吴仕军WU Shi-jun；宋小红SONG Xiao-hong；夏恒XIA Heng；吴安坤WU An-kun；蒋斌JIANG Bin

（①贵州省气象灾害防御技术中心，贵阳 550081；②黔东南州气象局，凯里 556200；③六盘水市气象局，六盘水 553001）

1 雷击事故概况

2020 年06 月08 日02:00-03:00，位于贵州省贵阳市花溪区青岩镇石门洞村的贵州某建设工程有限公司遭受雷击。该公司主要经营建筑施工，市政道路施工，公路施工，商品混凝土、沥青混凝土等，此次调查分析范围为商砼站两条180 生产线，现场建筑物有办公楼、WCZ-型稳定土拌合站（水稳站）、1 号宿舍楼、地磅房、厨房、2 号宿舍楼、职工食堂、原材料库、预制构件场料仓、总配电房、1 号沥青料仓、2 号沥青料仓、油库、辅助楼（厕所）、商混搅拌站钢架棚、商混料仓、发电机房、污水处理站、1、2 号线商混搅拌站、沥青搅拌站等建（构）筑物及信息系统。

2 雷击事故基本情况

全公司高压电源为架空引入。办公楼为三层砖混结构混凝土建筑物，低压电源为架空至宿舍楼后埋地至一楼总配电柜，一楼总配电柜未安装避雷器，屋面安装有接闪带，智能集控中心设在二楼，电源从楼层配电箱接入，信号线从搅拌站经移动信号铁塔、输电线路电杆，宿舍楼屋面接闪带，办公楼屋面接闪带架空引入（如图1）。其它建（构）筑一至三层不等，均安装有接闪带，但接闪带都缠绕有信号线。据工作人员介绍，6 月8 日凌晨2 点半左右，工作人员正在工作，突然电闪雷鸣，一声巨响后，工作人员发现商砼站主搅拌楼及中控室生产电器被击坏不能工作，主要损坏设备有监控设备如主机楼控制机、工控室控制机、主机楼称重变送器、主机楼电流转换器、主机楼485 转换器、主机楼电流传感器、工控室调度电脑主机、工控地磅房监控电脑主机、交换机、主机楼下料口监控电源、工控室大屏高清线、工控室大屏网线、工控室大屏板卡、工控室高清混合矩阵损坏等，直接经济损失约6 万元左右。部分损坏仪器见图2。

图1 架空高低压电源线及信号线

图2 集控中心损坏设备

3 雷电数据分析

贵州省份位于云贵高原的东部区域地带，是较为典型的喀斯特地形及地貌的岩土型发育区域，这一区域中往往会使得由于地形变化所产生影响效应的立体类型气候特征更为显而易见，从而也很大程度上导致贵州省份的地理区域气候具有复杂多变的雷暴现象。贵州省内的雷击频率在地域上的表现形式为：其在西部区域地带往往出现较高，在东部则较低一些（具体情况参见图3）。

图3 贵州省年均闪电密度分布（单位：次·km-1·a-1）

高值频率的区域往往出现在省内的毕节、六枝北部及六枝周围的水城、盘县、普安等省内高频雷暴地区，其中此类地区的年平均雷电密度能够达到高达7.15 次/km2甚至更高[1]；在低值频率的雷暴地区往往分布在贵州省内的东南部以及省内中部地区的台江、剑河以及贵州省内的黔南的山区地域环境中，此类区域的雷暴密度大多小于1.86次/km2。在贵州省的地理区域境内，区域中的雷电放电的频率在时间及次数的显现方面存在着较为明显的季节性及阶段性的变化，其中区域中的雷电放电现象主要发生的季节阶段为夏季，并且省内的年平均雷电密度能够高达4.6 次/km2，然后到了春季，秋季这两个季节就会出现显着下降及减弱的趋势，而到了一年末尾冬季的区域年平均雷电密度仅为0.06 次/km2，这也是一年中贵州省内雷电密度最低的一个阶段[2]。而在春季的时候，区域中的雷电频率主要集中性的分布在三个密度较高的雷电密集区域之中，并以带状或块状等形式向区域的外围减弱减小（具体参见图4）。

