史雅静，汪资荷（1.南京信息工程大学，南京，10044；湖北省防雷中心，武汉，430074）

闪电监测资料在轨道交通雷击风险评估中的应用

史雅静1，2，汪资荷2
（1.南京信息工程大学，南京，210044；2湖北省防雷中心，武汉，430074）

为了对轨道交通做出全面、准确的雷击风险评估，本文结合闪电定位监测资料，利用统计分析、原理计算等方法对闪电资料在轨道交通雷击风险评估中的应用进行了探讨。以武汉轨道交通2号线一期工程为例，分析了该线路沿线的地闪密度分布、地闪强度分布。以单个车站为例，对车站的地闪密度分布、地闪强度概率分布、雷电流的绕击率和反击率等进行了探讨。

轨道交通；风险评估；闪电规律

0 引言

作为人员密集、投资巨大的公共场所，轨道交通一旦遭受雷击或闪电电涌侵入，将危及其正常的运营秩序，甚至会造成巨大的经济损失和人员伤亡损失。我国各地轨道交通投入运营以来，发生了很多雷电灾害事故，雷电已成为轨道交通系统安全运行的重要威胁之一。

雷电灾害风险评估是根据项目所在地雷电活动时空分布特征及其灾害特征，结合现场情况进行分析，对雷电可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算。很多学者对雷击风险评估中的问题进行了研究与探讨，但鲜有针对轨道交通雷击风险评估的相关报道。本文以武汉轨道交通2号线一期工程为例，就如何结合闪电定位监测资料为轨道交通提供更加精细化的雷击风险评估进行了分析探讨。

1 沿线闪电活动规律分析

本文利用武汉市2007年1月1日-2013年12月30日共七年的闪电监测资料对轨道交通2号线一期工程各个车站周边的雷击环境进行分析，得出了地闪密度分布和平均地闪强度分布的规律。

1.1闪电密度分布规律

从图1可以看出，各车站的地闪密度分布在3.15-6.07次/（平方公里•年）之间，分布相差较大，地闪密度最大的车站为光谷广场站，为6.07次/（平方公里•年），最小的车站为积玉桥站，为3.15次/（平方公里•年）。

图1　 武汉轨道交通2号线一期工程沿线各车站地闪密度分布图

1.2 平均地闪强度分布规律

通过图2可以看出，轨道交通2号线一期工程沿线各车站的平均地闪强度分布在30-40 kA左右，王家墩东站和螃蟹甲站的平均地闪强度最高，为40.11 kA，中南路站的平均地闪强度最低，为29.94 kA。

图2　武汉轨道交通2号线一期工程沿线各车站地闪强度分布图

2 单站雷击环境分析示例

一个区域的雷击环境跟其所处的地理位置、地下矿藏、水陆分布等因素有关，涉及的数据和因素比较多。由于武汉轨道交通2号线一期工程线路车站较多，而每个站的评估计算方法相同，故本部分以小龟山站为例解释雷击环境分析过程。得出该站地闪密度月均分布、地闪强度概率分布和雷电流累积概率分布规律，并对该站的雷电流绕击率和反击率进行分析。

2.1地闪密度月均分布

根据小龟山站2km半径范围内2007年1月～2013年12月地闪密度的月均分布图得出地闪密度月均活动规律（如图3所示）：小龟山站所在地域闪电主要活动期发生在8月份，约48.94%的地闪发生在这个月份，1、11、12月份基本没有地闪发生。

图3　小龟山站地闪密度月均分布图

2.2地闪强度概率分布

根据湖北省雷电监测网2007年1月～2013年12月地闪数据进行统计，小龟山站所在地2km半径范围内，雷电流强度主要集中在20～50 kA，占闪电数量的55.89%；100 kA以上的雷电流发生相对较少，仅占闪电数量的3.32%，如图4所示。

图4　小龟山站地闪强度概率分布图

2.3雷电流累积概率分析

根据该项目所在地2km半径范围内的闪电定位监测资料显示，2007年1月～2013年12月，监测到的最大雷电流为184.7kA，结合湖北地区的雷电流幅值分布公式，计算出相应的雷电流的累积概率。

N年内可能遭遇不同等级雷电流的雷击次数可按照以下方法计算：

雷击次数=雷击密度（次/km2•a）×时间（a）×面积（km2）×雷电流累积率。

表1　车站2km半径范围内50年内可能遭遇的雷电流概率表

2.4雷电流绕击率和反击率分析

对于一、二、三类防雷建筑物，当雷电流I分别大于5.4kA、10.1kA、15.8kA时，雷电击于接闪器上的概率较大，当雷电流I分别小于5.4kA、10.1kA、15.8kA时，雷电有可能穿过接闪器击中在被保护物体上。同时一、二、三类防雷建筑物设计能承受保护的最大雷电流幅值分别为200kA、150kA、100kA，当雷电流大于上述幅值时，可能出现反击，对人员和其他物体造成危害。

由于小龟山站是按照第二类防雷建筑物进行设计，当雷电流I≥10.1kA时，雷电将击于接闪器上，当雷电流I＜10.1kA时，雷电有可能穿过接闪器击中在被保护物体上。同时第二类防雷建筑物设计能承受保护的最大雷电流幅值为150kA，当雷电流大于该幅值时，可能出现反击，对人员和其它物体造成危害。经统计，2007年1月～2013年12月该车站2km半径范围内，共监测到闪电331次，小于10.1kA的雷电流共发生9次，故该车站发生雷电流绕击的概率为2.72%；大于150kA的雷电流共发生1次，故小龟山站发生雷电流反击的概率为0.30%。

3 结论

通过对武汉轨道交通2号线一期工程沿线的地闪密度分布规律和地闪强度分布规律进行统计分析，可以得出该线路沿线的雷击环境和各个车站所处环境的雷电活动变化规律，以便在对轨道交通进行雷击风险评估和工程设计时，对沿线地闪密度较高和闪电强度较大的车站进行重点防护。对单个车站的地闪密度分布、地闪强度概率分布、雷电流的绕击率和反击率等进行统计研究，可以为单站的人身伤亡损失风险、经济损失风险评估提供有力的科学数据，提高雷击风险评估的准确性。

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The application of lightning monitoring data in lightning risk assessment for rail transit

Shi Yajing1，2， Wang Zihe2
（1.Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing，210044；2.Hubei lightning protection center，Wuhan，430074）

In order to make a comprehensive and accurate of rail transit lightning risk assessment，with the lightning positioning monitoring data，by using the methods of statistical analysis，this paper discusses the principle of calculation for lightning data application in rail transit’s lightning risk assessment. Takethe issues in Wuhan rail transit line no.2 as an example，theauthor analyzes the ground flash density distribution along the line and flash intensity distribution.For a single station，the station’s lightning density distribution，lightning intensity probability distribution，risk of shielding failure and risk of flashback are discussed in this paper.

rail transit；risk assessment；lightning rule

2014—6—21