0 引言

大同中心地震台（下文简称大同台）位于大同市西北，距市区外围公路约3 km。台站位于大同盆地边缘2大地貌单元分界处，西北部为山区，山地中沟谷发育，切割较深；东南部为洪积—冲积倾斜平原。大同台地处阴山EW向复杂构造带南缘，大同盆地北界，地质构造复杂，有NE、NW向断裂在台站附近交汇，晚近期活动的口泉断裂（口泉断裂是山西断陷系大同盆地西侧边界断裂）在台站附近通过（王霞等，2015）。

目前，大同台负责管理仪器涉及测震、形变、地电、地磁、流体等观测手段。由于台站未做综合防雷改造，防雷措施存在问题较多，随着2017年中国地震局监测预报司对全国地震台站防雷应用的推广工作，山西省地震局根据本省本地区观测台站受雷电影响状况，开展防雷改造设计，以减轻雷害事故，提升台站观测数据连续性，保证台站正常运行。

1 雷电危害

我国年平均雷暴日25日，有的地区多达100余天，大部分地震台站受雷电危害影响，严重和比较严重的占1/4和1/3（付子忠等，2003）。大同台属多雷区，所处地区年平均雷暴日41.4天。由于部分仪器室未安装供电防雷器，易遭受雷击；台站仪器信号线未安装信号防雷器进行信号防护；仪器室布线混乱，强、弱电未分离，易造成电磁信号感应等问题。

雷电按危害方式主要有2种：直击雷、感应雷，对台站仪器造成损坏的多以感应雷的过电流、过电压为主（瞿旻等，2015）。大同上皇庄地震台2014—2016年遭受雷击损坏设备详见表 1，可见强大雷电流所带来的强大冲击效应和热效应，使电子元器件等设备受到严重破坏（黄锡定等，2007）。

2 台站综合防雷措施

大同台采取综合防雷改造，把整个台站作为防范区域，以防感应雷为主，完善交流配电的防雷级数，加强信号防雷措施，增设避雷接地布局和线路布线整理，以减少雷击电磁场和地反击所造成的雷害。采取区域防雷、电源进线防雷、通信传输线防雷、传感器引线防雷等技术，通过调查当地的地理、地质、气候、环境等条件和雷电活动规律，从台站实际出发，进行全面规划、综合防范。2017年5月20日—6月23日，根据《2017年度台站综合观测技术保障系统改造项目》（中震测函[2017]6号）的相关要求，大同台完成避雷地网改造、新铺设地网、雷电预警系统安装、配电线路铠装电缆埋地防雷改造、信号线路增加设备信号防雷器安装、线路整理等工作。

2.1 台站地网改造

由于台站山沟仪器室避雷地网和背景场地磁房的原有地埋式地网接地电阻均超过规范要求，参照中国地震局监测预报司《地震台站观测系统布线及防雷技术要求》的技术标准，需完善各自避雷接地网，设计方式为：在原有地网基础上，在山沟仪器室附近布设长12 m、宽5 m，面积为60 m²的综合（复合）接地网（图 1），并将新旧地网共同接地。在水平接地体上附加垂直接地模块，水平接地体采用镀铜圆钢；垂直接地体由9个400 mm×650 mm×60 mm的接地模块和12个镀铜接地棒组成；垂直接地模块间隔4 m，水平接地埋深0.8 m。背景场地磁房接地由于其观测特殊性，在水平接地体上附加垂直接地模块，水平接地体采用镀铜圆钢；垂直接地体采用500 mm×400 mm×60 mm非金属接地模块；按平放埋置方式施工，垂直接地模块间隔2.5 m，坑深600—800 mm，在坑间挖不低于30 cm的沟槽，以便连接焊接处，且焊接处采用搭接焊牢。对焊接点做防腐处理，添加长效降阻剂，有效降低接地电阻，并起到较好的防腐作用。

2.2 台站配电防雷

台站配电系统实施多级防雷措施：台站总配电室配MB25/4型三相B级电源防雷器1台，设接零排与接地排；台站机房、背景场地磁房和山沟仪器室均安装C级和D级2级供电防雷器。台站仪器由D级防雷插座供电，最大程度地确保防雷效果。

