地震台站防雷效能评估标准设计

李光科; 巩浩波; 陈敏; 张巡; 张锐; 戴应洪

doi:10.3969/j.issn.2096-7780.2021.10.002

地震台站防雷效能评估标准设计

doi: 10.3969/j.issn.2096-7780.2021.10.002

李光科^{1, 2, ,},
巩浩波¹,
陈敏¹,
张巡¹,
张锐¹,
戴应洪¹

1.
重庆市地震局，重庆 401147
2.
中国科学技术大学地球与空间科学学院，合肥 230026

基金项目: 地震科技星火计划项目（XH20047Y），中国地震局监测、预测、科研三结合课题(3JH-201901047)和重庆市地震局科技创新团队联合资助。

详细信息

通讯作者:
李光科（1984-），男，高级工程师，主要从事地震监测技术研究。E-mail：77938722@qq.com

中图分类号: P315
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出版历程
- 收稿日期: 2021-08-14
- 修回日期: 2021-09-16
- 网络出版日期: 2021-11-10

Design of evaluation standard for lightning protection effectiveness of seismic station

1.
Chongqing Earthquake Agency, Chongqing 401147, China
2.
School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

摘要

摘要: 本文根据重庆市地震局综合防雷改造项目的实践经验，设计适用于地震台站的防雷效能评估标准。该标准收集了重庆市21个防雷改造台站的基础资料，并对改造前后台站的观测系统运行状态、防雷关键参数、雷击情况、运维记录等数据进行分析。通过不断优化评估模型，最终利用约束条件最小二乘法获得了一套较为准确的评估公式，以正确评价台站的防雷效果与成效。该标准是对地震行业标准《DB/T 68-2017：地震台站综合防雷》在重庆地区的落实和执行，同时也是地震标准化、信息化在台站防雷方面的一次探索和尝试。标准的制定和实施还可为同类省级地震台网的防雷工作提供一套可参考的操作标准和应用实例。
- 地震台站 /
- 防雷 /
- 效能评估 /
- 标准设计 /
- 约束条件最小二乘法
Abstract: This paper designs the lightning protection efficiency evaluation standard for seismic station based on the practical experience of the comprehensive lightning protection reconstruction project in Chongqing Earthquake Agency. The standard collected basic data from 21 lightning protection reconstruction stations in Chongqing, and analyzed data such as running state of observation system, key parameters of lightning protection, lightning strike situation, maintenance records before and after the reconstruction. Through continuous optimization of the evaluation model, we finally obtained a more accurate evaluation formula using the constrained linear least-squares method, so as to evaluate the lightning protection effect and effectiveness of seismic station correctly. This standard is the implementation and perform of seismic industry standard “DB/T68-2017: Integrated Lightning Protection of Seismic Stations” in Chongqing area, and it is also an exploration and attempt of seismic standardization and informational in lightning protection of seismic stations. The establishment and implementation of the standards can also provide a set of operational standards and application examples for the lightning protection works in similar provincial seismic network.
- seismic stations /
- lightning protection /
- effectiveness evaluation /
- standard design /
- constrained linear least-squares method

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图 1 台站防雷效能评估体系架构

Figure 1. Lightning protection effectiveness evaluation system of seismic station

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图 2 台站防雷基础能力评分频数直方图和Q-Q图

Figure 2. Frequent histogram and Q−Q plot of lightning protection basic ability score for seismic station