图4 贵州地闪密度季节变化（单位：次·km-1·a-1）

高密度性质的雷电形态出现地区主要位于省内的贵州西部、织金和六枝附近，这些区域中的年平均雷电放电密度可达到年平均闪电密度可达2.01 次·km-1。而夏季的时候由于区域中所出现的西南季风和亚热带高地的共同作用及统一影响之下，以及区域中地理环境的地形抬升的不断影响，使得省内西部地区的整体雷电活动频率要比东部高[3]。到了秋季的时候，区域中的亚热带副高压风带逐渐减弱，因此使得区域中的西南季风也逐渐的减弱，而地理位置中的高原形态主要受大陆干气团的持续影响及控制，因此使得区域中的热量和水汽等因素强度条件持续地减弱，从而导致区域中的雷电密度显着下降。随着时间的推移，区域中的雷电出现的方向也逐渐移至省内的西北地域，但是整体的雷电高发区仍旧不变。

且该公司的实际所在位置为贵州省贵阳市内，并且这一位置中的年平均雷暴日为54d，其中区域中雷电所产生的时间段主要集中于4～8 月这一阶段，其中1979年这一年的雷暴现象较为频繁为68d；1990 年雷暴日最少，为37d，终雷日所出现的最晚时间为2004 年中的12月27 日这一天，贵阳市地闪密度为4.1 次/km2，为雷电易发区。

根据省气象局三维闪电监测定位资料，2020 年06 月08 日02:10～02:27 时段，以该建设工程有限公司为中心、半径3 公里范围内有17 次闪电记录（表1），其中最大闪电电流为35.056kA，最小雷电流为22.351kA。

表1 2020.06.08.2:10～2:27 时段雷电监测记录

4 雷电危害的方式

4.1 雷电直击危害

当雷电的攻击直接击中环境之中的建（构）筑物时，其中雷击的特大雷电流（几十至几百千安）会以直接释放的形式通过被击的建筑物（具体参见图5）。产生的热效应会很大程度上导致部分建筑设备设施受到较为严重的烧毁，使得建筑物电路出现故障[4]。

图5 雷击建（构）筑物示意图

4.2 雷电感应危害

当雷云中的雷电排放到地面上的时候，在雷击所产生的主要放电的实际过程中，会在雷击点所产生附近的导线及导体上面产生感应浪涌及感应电压等电压值，并且此类电压值较高，往往能够达到几十万或者是更高的电压幅值[5]。此类产生的过电压因为其中的雷云层正负离子及强烈的雷电流冲击会很大程度上导致电气设备的绝缘功能出现层跳动、失效或是击穿的破坏现象，损坏电气设备的绝缘层，使电压系统中的高压状态过度到低压的不稳定状态，同时也对电气设备和设备的使用人员安全造成严重的安全威胁，并引起火灾和爆炸，直接影响设备的正常运行及使用[6]。

4.3 雷电波入侵

雷电波侵入是指击在架空、电气线路的雷电，沿着线路侵人到变电所（站）、配电室或电气设备内，致使设备或人遭受雷击（如图6）。因为环境中的雷电波所产生的雷电电流的强大脉冲会直接击中接地的导体，从而使高压电流以高压形态的雷电波的形式在环境空间中快速地传播，进而影响环境中的各种正常使用的电子设备。

图6 雷电波入侵示意图

4.4 地电位反击

对建（构）筑物及信息系统来说，如果环境中的正常设备被雷击所损坏，则雷电所产生的电力和能量将会直接沿着建筑物的防雷设施渗透到地面，从而大大增大其能量冲击及建筑威胁风险。此时位于建筑物地下的直接接电体设备、导线以及环境中的地面下方所使用的建筑避雷设备，都会在短期内形成高压或是电位升高现象，造成地电位反击的情况出现[7]。

5 事故原因分析

据现场勘测及结合三维雷电监测系统资料，对本次雷击事故发生原因分析[8]：

①2020 年06 月08 日2:25 分，强度为35.056kA 的直击雷在该建设工程有限公司附近位置雷击；从闪电发生的时间节点、经纬度数值，该次雷电闪击造成该建设工程有限公司监控设备遭受雷击。

