王 强

摘要 通过对雷电产生及其危害性的阐述，结合民航空管二次雷达站的环境特点及二次雷达站设备的工作特点，从防雷系统整体设计和施工、防雷系统及器件维护等方面建立综合性防雷的思想。

关键词 直击雷；感应雷；供电系统；系统维护

中图分类号TN95 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）67-0020-02

0引言

空中交通管制是保证飞机安全和有秩序飞行的重要手段，二次雷达作为空中交通管制的重要工具，保证二次雷达设备正常运行是空中交通管制的关键之一。由于二次雷达站的地理位置特殊， 雷达站设备遭遇雷击的事故时有发生，直接影响雷达设备正常运行和飞机飞行安全。因此，对二次雷达站进行综合性防雷建设显得尤为重要。

1雷电的形成及危害

1.1雷电的形成

雷电是雷云之间或雷云与地面之间产生的放电现象。雷云内部或者雷云与雷云之间的放电，叫云闪，雷云与大地之间的放电，叫地闪。云闪一般不会对人类活动造成影响，对人类活动造成影响的主要是地闪。雷击灾害就是指由地闪产生的雷电流从云中泄放到大地上造成的危害。通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。直击雷是指闪电直接击在建筑物、大地、防雷装置、其他物体上，产生电磁效应、热效应和机械效应的雷击。感应雷是指在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压，继而发生闪击现象的二次雷。球形雷俗称滚地雷，指通常在强雷暴时出现的外观呈球状的一种奇异闪电。由于球状闪电出现的频率很低，科学家难以做系统的观测，至今也没有人拍摄得高质量的照片来作科学研究。

1.2雷击产生的破坏

1.2.1直击雷破坏

当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水分受热汽化膨胀， 从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电的现象叫反击。

1.2.2感应雷破坏

感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种：

1）静电感应雷

带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在架空线路导线或其他导电凸出物顶部上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了，那么在线路上感应出的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，对该线路上的设备造成破坏。

2）电磁感应

雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于在该磁场范围内的电子设备或设备电缆上，进而对电子设备及线路造成破坏。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此，避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。

2 二次雷达站的综合防雷

2.1二次雷达站的环境特点

根据《航空无线电导航台和空中交通管制雷达站设置场地规范》中的规定，空管二次雷达的场地应开阔、地势较高、四周无严重的地形地物遮挡，并可获得足够的高、中、低空覆盖。因此，二次雷达站多数位于山顶或者开阔的平原地带。以温州大罗山雷达站为例，根据历史资料，温州区域年平均雷暴日为51.3天，属于强雷区，而大罗山雷达站位于海拔700米的大罗山山顶，四周开阔无遮挡，整个雷达站就成了雷电容易袭击的对象。

2.2雷达站供电系统的防雷

由于二次雷达站多数位于远离城市的山顶或者开阔的平原地带，在建设二次雷达站时，一般都需要引接或者单独建设配套的供电系统。由于电力部门对供电系统的防雷设计和施工往往存在不重视、不规范的毛病，导致供电系统在遭受雷击后中断供电，使雷达信号保障等级降低的情况时有发生，以温州大罗山雷达站为例，因电力部门的防雷设计缺陷及施工不规范，2011年8月，雷达站供电系统遭雷击，导致一台配电变压器完全损毁。根据笔者统计，2010年全年温州大罗山雷达站由于雷击造成的单路供电中断6次，双路供电中断而使用油机供电3次，因此有必要对供电系统的防雷进行综合建设。

供电系统的防雷重点在于输电线路防雷及配电变压器防雷。二次雷达站的供电系统输电线路一般采用10kV架空输电线路或者10kV电缆线路。对于10kV架空输电线路的防雷措施主要有以下几项：1）可架设避雷线，但由于成本过高，施工不方便，基本不采用避雷线；2）提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平；3）在多雷区应按照一定档距安装线路避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地，减少雷击断线事故。目前国内10kV电缆线路广泛使用的是交联聚乙烯电缆（XLPE），其在潮湿环境下运行形成水树枝，水树枝在超高电场的作用下变成电树枝，高幅值的重复中击电压是加速绝缘劣化并产生电树贯穿的主要原因。对电缆加装铠装或者穿金属管，并且采用性能优良的金属氧化锌避雷器成为延长电缆寿命的有效方法。电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。

配电变压器遭雷击事故的主要原因是由于配电系统遭受雷击时的“正反变换”的过电压引起，而反变换过电压损坏事故尤甚。由于低压绕组遭受雷击过电压，通过电磁感应变换到高压侧，引起高压绕组过电压的现象叫“正变换过电压”。由于高压侧遭受雷击，作用于低压侧，通过电磁感应又变换到高压侧，引起高压绕组过电压的现象叫“反变换过电压”。在配电变压器高压侧装设避雷器，能有效防止高压侧线路遭雷电波侵入而损坏变压器，工程中常在配变高压侧装设FS-10阀型避雷器。高压侧装设避雷器后，避雷器接地线应与变压器外壳以及低压侧中性点连接后共同接地，以充分发挥避雷器限压作用和防止逆闪络。对于配电变压器，即使高压侧装有避雷器，仍然不可避免来自高压侧的反变换过电压或来自低压侧的正变换过电压，在低压侧装设一组避雷器后，正反变换过电压就可以受到限制。

