务川县天然气供气站雷电灾害风险评估

艾世杰，陈林琴，曹 飞

(1.贵州省务川县气象局，贵州 务川 564300;2.贵州省金沙县气象局，贵州 金沙 551800;3.贵州省普安县气象局，贵州 普安 561500)

1 引言

根据相关法律法规和标准的规定，雷电灾害风险评估一般应在新建建筑物的防雷设计施工之前进行，其目的是使雷电防护设计监理在科学的基础上，避免盲目性，保证防雷工程安全可靠，技术优先，经济合理。本文通过对务川天然气供气站的雷电活动规律进行研究，运用雷电的基本原理和雷电灾害风险评估的理论对该供气站的雷击损害进行风险计算，从而得出该天然气供气站的雷击风险概率及该供气站各区域的雷击风险值，为主管部门和安监部门进行安全监督和管理提供了依据。

2 数据采集及分析

2.1 务川县1961—2010年气象观测数据分析

根据50 a务川县气象局观测数据分析表明，务川县的平均雷暴日数为34.9 d/a，属多雷区，雷电主要发生在4—8月，月平均雷暴日数7～12 d，雷暴日数最多的年份为1983年(62 d);最少年份为1966年(15 d)。11、12、1、2月份少有雷电发生。8月为雷暴最强月份，月平均雷暴日数12.6 d，当月最高雷暴日数达15 d，出现于1963年。

2.2 贵州省雷电监测网数据分析

2.2.1 地闪密度 根据贵州省雷电监测网数据，务川县天然气供气工程(以项目中心位置3 km半径)区域范围内雷电流年平均地闪次数168次，地闪密度约为594次/km2·a。(本报告采用该值作为雷电风险计算参数)。

2.2.2 雷电小时 根据贵州省雷电监测网的监测雷电小时月平均分布规律，务川县天然气供气工程(以项目中心位置3 km半径)区域范围平均雷电小时为43 h。雷电活动主要发生在4—8月，月平均雷电小时＞6 h。

2.2.3 正负闪雷电流强度分布及极值

表1 2006—2010年务川县天然气供气工程最大正、负闪强度及平均闪电强度表(kA)

2.2.4 雷电活动日变化 以项目中心位置3 km半径，地域内地闪主要活跃在15－02时，97%的地闪都发生在这个时段，03－14时地闪相对较少，约3%的地闪发生在这个时段。

2.3 场地土壤电阻率的测量

本文中所用的土壤电阻率数值来源于2011年7月18日在务川县天然气供气工程项目所在位置处现场采集的数据，采集当日天气晴，土壤含水量较少。测量前3 d天气为阴天，取季节系数ψ=1.5。土壤层平均土壤电阻率为58.6Ω·m。

3 务川县天然气供气工程勘查概况

3.1 地理位置及参数

贵州务川县天然气供气工程位于务川自治县新城区。该地区场地为山地丘陵缓坡地貌，地势系以风化剥蚀与坡积形成为主，整个拟建场地比较平整，场地地形地貌条件简单。场地的北、东、西面均为旱地，场地地层按其成因自上而下分为素填土层、红粘土层和下伏基岩3部分。

3.2 项目建设内容

务川县天然气供气工程为新建LCNG场站工程，该场站是含有中压配气及CNG加气功能的场站。建设场地地形大致呈矩形，长约936 m，宽约750 m，占地面积约70.2 hm2，呈北东、南西向摆布。该项目建设建筑物主要包括办公大楼，加气棚罩，站房，气化器，LNG储气罐，BOG、EAG，水泵房等。

3.2.1 务川天然气供气站办公用房 该站房长21 m、宽8.4 m、高4.2 m，房顶安装有避雷带并可靠接地，工频接地电阻18Ω。

3.2.2 加气棚 该加气棚面积为400 m2，棚顶设计有避雷网格，通过四根柱子主体钢筋作了可靠接地，接地电阻为1.9Ω。

3.2.3 储气罐 储气罐区域占地720 m2，储气罐高16.2 m，储气罐壁厚6.0 mm(不＞4 mm时可不安装避雷针)，直接用储气罐体和装有阻火器的放散管作接闪器，并作了可靠接地，接地电阻为4Ω，装有阻火器的放散管对储气罐起到了屏蔽作用。

3.2.4 电源 电源进入项目区前终端杆处采用金属铠装电缆引下，埋地敷设至项目加气区总配电箱。项目区内所有室外电力线路均采用金属铠装电缆直接埋地的方式沿道路敷设，并安装了三级电涌SPD。

3.2.5 弱电设备 该项目最重要的弱电设备是设置在站房内的LCNG控制柜，控制柜主要功能是通过各种传感器对现场LNG运转的储罐、低温泵、柱塞泵、增压器以及售气机等设备的正常运转和对相关设备的运行参数进行监控，并在设备发生故障时自动报警并切断系统。同时，工艺设备的压力、温度、流量等参数经传感器送至控制柜。这些信号送至监控系统，显示工艺设备运行状态，确保系统的安全可靠运行。此装置已安装了限压型SPD。

4 项目区域风险计算

4.1 项目分区

根据项目区域内的建构筑物使用功能和位置分布情况，将项目分为以下几个防雷区域:储气区(Z1区)、加气区(加气棚)(Z2区)、办公区(办公楼、站房、配电房)(Z3区)。本报告仅 Z1区、Z2区、Z3区做风险评估。

表2 建筑物特性

表3 低压线路及其内部系统的数据和特性

表4 通讯线路及其内部系统的数据和特性

为了进行等电位连接，低压线路、通讯线路按照IEC62305－3的要求安装有SPD，前者有符合IEC62305－4要求的配合的SPD保护，后者没有。

储气区(Z1区)、加气区(Z2区)、办公区(Z3区)区域特征见表5～表7。

表5 区域Z1(储气区)的特性

表6 区域Z2(加气区)的特性

4.2 年预计雷击次数的计算

年预计雷击次数包括:建筑物的直击雷年预计雷击次数ND、雷击建筑物邻近区域的年预计雷击次数NM、入户设施直击雷年预计次数NL、雷击入户设施邻近区域的年预计雷击次数NI。其中入户设施包括:电源线、电话线等金属线管，年预计雷击次数见表8。

表8 危险事件的预期年均次数(次/a)

4.3 人身伤亡风险的计算

风险组成评估所需参数见表8，风险计算结果见表9。

表9 不同分区内风险R1的组成

5 结论

本文根据贵州省务川县天然气供气站所在地地勘资料、雷电监测数据和气象资料等数据，结合该天然气供气站的防雷设计方案，采用IEC 62305的评估方法分别对各区域进行了雷击风险计算，得出该供气站储气区(Z1区)风险值为7.76 E－08，加气区(Z2区)风险值为4.92 E－07，办公区(Z1区)风险值为9.17 E－08，各风险值均＜1.00 E－05，说明贵州省务川县天然气供气站的防雷设计比较经济、合理，符合要求。

随着社会的进步和科学的发展，雷电灾害风险评估越来越重要，同时也越来越复杂。在今后的工作中，人们还要对它不断的进行探索、研究和验证。

［1］杨仲江.雷电灾害风险评估与管理基础［M］.北京:气象出版社，2010.

［2］陈渭民.雷电学原理［M］.北京:气象出版社，2006.

［3］GB50343—2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2004.

［4］GB50028－2006.城镇燃气设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2006.