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中國雷電災(zāi)害的現(xiàn)狀
雷電災(zāi)害是一種不可抗拒的自然性災(zāi)害，危害著人類的人身和財產(chǎn)。安迅電源防雷器主要通過地區(qū)分析、行業(yè)分析、時間分析、人身雷電災(zāi)害四個方面來講解中國雷電災(zāi)害的現(xiàn)狀。1998-2001年全國直接經(jīng)濟損失超過100萬元的雷電災(zāi)害每年都在10次以上.其損失每年都大于5000萬元。全國同期平均每年雷擊死亡379人.受傷310人。
一、雷電災(zāi)害地區(qū)分析
全國重大雷電災(zāi)害在空間上呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性分布特點.1998-2001年這四年間.全國56次重大雷電災(zāi)害的46.4%(約一半)發(fā)生在5個省，其中山東7次、廣東6次、江西5次、河南4次、浙江4次，這5省重大雷電災(zāi)害的直接經(jīng)濟損失為8337萬元，占全國的57.9%;其余的發(fā)生在貴州等17個地區(qū)，另外，新疆等9個省區(qū)沒有重大雷電災(zāi)害的記錄。圖6.1給出了1998-2001年中國重大雷電災(zāi)害空間分布(各省用省會城市來表示).全國重大雷電災(zāi)害主要分布在東南地區(qū)和華北地區(qū).形成一南一北的兩個明顯的雷災(zāi)中心區(qū)。雷災(zāi)在南方集中在浙江——江西——廣東，呈帶狀分布。在北方集中在山東和河南，呈圓形分布。這兩個雷災(zāi)中心區(qū)在地形上具有很好的代表性，北區(qū)以平原為主。南區(qū)以山地為主。在直接經(jīng)濟損失方面，北區(qū)的損失強度為235萬元/次，比北區(qū)更嚴(yán)重的南區(qū)為383萬元/次，其原因主要是南區(qū)發(fā)生了3次損失都在1000萬元以上的重大
雷電災(zāi)害.其中1998年2月和6月江西兩次棉麻儲備庫遭雷擊引發(fā)火災(zāi)分別造成1800萬元和1200萬元的損失，2001年5月廣東某廠房遇雷擊并引發(fā)爆炸造成1000萬元的損失并有人員傷亡。這3次雷電災(zāi)害都與倉儲行業(yè)有關(guān)，和下面所做的雷災(zāi)行業(yè)分析的結(jié)果是吻合的.從整體來看，全國重大雷電災(zāi)害在東部比西部更嚴(yán)重，其原因主要是社會狀況尤其是經(jīng)濟水平存在差異，經(jīng)濟相對發(fā)達的東部地區(qū)發(fā)生重大雷電災(zāi)害的可能性較大。西南地區(qū)的雷電災(zāi)害也比較嚴(yán)重，成為僅次于兩大雷災(zāi)中心區(qū)的第三雷災(zāi)區(qū)。整個廣大的西北地區(qū)是全國雷電災(zāi)害輕的地區(qū)。
圖6.1 1998-2001年中國重大雷電災(zāi)害空間分布圖(單位:次)
二、雷電災(zāi)害行業(yè)分析
1998-2001年全國重大雷電災(zāi)害56次分布在采礦、倉儲、電力、紡織、旅游、農(nóng)業(yè)、石化、通、冶金、醫(yī)藥等10個行業(yè).其中雷災(zāi)嚴(yán)重的三大行業(yè)是通、電力和倉儲，雷災(zāi)次數(shù)(指重大雷電災(zāi)害次數(shù)，下同)分別為15次、14次和9次，占全部的67. 9%。這三大行業(yè)的直接經(jīng)濟損失為10757.8萬元，占全部的74.7%。圖6.2給出了1998-2001年中國重大雷電災(zāi)害行業(yè)分布，實線代表雷災(zāi)直接經(jīng)濟扭失，虛線代表雷災(zāi)次數(shù)，行業(yè)損失和雷災(zāi)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.6965，存在一定的相關(guān)性。