兰州新一代天气雷达站的防雷设计研究

兰州新一代天气雷达站的防雷设计研究

王亚强

甘肃省陇西县气象局，甘肃 定西 748100

摘要：本文以兰州新一代天气雷达站作为研究对象，与其所处的地理、气候等相结合，着重从直击雷防护设计、雷电感应及电磁脉冲防护设计、电源系统与信号系统防雷设计等多个角度探讨了该地区新一代天气雷达站的防雷设计，以期能够为确保雷达站的安全、正常运行提供一定的借鉴与参考。

关键词：新一代天气雷达站；雷电；防雷设计；防护；兰州市

引言

    随着社会经济的飞速发展及科学技术的显著提升，越来越多的先进设备在天气预警预报领域得到广泛应用，新一代天气雷达即为其中之一。建设新一代天气雷达站不仅可以准确预警预报天气实况，还能第一时间探测灾害性天气现象，使大众应对气象灾害能力实现显著提升。然而，由于新一代天气雷达设备较为昂贵，其中包含有众多的微电子设备，且具有耐压低、灵敏度高等特点，再加上其高度较为突出，周围相对空旷，因此极易遭受雷电袭击，轻则导致雷达设备性能显著下降，重则使其无法正常运行。由此可见，做好新一代天气雷达站的防雷设计工作等非常重要。基于此，本文与兰州新一代天气雷达站的地理、气候等相结合，重点探讨了雷达站的防雷设计，对于尽可能减少雷电危害，进而确保雷达系统的正常运行等具有重要意义。

1兰州新一代天气雷达站防雷等级确定

1.1雷达楼年预计雷击次数

一般情况下，雷达楼年预计雷击次数可以采用以下公式进行计算，即：

    （1）

上述公式当中，代表建筑物年预计遭受雷击的次数，其单位为次/年；属于校正系数，由于雷达楼为空旷区域的孤立建筑物，多取值为2.0；代表建筑物所在区域雷击大地的年平均密度，其单位为次/（km2·年），一般采用以下公式进行计算，即：

    （2）

以上公式当中，代表年平均雷暴日，其单位为d/年；公式（1）当中的代表建筑物的等效面积，其单位为km2。兰州市雷达楼为圆形，多采用以下公式对等效面积进行计算：

    （3）

其中，指的是建筑物半径的扩大宽度，其单位为m；代表雷达楼半径，单位为m。可以使用下述公式来计算，即：

其中，代表雷达楼的高度，其单位为m，将数据代入到上述公式（1）当中能够得出，兰州新一代天气雷达楼年预计雷击次数为0.1232次/年。

1.2防雷类别与等级

     经过计算得出雷达楼年预计雷击次数在0.05次/年以上，再加上新一代天气雷达设备价格昂贵，而且其中包含有众多的弱电设备，因此其防雷设计一般按照二类防雷建筑物、二等防雷雷达站进行设计。而且，必须严格依据防雷类别与等级合理安排防雷设施的施工、选择合适的浪涌保护器并对其进行科学安装。

2防雷设计研究

2.1直击雷防护设计

2.1.1建筑物直击雷防护

    围绕兰州气象站建设合适数量的避雷塔，每一座避雷塔之间使用避雷线进行连接，而且雷达楼留出的金属护栏与避雷塔接地网之间还应当做好等电位连接，同时结构柱子内主钢筋自身及其与金属护栏之间都要做好电气连接，以避免直击雷入侵导致雷电电磁脉冲受损或衰减，进而有效保障设备、建筑物及人员的安全性。

2.1.2雷达天线直击雷防护

    围绕雷达楼的四周建设适量的避雷塔，以形成直击雷防护的第一道防线。使用镀锌钢筋在雷达楼的天面布设接闪网，其规格以6m×4m或5m×5m最为适宜，并将地梁水平钢筋、承台钢筋网等相互焊接以构成建筑物地网，并使其与天面的接闪器相互连通。另外，使用缠绕型的玻璃纤维增强环氧树脂管制作天线罩的主体，并在其中布设一根截面积在50m2以上的多股铜线，并使其与建筑物地网相互连接，以确保雷电产生的雷电流可以安全泄入大地。

2.2雷电电磁脉冲与雷电感应防护设计

2.2.1机房内部防雷设计

    一般情况下，雷达站机场周围的墙面多使用4×40mm的镀锌扁钢围绕墙体以构成闭合型的电位带，将金属网安装在铝合金窗上，同时金属网必须与闭合等电位带之间做好等电位电气跨接，而且出入机房的所有信号线与电源线都必须铺设在金属屏蔽槽当中，所有的金属设备、构件还必须与接地网之间做好等电位连接，机房当中的结构柱子主钢筋还要与接地网之间做好电气连接。除此之外，还要将铜条网格铺设在机房防静电地板下，并使其与等电位带做好跨接。

2.2.2雷达天线防雷设计

雷达天线作为接收反馈信号源的一种常见装置，极易受到雷击与电磁脉冲的影响，因此，进出雷达天线的所有线路都必须穿金属管接入。而且，金属管在接入雷达楼之前，应当与各楼层的等电位端子之间做好等电位电气连接，同时金属管的首尾还要做好等电位电气联通。除此之外，雷达天线至机房的各入口位置处都应当安装金属网罩，并做好屏蔽处理，还要与雷达分享使用接地系统导通。

2.3电源系统防雷设计

为确保安全、正常开展雷达业务，兰州市新一代天气雷达站应当选用双路电源供电，分别来自于发电机组与市电网。低压供电主要采用TN-S接地系统。为避免雷电波入侵，主要通过逐级消压的方法，在变电室到雷达楼之间安装3级SPD，主要安装在供电系统箱当中，同时在重要设备前端电源位置处还应当安装第4级过电压防护。

2.4信号系统防雷设计

    兰州市新一代天气雷达站主要使用光纤对数据进行传输，为避免雷电波顺着金属构件进入到电子设备内部，应当在光缆终端将其内外皮金属部件与等电位联结带之间相互连接。引入雷达站机房的电话线必须穿金属管，同时还要做好屏蔽处理并埋地引入，而且还要将信号SPD安装在接线盒的前端。除此之外，还要在重要电子设备的入口位置处安装相适应的信号浪涌保护器，并与接口形式、频带宽度、传输数量等各项性能指标相结合选择适宜的型号，以确保其功能与作用得到充分发挥。

3结语

    新一代天气雷达站的防雷设计与雷达系统的稳定性及探测数据的准确性等密切相关。本文仅仅按照技术规范探讨了兰州新一代天气雷达站的防雷设计。在实际的雷达探测工作当中，我们必须严格按照雷达站的防雷设计标准与规范，定期对防雷设计进行整改与完善，以尽量避免雷达站遭受雷击，进而保障雷达站各设备、建筑物及人员的安全性。

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作者简介：王亚强（1996—），男，本科，助理工程师，从事气象观测、预报工作。