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图 3 重庆市雷电灾害风险区划图

Figure 3. Lightning hazard risk zoning map of Chongqing

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图 4 评估公式参数拟合

Figure 4. Parameter fitting of evaluation formula

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图 5 2018—2019年防雷效能评估结果

Figure 5. Lightning protection effectiveness evaluation results for 2018—2019

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表 1 台站防雷基础能力评分表

Table 1. Rating sheet of lightning protection basic ability for seismic station

序号	评分项目及子项得分		子项标准	评分标准	得分
1	接闪器（8分）	材料与型号（2分）	接闪带材料、结构和最小截面应符合《GB50057-2010建筑物防雷设计规范》	符合规范	2
				部分符合规范	1
				完全不符合规范	0
		铺设（2分）	接闪带应平正顺直，无急弯，固定牢固	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
		固定支架（2分）	接闪带固定支架高度不宜＜150 mm，需间距均匀	符合标准	2
				部分符合标准	1
				无固定支架	0
		连接（2分）	接闪带与引下线必须采用焊接连接	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
2	引下线（8分）	材料与型号（2分）	引下线应采用直径≥8 mm的镀锌圆钢或横截面积≥75 mm²的镀锌扁钢	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
		数量（2分）	数量不少于两条	符合标准	2
				数量少于两条	1
				无引下线	0
		铺设（2分）	引下线均匀或对称铺设在观测房建筑物四周，间隔≤18 m	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
		连接（2分）	接地装置应焊接牢固，所有焊接处均应做防锈处理	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
3	接地网（12分）	接地电阻（3分）	地网接地电阻值≤4 Ω	符合标准	3
				4 Ω＜电阻值≤10 Ω	1.5
				接地电阻值＞10 Ω	0
		铺设（3分）	接地网应以建筑物基础地为主，采用共用接地方式	符合标准	3
				部分符合标准	1.5
				完全不符合标准	0
		结构（3分）	无人值守的地震台（站）（含单点的流体台站和测震台站），接地宜采用法拉第笼结构	符合标准	3
				部分符合标准	1.5
				完全不符合标准	0
		连接（3分）	不同建筑物之间的地网，距离在20 m 以内的应相互连接，距离在20 m（含）以上的不必相互连接	符合标准	3
				部分符合标准	1.5
				完全不符合标准	0
4	台站配电系统防护（10分）	防护设计（3分）	应采用总配电处-分配电处-稳压电源或不间断电源（UPS）前端-地震观测设备前端的分级防护设计	设计符合标准	3
				设计部分符合标准	1.5
				未采用分级防护设计	0
		有人/无人值守台站分级防护设计（4分）	有人值守台站防雷分级防护设计应不少于4级，无人值守台站不少于3级，且标称放电电流应满足要求	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
		接地（3分）	各类防雷设备的地线应就近接到接地排	符合标准	3
				部分符合标准	1.5
				完全不符合标准	0
5	交流配电线路（10分）	材料与型号（2.5分）	线路应采用铠装电缆，芯线截面面积 ≥10 mm²	符合标准	2.5
				部分符合标准	1
				未采用铠装电缆	0
		铺设（2.5分）	交流配电线路应用铠装电缆埋地铺设后引入台站总配电室	符合标准	2.5
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
		埋地（2.5分）	铠装电缆埋地长度≥15 m，埋地深度 ≥0.7 m，农田里埋地深度≥1 m	符合标准	2.5
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
		接地（2.5分）	铠装电缆金属层两端均应接地	符合标准	2.5
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0
6	台站布线（18分）	材料与型号（4分）	仪器设备的测量线、传输线宜采用屏蔽电缆；室外铺设与观测房之间的通信线路应采用光缆；观测房内长度超过10 m的通信线路宜采用光缆	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
		强弱电分离（4分）	强电线（电源线等）应与弱电线（信号线与通信线等）分开铺设，在室外平行距离≥1 m，在室内平行距离≥0.5 m	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
		铺设（6分）	进出观测房的各种线缆宜嵌入金属或PVC、PPR等线槽并埋地室内的通信线路距离外墙≥1 m 线缆转弯铺设时弯角应大于90°，弯曲半径应大于线缆直径的10倍室内所有通信线路应按照仪器设备分别分组绑扎固定，绑扎间距均匀合理、线扣整齐、松紧适度，绑扎线头宜隐藏不外露	符合标准	6
				部分符合标准	3
				完全不符合标准	0
		接地（4分）	屏蔽电缆的屏蔽层两端应接地金属线槽应接地	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
7	设备设施屏蔽与等电位（10分）	连接（5分）	仪器设备的金属外壳应与室内接地排应可靠连接，其接线截面面积≥6 mm²，并使用线耳连接	符合标准	5
				部分符合标准	2.5
				完全不符合标准	0
		仪器布设（5分）	仪器设备应集中在标准金属机柜内，并摆放在室内中央位置，距外墙及建筑物立柱≥1 m	符合标准	5
				部分符合标准	2.5
				完全不符合标准	0
8	设施设备引雷特性（3分）	引雷特性（3分）	台站是否配备钻孔、埋地等类型的易引雷仪器或设施	未配备	3
8	设施设备引雷特性（3分）	引雷特性（3分）	台站是否配备钻孔、埋地等类型的易引雷仪器或设施	配备	0
9	信号防雷（12分）	信号防雷器（4分）	对于有外部电气连接的地震观测设备，根据设备主机与传感器分布、不同建筑物结构、信号线长度，应在相应位置安装信号防雷器，其接口与连接的地震观测设备的接口完全一致	符合标准	4
				部分符合标准	2
				无信号防雷器	0
		信号防雷保护（4分）	信号防雷器应具备线对线之间的横向保护及线对地之间的纵向保护功能，且地震观测设备到其传感器的全部线路，均应受到信号防雷保护	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
		接地（4分）	信号防雷器的地线应就近接到地网地排，接地线截面面积≥6 mm²，并使用线耳连接	符合标准	4
				部分符合标准	2
				完全不符合标准	0
10	雷电预警（7分）	雷电预警器（4分）	雷电预警器应安装在台站交流配电UPS输入端，控制地震仪器设备的交流供电	符合标准	4
				部分符合标准	2
				无雷电预警器	0
		雷电预警传感器（3分）	雷电预警器的传感器固定安装在观测室房顶最高处，可视张角应≥120°，可视半径范围应≥100 m	符合标准	3
				部分符合标准	1.5
				完全不符合标准	0
11	其他防雷事项（2分）	标准和技术指标（2分）	台站其他防雷事项应符合行业标准《DB/T 68-2017：地震台站综合防雷》及相应的国家标准	符合标准	2
				部分符合标准	1
				完全不符合标准	0

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表 2 评估公式的参数反演结果

Table 2. The parameter inversion results of evaluation formula

基础信息 a	设施设备年限 b	雷害概率 c	最新巡检得分 d
0.15	0.1	0.1	0.65

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