通和倉儲行業(yè)具有代表性，通行業(yè)的重大雷電災(zāi)害發(fā)生頻繁，而倉儲行業(yè)的經(jīng)濟損失嚴(yán)重。通行業(yè)自身的特點以及伴隨電子化的發(fā)展是導(dǎo)致雷電災(zāi)害日益頻繁的根本原因，特別是雷電電磁脈沖(LEMP)的危害變得越來越嚴(yán)重，這也是雷電災(zāi)害的發(fā)展趨勢之一。通行業(yè)的雷電災(zāi)害往往有一個明顯的特點，就是其經(jīng)濟損失不僅存在嚴(yán)重的直接經(jīng)濟損失，而且伴有更嚴(yán)重的間接經(jīng)濟損失如服務(wù)中斷和數(shù)據(jù)丟失等。而倉儲行業(yè)的重大雷電災(zāi)害的發(fā)生有兩個顯著的特點:一是雷災(zāi)損失強度很大，即單次雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失很高，全國9次重大雷電災(zāi)害的直接經(jīng)濟損失高達5470萬元，平均607. 8萬元/次;二是雷災(zāi)的后續(xù)危害很嚴(yán)重，容易發(fā)生雷擊火災(zāi)和雷擊爆炸等，尤其是當(dāng)雷電襲擊存放棉麻、火藥、糧食等易燃易爆物品的倉庫或廠房時.對重大雷電災(zāi)害單次直接經(jīng)濟損失按行業(yè)進行比較，高的是倉儲行業(yè).其次為農(nóng)業(yè)、采礦和石化行業(yè)，居中的是電力、醫(yī)藥和冶金行業(yè)，而通、紡織和旅游行業(yè)低。
圖6.2 1998 -2001年中國重大雷電災(zāi)害行業(yè)分布圖
(實線代表雷災(zāi)直接經(jīng)濟損失，單位:萬元.坐標(biāo)左軸;虛線代表雷災(zāi)
次數(shù),單位:次,坐標(biāo)右抽)三、雷電災(zāi)害時間分析
全國1998-2001年56次重大雷電災(zāi)害分布在各年分別為21次、17次、8次和10次，其中52次發(fā)生在4-8月的時間段內(nèi)，占全部的92.9%. 4-8月的重大雷電災(zāi)害在很大程度上可以代表全年的同類災(zāi)害，這一點在下面的雷電災(zāi)害預(yù)測中將會得到應(yīng)用。全部56次雷災(zāi)按月統(tǒng)計。8月多為18次，其次7月為14次，1、3、11、12月為0次。圖6.3給出了1-12月的重大雷電災(zāi)害次數(shù)的季節(jié)指數(shù)，顯著表明雷災(zāi)集中發(fā)生在4-8月，尤其是7月和8月。雷電災(zāi)害次數(shù)和直接經(jīng)濟損失之間的相關(guān)系數(shù)r為0.9284，具有良好
的相關(guān)性，因此，下面的雷電災(zāi)害分析與預(yù)測將以雷災(zāi)次數(shù)為主，其直接經(jīng)濟損失可以用雷災(zāi)次數(shù)乘以單次雷災(zāi)損失而得到.按月的距平百分率分析結(jié)果表明，重大雷電災(zāi)害每月平均發(fā)生1.167次。1998年的7月與8月和1999年的7月與8月是主要的正偏移月份，而每年的1,2,3月和9,10,11,12月幾乎沒有重大雷電災(zāi)害的發(fā)生，為主要的負偏移月份。雷災(zāi)的發(fā)生呈現(xiàn)周期性，集中在每年的4-8月，并且有逐漸遞減的趨勢，重大雷電災(zāi)害次數(shù)1998-2001年的48個月中平均每月遞減0.027次.但由于年度數(shù)據(jù)太少，并不能得出確切的雷災(zāi)年際周期及年際趨勢。
圖6.3重大雷電災(zāi)害次數(shù)的季節(jié)指數(shù)
四、人身雷電災(zāi)害
