1工程概述
1.1总体说明德清-嘉兴天然气长输管道工程，起点为浙江省湖州德清，与西气杭湖线德清二号分输阀室相接，终点为嘉兴市南郊分输站，与川气杭嘉线相连，横跨德清县、桐乡市、嘉兴市区三个区域，建有8座线路阀室及嘉兴接气站、梧桐站、南郊站3座站场。输气管道系统示意图如图1所示。1.2南郊站概况1.2.1总平面布置南郊站由工艺区、辅助用房和发配电间三大部分组成。工艺区设有接收站、预留LNG及CNG供应站区、预留加气母站区三部分，其中接收站位于场区西北部，预留LNG及CNG供应站区位于场区南部，预留加气母站区位于场区东北部，辅助用房和发配电间位于场区东侧。1.2.2工艺流程南郊站是嘉兴市川气与西气沟通的枢纽站以及城市调峰站的综合性站场。南郊站接收上游来气，天然气经过过滤后分三路，一路经计量后去预留加气母站;一路经计量、调压后去嘉兴中压管网;另一路经计量、调压后输送至大桥站，此外进站管道预留阀门与省分输站高压管线来气相接，嘉兴中压管网出站管道预留阀门与CNG和LNG站出站管道相接。南郊站工艺流程如图2所示。
2雷击环境分析
南郊站位于浙江省嘉兴市城区南郊，该处地势平坦，土壤湿润，土质良好。根据嘉兴市近30年的雷暴日及闪电资料显示［8］，三月到九月是全年雷电主要发生期，占全年雷电数的96%，七、八月份是雷电高峰期，占全年雷暴日的51%。南郊站除了辅助用房和发配电间两幢低矮建筑外，工艺区全是裸露的清管器接收筒、清管器发送筒、旋风分离器、卧式高效过滤器等金属设备。另外，场区围墙外有架空高压输电杆塔及高压输电线缆，这些都增加了南郊站遭受雷击的概率。
3南郊站雷击风险评估
3.1评估方法
GB/T21714.2—2008《雷电防护第2部分:风险管理》［9］适用于建筑物和服务设施的雷击风险评估，利用该技术方法，通过分析南郊站所在地的雷电活动规律及其灾害特征，并结合项目使用性质及其特性，对其可能遭受雷击的概率及雷击产生后果的严重程度进行分析计算，提出相应的雷电防护措施。
3.2雷电损害因果分析
雷电流是根本的损害源，根据雷击点的位置不同，即雷击建筑物(S1)、雷击建筑物附近(S2)、雷击服务设施(S3)、雷击服务设施附近(S4)，造成的基本损害类型有生物伤害(D1)、物理损害(D2)、电气和电子系统失效(D3)，不同类型的损害，无论是单一的或是多种类型的联合，都会使被保护对象产生不同的损失后果。根据被保护对象的特点、使用性质及其内存物品(系统)等特性，雷击可能出现的损失类型有人身伤亡损失(L1)、公众服务损失(L2)、文化遗产损失(L3)、经济损失(L4)，相应的风险有人身伤亡损失风险(Ｒ1)、公众服务损失风险(Ｒ2)、文化遗产损失风险(Ｒ3)、经济损失风险(Ｒ4)。不同损害类型产生的损失和风险如图3所示。
3.3评估简化处理
以南郊站工艺区、辅助用房和发配电间三个功能模块为基础，将站场做一简化处理:考虑工艺区与辅助用房和发配电间防火等级、使用性质等不同，且工艺区内设备布置较为密集，有效截收面积互相重叠。为此，将工艺区视为一整体单元进行评估，其高度取值以被保护高度为准，辅助用房和发配电间单独处理。
3.4针对Ｒ1评估参数选定
