摘要：本文是作者学习和实践科学发展观的一些体会，其中的不少观点和理论整理自作者在不同刊物中发表过的文章或在各类会议上的发言。部分内容的深入阐述还将写进大百科相应条文中。本文的批评指责属于学术范畴，旨在提出看法，供大家思考。

　　引言
　　
　　在我国，防雷与接地属于电力工程高电压专业，其发展状况与国际上的主流技术一致。我国在1000kV特高压输电线路和±800kV直流特高压输电工程的研究和建设上处于世界领先地位（两个特高压变直流试验基地都分别创造了十多项世界第一），相应地，我们的防雷技术水平在许多方面也处在领先地位。但是，几十年来，围绕我国的建（构）筑物防雷标准（以下简称“GB”）却经历了许多的曲折，给国家经济和资源造成相当大的损失。
　　
　　本文是作在科学发展观的学习中，对防雷接地这一专业领域发展的回顾和反思，对现有建（构）筑物防雷标准中的不合理部分进行了讨论，对一些影响较大的常识性错误做了纠正。
　　
　　1现有GB中的谬误
　　
　　科学技术总是在学习、引进、吸收和创新的道路上不断进步，但GB多年来所走的道路却是“唯洋是尊”，忽视理论分析和中国国情，跟着欧美国家进进退退，导致许多谬误，给国家带来了损失。
　　
　　1.1双避雷针计算方法是一大谬误
　　
　　我国和俄（苏）、美、德、法、日等工业发达国家的电力系统几十年来均是按保护角法计算避雷针保护范围。上世纪30年代苏、美的试验均证明双针间保护范围是有效针高的8～9倍，中国及前苏联的标准中留裕度取为7倍。中国的运行试验证明按此设计的发电厂和变电所厂区内的防雷防护，按4200厂（所）年的统计，其失效率（即绕击率）为0.5%，平均1400年才发生一次事故，其平均无故障工作时间（MTBF）是线路侵入雷电波防护失效（避雷器失效）事故时间100～300年的4～10倍以上。电力部门机房自1949年以来使用保护角法已六十年，也未发现事故，估计与前述电力设备的直击雷防护具有同样可靠性。1983年版《建筑物防雷设计规范》（GB50057-83）原是与电力标准协调，同样采用保护角法计算，到1994年修订时，全国使用十余年尚未发生失效事故。事实上，至今也未见到事故实例。我们在北京、珠海、厦门的一些初步调查，只有北京、厦门各发生一次雷电击破房角事故（无大损坏、未伤人），经查是避雷带未按设计沿角边敷设，而是按弧状固定，因而角端失去保护。
　　
　　这充分证明我们参与制订1983年版建筑防雷标准时的大量事故调研结果，以及中科院电工所马宏达等进行模拟试验所证实的建筑物易击点和重点保护原则是正确的。但是，编制GB50057-1994时，并未对1983年标准使用情况作认真调研和征求意见，几乎全盘放弃，基本上照搬IEC/TC81。
　　
　　IEC/TC81中只有避雷针单针计算方法，双针滚球法没法计算。IEC/TC81只给出单针计算法表明他们懂得双针不该用通行画法，若滚左针时假定没有右针，滚右针时又假定不存在左针的引雷作用，这是常识错误。早在上世纪三四十年代，美、苏、日等国就进行大量试验，后来一直就用模拟试验结果定出多针保护范围。两避雷针间保护宽度大约为有效针高的9倍（针高不同略有小的差别），两避雷线间为有效高度的8倍［1］、［2］。1950年代以来，中、苏标准中均是两针有效高度的7倍，避雷线为有效高度的5倍。运行结果是：作者在参与制/修订防雷国家标准时调查统计22省市，统计有记录的4200厂（站）•年（相当于100个站运行42年），失效率0.5%。这与苏联模拟试验取0.1%的失效率和美国后期1%失效率（作者的朋友美国人C.L.Wagner的试验，由早期的0.1%改为1%）大体相符。上述统计失效率代表的42000针•年（相当于1000支针运行42年）的运行实绩。Wagner来函称刘继的论文是他所见研究得最深入、最详细的结果，已将作者的论文译成英文作为参考。而GB50057-94按单针法算双针，保护宽度为有效针高的2倍，这样将有效高度增加3.5倍。按高度平方关系增大引雷次数岂不是花钱买事故？