雷電災(zāi)害的危害不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟損失方面，也多造成人身傷亡。1998-2001年雷擊死亡人數(shù)每年分別為421,227,451和417人，四年共死亡1516人，平均每年379人；同期雷擊受傷分別為192,194,372和483人，四年共受傷1241人.平均每年310人.其中嚴(yán)重的1998年8月發(fā)生在湖北的庫雷災(zāi)，一次性造成197人死傷。造成人身傷亡的雷擊多發(fā)生在海邊、河邊、樹下、農(nóng)村田間和山坡等易受雷擊的地方。全國雷電典型災(zāi)害造成人身傷亡多的是廣東省，其次為廣西、貴州、福建、云南等4省區(qū)，這5個省區(qū)每年的雷擊人身傷亡人數(shù)占全國的60%左右，其中廣東約占全國的1/4。這類災(zāi)害主要發(fā)生在廣大的農(nóng)村，具有很大的不確定性.很難得到根本的防治.有效的防治方法就是加強雷電災(zāi)害的宜傳和教育，提高人們的防雷意識，讓人們主動避開易受雷擊的時候和遠離易受雷擊的地方。
對于雷電災(zāi)害，開展災(zāi)害預(yù)測是必要的，可以對未來雷電災(zāi)害的風(fēng)險評估提供重要的指導(dǎo).鐘萬強等人對中國的雷電災(zāi)害做過初步的預(yù)測，雷電災(zāi)害的預(yù)測主要根據(jù)雷災(zāi)與時間的關(guān)系，分別采用時間序列平滑法和季節(jié)變動預(yù)測法，預(yù)測結(jié)果表明，在2002-2005年期間全國將分別發(fā)生重大雷電災(zāi)害14,12,11,11次，四年合計47次，平均每年12次，每年將造成直接經(jīng)濟損失約3000萬元，平均每年人身傷亡580人左右。
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雷電或過電壓侵入通設(shè)備的途徑
通網(wǎng)近幾年通設(shè)備遭雷擊損壞情況看，通電源、波通設(shè)備收發(fā)機、通設(shè)備用戶電路或接口電路損壞情況占絕大多數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果表明，雷電或過電壓侵入通設(shè)備的途徑不外乎有以下幾種：
1 雷電直擊或在附近閃擊輸配電線路，雷電波沿電力線侵入機房電源設(shè)備，損壞電源開關(guān)、保險及整流變換模塊、通電源盤等。
2 雷電直擊波天線鐵塔，雷電波沿天饋線迅速侵入通設(shè)備，直接損壞與饋線相連的收發(fā)機單元部分，造成通中斷。
3 雷電直擊或閃擊在通架空光纜或電纜線路上，在線路上產(chǎn)生的瞬間過電壓，沿光纜或電纜金屬外皮或加強芯迅速向線路兩端擴展進入機房，損壞與光纜直接相連的機盤，或損壞與通電纜直接相連的保安配線架、用戶電路板或接口電路板。
4 雷電直擊鐵塔或變電所內(nèi)避雷針，雷電流通過避雷針引下線流入接地網(wǎng)，造成地電位升高。當(dāng)設(shè)備接地不良，接地電阻阻值較大時，會造成電子設(shè)備損壞。
5 當(dāng)變電所發(fā)生線路或母線接地事故時，故障電流對地網(wǎng)放電，巨大的接地電流流入接地網(wǎng)，造成地電位短時間迅速升高，也會造成電子設(shè)備損壞。
6 在電力線路下添架的通線路，當(dāng)電力線路瓷瓶絕緣擊穿時，造成電力線對通線路放電，或電力線路搭接在通線路上，致使強電沿光纜金屬加強芯或音頻通電纜侵入機房，造成通設(shè)備損壞或人員傷害。
通站防雷存在的缺欠
電力通防雷情況，我們對照《電力系統(tǒng)通站防雷運行管理規(guī)程》，逐站逐條進行了防雷檢查。檢查結(jié)果表明個別通站還不同程度的存在著缺欠，共性的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1 個別在辦公樓里面的通機房，大多數(shù)都是由辦公室改造而成的，接地網(wǎng)不規(guī)范，個別接地電阻大于5Ω，無環(huán)形接地母線。設(shè)備接地線線徑細。
2 交流電源有的裝了過電壓保護器，有的還沒有，大多數(shù)通站沒有安裝直流電源過電壓保護器，通設(shè)備電源入口也沒加裝壓敏電阻。
3 個別通電纜線路由于受現(xiàn)場環(huán)境條件限制，直接架空進入機房，沒有進行直埋。新型卡接式配線架接線不方便，未將電纜空線對接地。