2.3 信号防雷

大同台通过对信号线路增加信号防雷器来进行信号防雷，涉及18套地震前兆观测设备（形变观测设备5套、流体观测设备4套、磁电观测设备6套、辅助观测设备3套）和3套测震仪器。将广州徕信公司生产的专用信号防雷器接入观测系统的地网，并串联入信号线路。信号防雷器均采用三级放电结构，外线（IN）进入的强大雷电流经强放电电路放电（10 kA/线）后，进入限压和钳位电路，使设备侧（OUT）的残压限制在其承受范围内（＜20—50 V），确保仪器设备安全。

3 防雷改造前后效能评估

在防雷改造设施试运行期间，雷电预警系统启动正常，供电避雷器均运行正常，部分供电避雷器记录到雷电信息，各专业设备运行正常，防雷器安装前后各仪器观测数据未受明显影响，观测数据运行率、连续率、完整率均符合相关规范要求。在改造完成的首个雷雨季试运行期间，大同台无雷击事件发生。

在实际应用中，除综合考虑防雷效果外，由于接入信号防雷器，还需检验并判断信号防雷器接入后对观测数据质量的影响。为此采取2种方法进行检验：①图形对比：观察接入前后至少2天的观测数据，查看曲线形态是否与前一天相同。如图 3所示，2017年5月23日—27日，TJ-Ⅱ体积式钻孔应变仪信号防雷器安装前后，体应变观测曲线无明显变化；②通过各学科质量评价指标变化，检查信号防雷器接入后引入的误差是否在观测精度范围内，若指标变化较大，说明安装防雷器引入了干扰。

（1）形变观测仪器。对于形变观测仪器，主要对防雷器安装前后钻孔体应变内精度、钻孔四分量自检内精度（表 2）等指标进行对比，查看观测数据精度是否满足国家学科中心月通报指标。选取信号防雷器安装前的2017年4月和5月的观测数据，安装后6月和7月的观测数据，对比分析TJ-Ⅱ内精度及YRY-4自检内精度变化，结果见表 2。由表 2中给出的防雷器安装前后4个月的观测数据质量月评指标，可知：钻孔体应变内精度在防雷器安装前后均小于0.02，符合学科规范要求；四分量钻孔应变仪自检内精度超出0.05的标准范围，但防雷器安装前后自检内精度变化不大，且防雷器安装后自检内精度变小。

（2）磁力仪。选取大同台GM4磁通门磁力仪（测点a、b）、OVERHAUSER磁力仪（测点c）与定襄台FHD质子矢量仪（测点1）、太原台GM4磁通门磁力仪（测点3）观测数据，对信号防雷器安装前后2个月的数据进行空间相关系数统计，结果见表 3。由表 3可见，防雷器安装前后观测数据相关性较好，相关系数均在0.95以上，未发生数据突变以及数据漂移。

（3）地电仪。地电仪通过对数据的均方差计算来看是否符合学科规范要求以及安装信号防雷器前后数据变化情况，通过国家学科月评提取精度指标可以看出，安装防雷器前后4个月，每月均值未发生大的波动，3测道K、σ、n均不大于0.3%，地电场仪通过计算各测道之间相关系数统计（表 4）可看出数据的相关性并未发生变化。

（4）水位仪、水温仪。对于水位仪、水温仪，计算防雷器安装前后2个月观测数据的潮汐因子、观测精度以及均方差、超标个数等指标，确定数据精度是否存在变化，结果见表 5。由表 5可见，水位仪在防雷器安装后观测精度＜0.02，潮汐因子＞1.00，与防雷器安装前较一致，均在学科规范要求的优秀数据质量范围内；水温仪观测数据在防雷器安装前后滤去趋势后的均方差（σ）未发生变化，且防雷器安装后超标个数减小，符合流体学科规范要求。

（5）测震仪。对于测震仪，计算防雷器安装前后脉冲标定结果、噪声RMS指标，结果见表 6。由表 6可见，防雷器安装后观测数据基本未发生波动，周期变化率在0.1%—0.2%，属正常变化范围，可判定测震仪未受到防雷器安装影响。

4 结束语

通过对各套仪器各项精度指标进行计算，信号防雷器安装前后，观测精度、相关性、超差个数等各项指标均正常，未有明显变化，符合各学科规范要求，可以判定各套仪器安装信号未对数据产生干扰。防雷设备经受住雷雨季节考验，雷击故障率对比往年同期明显下降，防雷改造取得初步成效。