用降阻模块，实现全站接地电阻降低；方案二为垂直接地体采用Φ14铜覆圆钢,并在建筑物外侧打辅助接地深井方案。
1、降阻模块方案
降阻模块方案指在水平接地体交叉处设置降阻模块，通过降阻模块并联降低接地网整体电阻。
根据本站接地网最大布置面积，可采用最大降阻模块数量为77个。由此对全站进行接地电阻进行计算。
（1）水平网电阻计算：根据上述资料，水平接地体接地电阻计算如下：
单个接地模块接地电阻：R=k*ρ=34.22Ω （k=0.158）
并联后总接地电阻：Rn =R/(n*h)
Rn = 0.635
式中：
n模块数量n=77
h 数量调整系数h=0.7
并联工频接地电阻计算公式：
R =1/(1/R水平+1/Rn)
计算结果：R=0.518Ω
经计算，该方案仍然不满足接地电阻小于0.5Ω的要求。
2、打辅助接地深井方案
由地址勘察报告可知，站址地深5m处主要为黄土粉层，其土壤电阻率为，站址地深12.43-13.30m处主要为稳定地下水层，其壤电阻率约为。基于此资料，提出了降低接地电阻方案：普通垂直接地体采用Φ14铜覆圆钢,并在建筑物外侧打辅助接地深井方案，深井接地体采用15m长的Φ150热镀锌钢管。
本站接地网按照60年来设计，依全寿命周期和经济效益角度，深井接地体采用15m长的Φ150热镀锌钢管更为合理。
根据电气总平面布置和接地网布置情况，接地体主要布置在水平接地体交叉点，同时应考虑到深井接地体之间的间距，尽量减少接地体之间的互相屏蔽作用。
含嘉仓变电站接地网布置图
根据接地网布置图，对本站接地电阻进行计算：
（1）垂直接地电阻验算：根据DL/T 621-1997，长15m单根垂直接地体接地电阻计算公式如下：
说明：l为深井接地体长 15m，d为接地体直径0.15m。水平接地网对垂直接地体的平均屏蔽深度为1.5m-2m。保守计算，2.5m长垂直接地体降阻效果忽略不计。每个长15m的垂直接地体电阻为R单垂＝2.54 Ω。
（2）本站垂直接地体降阻主要受深井接地体影响，而深井接地体间距不满足最小两倍接地体长度，故深井接地体并联电阻需考虑屏蔽影响，根据英国接地标准 BS7430:1991：
R垂并= R单垂(1+ρ15(1/2+1/3+…+1/n)/R单垂πD)/n＝0.508Ω
n 为深井接地体根数7，D为垂直接地极间距20m。
（3）接地网接地电阻：因垂直接地极上部2m左右处于水平网的散流通道内，水平网与垂直地网并联时，应除以两者之间的屏蔽系数0.9，故接地网的接地电阻为：
由上式计算结果知，接地网在建筑物外侧设置7根15m长深井接地体，接地电阻计算值就可以满足规程小于0.5Ω的要求。
4 接触电势、跨步电压的计算
接触电势和跨步电压是变电站接地系统的重要指标，对人身安全至关重要。一般在变电站接地电阻满足要求的情况下，必须确保接触电势和跨步电压的计算值均在允许值范围内，否则仍不满足工程要求，必须采取相应措施满足计算值在允许值范围内。
根据《GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范》中接触电势、跨步电压的允许值计算方法，对其进行计算如下：
计算本工程的接触电势及跨步电压允许值
接触电势允许值
跨步电压允许值
4.1最大接触电势计算
根据方案二的接地网设计方案和《GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范》中计算方法，对最大接触电势进行计算。
衰减系数
Df=
接地网的最大入地电流
IG= Df×I=1.05×4518=4738.5A
埋深系数
接地网网格数
式中： Lc――水平接地网导体的总长度(m) ； Lp――接地网的周边长度（m）；
网孔电压影响校正加权系数为
网孔电压几何校正系数为
式中：
ρ――土壤电阻率（Ω∙m）； km――网孔电压几何校正系数；
D――接地网平行导体间距；h――接地网埋深 0.8m；
d――接地网导体直径。Kh ――接地网埋深系数;
h0――参考深度，取 1m；
Kii――因内部导体对角网孔电压影响的校正加权系数。
接地网不规则校正系数为
有效埋设长度为
最大接触电势为
4.2跨步电压最大值计算
根据方案二的接地网设计方案和《GB50065-2011交流电气装置的接地设计规范》中计算方法，对最大跨步电压进行计算。
埋入地中的接地系统导体有效长度为
系数
最大跨步电压计算值为
经上述计算可知，最大接触电势不在允许值范围内，不满足工程需要。为此将接地网的边缘经常有人出入的走道处铺设碎石、砾石(厚度为15～20cm，其土壤电阻率约2500Ω・m)、沥青路面或“帽檐式”均压带，采用硬化路面等措施后，接触电压允许值为847.1V,跨步电压允许值为2721V。可见在在采取措施后最大接触电势即可满足要求。
5 结论
本专题从全寿命周期角度和经济效益考虑，本工程接地网选用铜覆钢材料，水平接网按照等距网格布置，辅以角钢垂直接地极和深井接地体的混合接地网。水平接地网采用-40×4铜覆扁钢作为水平接地主网，以2.5m长Φ14铜覆圆钢作为垂直接地极，深井接地体采用15m长的Φ150热镀锌钢管，这样设计降低了本站接地电阻，使之满足规程规范的要求。
在上述降阻措施下，通过在地网的边缘经常有人出入的走道处铺设碎石、砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带，并采用硬化路面等措施后，大幅度提高了接触电势、跨步电压的允许值，使之计算值均在允许值范围内。
在本工程设计中，不仅优化了接地网设计方案，而且从全寿命周期方面实现了全站接地最优，经济效益最佳，同时也考虑到本站扩建、运行维护简单方便的要求。因此本方案在本工程中是值得应用并推广的。
参考文献：
【1】DL/T6201997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合【S】
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