4 變電所內(nèi)的數(shù)字配線及音頻保安配線架都是后組裝于光端機的機框內(nèi)，保安配線單元的接地線未接到接地母線上。
5 變電所RTU遠動裝置大多采用RS232接口與“一點多址”波、光端機等通設(shè)備相連，經(jīng)常發(fā)生雷雨過后燒壞RS232接口板現(xiàn)象。RTU裝置接地大多數(shù)是直接用螺絲固定在地溝的槽鋼上（槽鋼與地網(wǎng)焊接）接地不良。
通站綜合防雷措施的應(yīng)用
針對上述通站防雷存在的缺欠，近幾年我們依據(jù)通站防雷的一般原理和常用防護措施，采取綜合性防雷，對通站防雷設(shè)施進行了改造和完善。
1 防雷總的原則是：
（1）采用外部保護將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄放。
（2）采用過電壓保護器阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、號線引入的過電壓波（內(nèi)部保護）。
（3） 采用過電壓保護器限制被保護設(shè)備上的浪涌電壓幅值。
（4）用光電隔離器隔離通與RTU之間的RS232接口，避免接口設(shè)備電氣連接。
2 防雷一般方法和技巧：
（1） 設(shè)置一套良好的建筑物避雷帶、避雷網(wǎng)，并與主鋼筋一起接地；
（2）外置設(shè)備（天線等）應(yīng)盡量置于建筑物避雷網(wǎng)的保護角度范圍內(nèi)：
（3）采用共地的接地措施；
（4） 在電源、號或數(shù)據(jù)線各進出口安裝性能可靠的專用防雷器；
（5）室內(nèi)的設(shè)備應(yīng)盡量遠離避雷導(dǎo)電體；
（6）室內(nèi)布線，包括各類傳輸線應(yīng)盡量減小洄圈，好能加有屏蔽線并兩端接地。
3 防雷接地系統(tǒng)改造。
（1）對調(diào)度通樓接地網(wǎng)進行改造，發(fā)現(xiàn)原接地網(wǎng)因多年失修，有部分接地帶已爛斷。重新在通樓四面分別埋設(shè)4個接地網(wǎng)，接地極用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼，每根長1500mm，垂直砸入1200mm深溝內(nèi)，每根接地極相距500mm以上，并且用40mm×4mm鍍鋅扁鋼焊接聯(lián)成一個網(wǎng)狀接地裝置。4個接地網(wǎng)分別用一根扁鋼連至通樓各樓層機房的對稱接地網(wǎng)。改造后接地電阻為0.5Ω，滿足要求。
（2）對各辦公樓里的通機房接地進行改造，延長接地網(wǎng)，增加接地極數(shù)或鋪設(shè)兩個以上接地網(wǎng)。使接地電阻降到1Ω以下。
（3）通機房內(nèi)用40mm×4mm鍍鋅扁鋼鋪成環(huán)形接地母線，四個角與地網(wǎng)相連。機房內(nèi)所有設(shè)備外殼、暖氣、電纜走線架等金屬構(gòu)件全部用35mm2銅導(dǎo)線就近與接地網(wǎng)相連。
（4） 變電所內(nèi)通設(shè)備與RTU遠動裝置外殼均用35mm2多股銅導(dǎo)線就近連接到變電所接地母線的同一點，以電位差。
（5）將“一點多址”波饋線金屬外皮的上端、中間及下端分別就近與鐵塔相連，在機房入口處與接地母線相連。各波塔接地電阻測試符合要求。
（6）對于調(diào)度通樓，由于樓內(nèi)有遠動、調(diào)度、交換機、光纖、波、電源等機房，各機房間聯(lián)系較多，各種音頻電纜、同軸電纜相互間連接復(fù)雜，一旦某個機房的電位升高，都會對其它機房設(shè)備造成威脅。因此，要把這些機房接地統(tǒng)一接到一個共用接地系統(tǒng)，實現(xiàn)各機房接地等電位連接。
4 電源系統(tǒng)的防雷保護
（1）引入通機房的電力線采用地下電力電纜，電纜金屬護套兩端均良好接地。