②该建设工程有限公司现场10kV 高压线路为架空引入至箱式变电站，再由架空380V 线路分送至各用电单元，除总配电房安装有避雷器外，其它建（构）筑物及信息系统几乎无任何电源、信号避雷器，且信息系统线路全部为架空敷设（或敷设在女儿墙边缘），无任何雷击电磁脉冲防护措施，是本次雷击事故的根本原因，也是几乎每次雷雨天气过程均会出现设备损坏的原因。

③在本次雷雨天气过程中，该建设工程有限公司遭受雷击毁损的监控设备，为（工控计算机系统、视频监控系统）信号线路感应雷击电磁脉冲侵入线路、进入设备接口端所致。信号线路产生的雷电过电压脉冲造成监控设备如主机楼控制机、工控室控制机、主机楼称重变送器、主机楼电流转换器、主机楼485 转换器、主机楼电流传感器、工控室调度电脑主机、工控地磅房监控电脑主机、交换机、主机楼下料口监控电源、工控室大屏高清线、工控室大屏网线、工控室大屏板卡、工控室高清混合矩阵损坏。

6 防雷措施整改技术方案

6.1 接闪装置整改技术

接闪装置包含接闪针、接闪带（线）、接闪网、以及用作接闪的金属屋面和金属构件等，根据现场情况进行合理的选用。在进行防雷设计时，应综合考虑和评估其所处地域的气象条件、场站特点，并从建设和使用的实际出发，进行全面规划，综合防治[9]。接闪装置是承接首次雷电能量的载体，接闪装置的位置、接地电阻大小决定了雷电接闪能量的泄放对附近设备设施的影响程度。

该公司办公楼等建筑物部分接闪带损坏，利用不小于Φ8 的金属钢筋进行接闪带修复完善。

6.2 防雷电感应整改技术

雷电防护工作成果领域的经验表明，低电流使用设备及弱电设备的电源导线较为容易受到来自外界环境的雷击影响及损坏，因此应通过设置电压保护及阻断电流的方式来实现所需保护的雷电屏蔽及防护[10]。其中现阶段所主要采取的变压器的防雷的具体措施主要有如下几点：

①结合电压器在实际使用过程中因为正、负转换较为频繁而导致的电压容易损坏的常见情况，应在变压器设备的高、低压侧的系统防护装置中配备适当型号的避雷器，具体的设备型号可以根据实际建筑的参数及使用类型等具体情况来进行确定；

②适当调整避雷器的接地位置，使其能够顺利连接地线上的等效电感元件，从而实现保护性能。在调整位置的过程中应尽量使得变压器外壳的接地位置和次级侧的中性点相互匹配为止；

③在环境防雷设备的低压侧应装有电流测量装置，同时假装设备的变压器保护功能。由于低压一侧的测量设备往往其因为自身设备性质的原因，导致其本身的绝缘功率较低，因此必须选择及假装较为有效的保护措施[11]。

该建设工程有限公司配电系统重新进行浪涌保护器设计[12]。按照GB50343-2012 规范要求，应对配电系统按B级设计三级电涌保护器，除了在总配电房安装流通保护器，还应在每栋楼配电室和设备前端安装流通保护器，并按各级相应的通流量进行安装。

6.3 防雷电波侵入整改技术

为降低雷电波沿线路侵入室内设备的风险，建（构）筑物所有外露线路重新布设于金属桥架内，应保证金属桥架各段之间的电气连通[13]。线路入户端金属桥架就近与等电位端子排可靠电气连接，其接地电阻不大于4Ω。

6.4 接地等电位整改技术

接地采用共用接地系统。为保证各接地系统可靠性，应保证电气连通，且应多点重复接地。所有电子设备均应采取接地和等电位连接措施，所有信号线、网络线均应采取沿金属桥架敷设或其他屏蔽措施，金属桥架应采取跨接处理，且隔25 米左右进行两端接地，末端设备所有走线应穿金属管敷设，金属管应与桥架电气连通[14]。

6.5 架空输电线路整改技术

进行输电线路改造，明确所有输电线路整体防雷改造原则。一种是装设架空地线，减少保护角，合理选择地形架设线路。二是所有输电线路全新安装，敷设管道全程埋地，并做好金属外壳接地。