通过查阅资料和现场勘测得评估所需的基本参数如表1～表4所示。3.4.1建(构)筑物数据及特性南郊站工艺区内各设备高度0.5～3m不等，将工艺区简化处理后，长、宽取值以工艺区边界为准，高度按被保护高度计算，即:长Lb为37.00m，宽Wb为22.50m，高Hb为3.00m(表1)。根据初步设计，工艺区为第二类防雷构筑物，故PB=0.1(表1);辅助用房和发配电间均为第三类防雷建筑物，对应PB=0.2(表1)。3.4.2线路及其相连内部系统数据及特性南郊站电力电源由市政高压电网埋地引入发配电间，经带保护外壳干式变压器变压后至工艺区和辅助用房，线路穿钢管埋地敷设，但两端未进行接地处理，因此PLD=1、KS3=1(表2)。辅助用房和发配电间低压电源线路设置D级SPD进行防护，故PSPD=0.03(表2)，而工艺区未考虑，因此PSPD=1(表2)。南郊站通信线路、SCADA控制线路均采用光纤引入，在光纤转换器前端将金属加强筋和铠装层做可靠接地时，雷电流对其造成的损失率可忽略不计［10］。3.4.3区域划分及其特性对于单个建(构)筑物而言，考虑其特性，定义以下两个区域:Z1(建筑物内)和Z2(建筑物外)，Lt及Lf值取典型平均值。由于工艺区内各设备利用金属本体作为防雷引下线，辅助用房和发配电间均利用钢筋混凝土结构柱内主筋作为防雷引下线，故此缩减因子为1×10－2，另外站场内接地网格可以有效地降低跨步电压引起的危害，相应缩减因子为1×10－2，故PA=10－2×10－2=10－4(表3)。天然气输气管道及站场所属高压容器释放出的天然气可能带来以下危害:天然气若立即着火即产生燃烧热辐射，在危险距离内的人会受到热辐射伤害;天然气未立即着火可形成爆炸气体云团，遇火就会发生爆炸，在危险距离以内，人会受到冲击波的伤害，建筑物会受到损坏［11］。但由于天然气属清洁能源，燃烧后产生少量的水及二氧化碳，不会对环境造成严重污染，故工艺区特殊伤害hz取值为20(表4)。3.5计算及评估结论确定以上评估参数后，分别计算工艺区、辅助用房、发配电间及其引入线路(入户金属管道暂不考虑)的截收面积(表5)、预计年危险事件次数(表6)、各区风险分量值(表7)以及各区Ｒ1的风险分量组成(表8)。南郊站工艺区、辅助用房和发配电间现有防雷设施满足防护要求的前置条件为Ｒ1≤ＲT=10－5，否则应提供额外的防护措施。从评估结果可知:辅助用房和发配电间人身伤亡损失风险Ｒ1＜ＲT，现有的防雷措施能够起到有效的防护效果，不必增加额外防雷保护;工艺区人身伤亡损失风险Ｒ1＞ＲT，必须采取更高等级的防雷措施，以降低雷击造成的人身伤亡损失风险。从计算结果不难发现，工艺区的风险主要是损害成因S1及S3在区域Z2中造成的物理损害ＲB和ＲV所引起的。因此，应采取更高等级的防护措施:(1)完善工艺区防直击雷措施，使所有装置得到完全的直击雷防护，工艺区内金属管道、金属设备等所有金属构件进行完善的等电位连接。(2)将电力电缆金属保护管两端进行接地处理，入户设施上安装比LPSⅠ级性能高效的电涌保护器(SPD)。这样，PB降为0.001，PC=PU=PV=0.001。采取上述完善措施后，Ｒ1=9.969×10－6≤ＲT，低于风险容许值，是经济合理的，实现高效防雷的目的。
4结论
(1)雷击风险评估的关键是要选择一个合适的评估方法，对于结构复杂的评估对象，需要做一定的简化处理，使其能够适用于所选用的评估体系。(2)目前，我国雷击风险评估的技术标准还有待完善和更新。例如，GB/T21714.2—2008中，诸多评估参数取值多以经验为主，雷击金属管道等设施的损害概率P，x尚未给出，雷电流分流作用对评估结果的影响还有待继续研究。(3)通过评估案例可知，雷电直接击中站场工艺区和雷击相连服务设施产生的危险火花放电而触发火灾或爆炸是导致人身伤亡损失风险值超出风险容许值的主要原因。为此，应针对性地采取科学、合理、可靠的雷电防护措施，以达到保护人身安全的目的。
作者：田德宝 牛萍 单位：嘉兴市气象局