（2）配電變壓器高壓側(cè)接高壓氧化鋅避雷器，低壓側(cè)接電源防雷器。變壓器機殼、避雷器地統(tǒng)一接到地網(wǎng)上，并接地良好。
（3）通機房內(nèi)電源采用多級浪涌保護措施。交流母線上并接一級380V過電壓保護器；高頻開關(guān)電源交流入并接一級380V過電壓保護器；－48V電源入口處接一級壓敏電阻。通設(shè)備電源正極在電源側(cè)和設(shè)備側(cè)分別接到接地母線上。
（4）在變電所內(nèi)的通設(shè)備電源，由于通設(shè)備少，與其它變電所設(shè)備一起安裝于主控室。直流電源取自變電所220V直流操作電源，經(jīng)DC/DC模塊變換成-48V電源供通設(shè)備。因此，在變電所用電柜交流母線上安裝一級380V/100G交流過電壓保護裝置，做為一級防雷；在高頻開關(guān)電源入線處裝一級交流防過電壓保護器，在DC/DC模塊48V輸出側(cè)裝一級48V直流浪涌保護；后，在通設(shè)備48V入口裝48V壓敏電阻一只。
（5）機房內(nèi)所有交、直流配電柜機殼均做接地保護，交流保護接地線從接地母線上直接引出，嚴(yán)禁采用中性線作為交流保護接地線。
5 各種號線的防雷保護
根據(jù)各通站實際情況，采用加裝浪涌保護，光電隔離等措施，對進出通機房及通設(shè)備與其它設(shè)備接口的所有號線進行保護。以防止雷擊感應(yīng)電壓或過電壓侵入損壞通設(shè)備。
（1）對個別通站通電纜線路直接架空進入機房的進行改造，在線路終端桿將鋼線接地，將通電纜水平直埋l0m以上，進入機房。進入機房的通電纜金屬外皮均良好接地。
（2）普通架空光纜、管道光纜、自承式光纜，均采用非金屬光纜。對于有金屬加強芯或金屬護套的光纜，進入機房前，在終端桿或終端電纜井改成非金屬光纜過渡進入機房。
（3）所有音頻電纜、線、號線進入機房要首先接入音頻保安器，來抑制電纜線對橫向、縱向過電壓。各配線架保安單元接地端均要良好接地，確保保安器發(fā)揮正常作用。
（4）認真落實進入機房電纜外皮及空線對接地保護措施。應(yīng)及時做好電纜空線對在配線架上接地工作，以防止引入雷電感應(yīng)電壓在開路導(dǎo)線末端產(chǎn)生反擊，損壞設(shè)備。有條件的配線架可采用短路接地塞，直接插在配線架空線對上，方便、靈活。平時檢修線對變更后，應(yīng)及時檢查空對接地情況。
（5）對于遠動等其它專業(yè)的號進入通設(shè)備前應(yīng)采取隔離措施：經(jīng)調(diào)制解調(diào)器輸出的音頻模擬號，采用音頻變壓器進行電氣隔離；用RS232接口的數(shù)據(jù)號，采用光電隔離器進行隔離，地電位差可能通過該接口中的共用接地線串入，造成反擊損壞接口電路現(xiàn)象。
另外，從朝陽通設(shè)備接口損壞情況看，RS232接口損壞情況比較多，RS422接口從未損壞過。可見，RS232接口芯片抗干擾能力不如RS422接口芯片。因此，我們將具備條件地方，均已改為RS422通道傳，而不用RS232接口。建議以后新上設(shè)備也盡量不用RS232而改為64K、RS422、或2M接口。
（6）采用RJ45接口的網(wǎng)絡(luò)號，先經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)浪涌保護器后再接入通設(shè)備接口。對于電量采集、繼電保護、綜合自動化、MIS及負荷控制等專業(yè)采用2Mbit/s接口的號，必須先經(jīng)過2Mbit/s同軸號浪涌保護器，再接入通傳輸設(shè)備，以防浪涌電壓侵入。有的地方MIS、負控等機房與通機房不在一起，距離較遠，可采用光纖收發(fā)器進行光電隔離，一來傳輸距離遠，二來進行號隔離，三是光纖傳輸抗干擾、防雷電效果更好。
（7）對于“一點多址”波饋線進入機房后，在饋線入端加裝同軸高頻號避雷保護器，保護器外殼要良好接地。保護器選用要考慮合適的帶寬。
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