2.3雷达系统的防雷

雷达系统的综合防雷应遵循“综合治理、整体防御、突出重点、重点保护”的原则，充分利用建筑物钢筋混凝土结构，将防雷系统的接闪、分流、均压、屏蔽、布线和接地等六要素与建筑物的结构有机地组成一个整体，进行综合治理，并对电源系统和信号系统进行重点防护。

2.3.1直击雷防护

雷电直击建筑物时，将引起地电位急剧升高，同时，雷电流在引下线周围形成急速变化的强大磁场，感应到雷达机房内通信系统及雷达设备，会对其安全造成极大危害。防直击雷的装置是由接闪器、引下线、接地装置三部分组成。防雷原理是：由接闪器把强大雷电流接收下来，然后通过引下线和良好的接地装置迅速而安全地把它泄入大地。根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）及《FAA-STD-019》的标准，雷达站天线旁边及雷达天线罩（有安装雷达天线罩的雷达）均应安装防直击雷新型避雷针。在雷达塔台边缘等距离设置2到4根等高玻璃钢避雷针。为减少避雷针对雷达天线收发信号的影响，避雷器支撑杆应采用具有良好电磁通过性的玻璃钢材料，且玻璃钢材料支撑杆的高度应高于雷达天线顶端2m以上。接闪器安装在玻璃钢支撑杆上，至少要延伸出玻璃钢顶端2英尺以上，并可靠固定在玻璃钢杆上。按照《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》7.2.1.2b规定，“一、二次雷达塔的避雷针引下线不应少于四条，引下线沿天线罩外壁均匀分布，引下线应采用截面积不少于50mm2的多股铜线”。

2.3.2感应雷防护

由于雷达站机房内的传输设备及雷达设备均为使用CMOS大规模集成电路的弱电设备，内部芯片耐压水平低，高强度的感应雷电脉冲将通过供电、通信、天馈电缆直接进入机房，对这些设备造成极大的损坏。例如：2011年8月，温州乐清雷达站发生雷击，由信号线路进入的感应雷击击坏了Alenia二次雷达的编码器和EDR板。雷达机房的屏蔽是确保机房设备不受雷电感应脉冲损坏的重要措施。屏蔽的要点是：1）充分利用建筑物的主体钢筋，将其设置成格栅形屏蔽网格，所有钢筋交叉接点均需点焊接地，使之成为屏蔽网；2）雷达主机房所有窗户亦应采用金属网格窗，网格尺寸应小于200mm×200mm,和墙内钢筋屏蔽网连接形成一个整体；3）机房采用静电地板，板下设置2mm×30mm规格的环型架空钢带以备设备保护接地及等电位连接用。在做好屏蔽的前提下，对进入机房的所有供电线路及通信线路需采用加装铠装层或者穿金属管，同时在于外界进行通信联系的设备线路接口端均应安装通道式避雷器。所有雷达站天馈设备的线路接口端均应安装相应接口参数的天馈避雷器。对于诸如围界监控、电力监控等附属设备，由于设备重要性较低，且设备线路连接贯穿雷达站，应尽量移出雷达机房，减少引入雷电波造成设备损坏的风险。

3 防雷系统及器件维护

防雷系统的建设并非是一劳永逸的工程，诸如接地网的接地电阻变化、避雷器损坏老化、雷雨前后的防雷检查等问题，均需要规范的制度建设将工作落实到日常的维护工作中。

3.1地线的维护

地网的接地电阻每年至少进行一次测量，地网的接地电阻标准为≤1Ω，在辅助地级相对保持不变的情况下阻值不应有太大变化，若测的阻值较大应在半年内重复检测，若阻值一直呈直线上升则应找出原因。每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀腐烂、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

3.2避雷器的维护

对避雷器进行日常维护时，应观察防雷模块窗口有无变红色，模块有无变形或拉电弧痕迹，模块相应的熔断器有无损坏，避雷器相应的开关或熔断应保证在合闸状态，否则避雷器不起作用。雷雨前及雷雨后均应及时检查避雷器工作情况，发现有损坏的或者性能下降到无法满足防雷要求的防雷模块，应及时进行更换。雷雨季节每星期检查一次，非雷雨季节每月一次。

4结论

由于雷击造成的供电系统中断以及雷达设备损坏已经成为民航二次雷达站雷达信号保障的重大不安全因素。因此，对于民航二次雷达站的防雷进行综合建设成为当务之急。本文只是简要的对民航二次雷达站防雷系统设计进行简要分析，并且对笔者在雷达站的实际工作中积累的一些对防雷系统及器件的维护经验进行了总结。

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范.中华人民共和国标准 GB50057-94.

[2]电子计算机机房设计标准.中华人民共和国标准 GB50174-93.

[3]FAA-STD-019E,FAA STANDARD,LIGHTNING AND SURGE PROTECTION,GROUNDING,BONDING,AND SHIELDING REQUIREMENTS FOR FACILITIES AND ELECTRONICS EQUIPMENT(22 DEC 2005).

[4]李景禄.现代防雷技术.中国水利水电出版社.

[5]陈家斌，高小飞.电气设备防雷与接地实用技术.中国水利水电技术.