　　
　　2007作作者指导的北京地区110kV户内变电站，按电力标准DL/T620-1997规定，用保护角法计算采用40m高避雷针4支，费用7万元；如果按GB50057-94计算，则要加高到90m，或是采用50m高8支避雷针，费用增加2.5倍，达18万元，钢材则由7吨增加到18吨。若采用90m高方案，不仅造价更高，而且引来雷击次数按高度比的平方增大，即造成电磁干扰的次数为原方案的（90/40）2≈5倍。
　　
　　“避雷工程”一书的作者按照GB50057-94用滚球法计算避雷针高度，凡有棱角处就去“滚”。一些持有防雷资质证书，而无电力工程高电压专业学位的人，在一些防雷刊物上撰文，称滚球法是防雷的“绝对权威”，是“最科学的方法”，显然是有欠研究的。此外，严格说来滚球法也不适用于双避雷带。作者工作近六十年，尚未发现双避雷线线路绕击中间导线，可见是极稀有事故，而两边导线发生绕击是线路最常见事故（绕击率可达到20%～30%），对边导线的保护角只有15～20度左右，而对中导线多在60度左右。这再次表明，双针、双线不能按单针同样画图。在双针、多针间一“滚”就错，30m以上高度一“滚”就错，在屋顶避雷网上一“滚”就错，这些理论并不高深。IEC/TC81的滚球法，甚至把一位美国人也滚糊涂了。1990年一位美国学者在重要国际刊物上发表论文，用大量数学公式计算钢筋混凝土高楼层顶上10m×10m、8m×8m等避雷网的防护失效率，多数是在10-7、10-8的精度以上，而且即使雷没有打在带上而打在网格中间，其电流的传导及波过程、反击电压、雷击电势、磁感应效应等也都与打在带上毫无实际差别。至多在时间上相差十几个纳秒而已（如10m×10m网孔，相差17ns，可忽略不计），可惜我国有学者在2006年引述该文时，又用类似方法做了类似计算。
　　
　　1.2滚球法缺乏理论严密性，GB将其绝对化
　　
　　由于滚球法是一种便于非专业人员使用的简化方法，缺乏理论严密性，而GB50057-94又进一步将其绝对化，且又不明确说明超过球半径（如二类建筑物30m）即失效这一事实，只说了一句30m以上可能发生侧击，硬性规定以球径作为有无防护效果的介面。在此假定条件下，正确表述应是30m以上无直击雷防护功能。实际上，滚球法并无失效概率的概念，合乎逻辑的作法是30m以上应设置侧面避雷网。而若按我们的保护角理论，避雷带应看作是避雷线，这样，对30m以上仍有保护作用，只是高度越大，失效率越高。例如：对80m高建筑物，绕击率约为0.05%，而对400m超高层建筑，则为0.1%（按丘陵、山坡等恶劣情况计算）。可见虽有侧击危险，发生概率极小，所以世界各国都未专门设置侧面避雷网。
　　
　　按照滚球法，超过半径的避雷针，其上部即无保护作用。前苏联100m以上就视为无效，中国电力标准是120m以上认为无效。实际上，作者指导设计的西昌、酒泉、太原卫星发射场针高约130m，依然有效防护二三十年。粗略统计，折算到雷暴日40/年，已安全运行100场•年、300针•年，这是很好的指标，相对而言，我国一般民用标准是太过保守。
　　
　　我国电力部门曾调查到，1960年代，沈阳60m微波通信塔被雷击于顶部以下二三米处，这种事件，概率毕竟极低，几乎只能算是雷电新闻。我们正在调查北京、夏门、珠海的建筑物防雷运行情况，包括安装雷电记录仪的建筑，初步结论也与以上相符。而因避雷带在屋角处做成圆弧，未沿屋角敷设，将屋顶一角击坏的情况，则在北京、厦门已各调查到一处，这充分证明我们参与制订的1983年版建筑防雷标准时的大量事故调研结果，以及中科院电工所马宏达等进行模拟试验所证实的建筑物易击点和重点保护原则是正确的。可惜，1983年版标准及其调查结果和模拟试验成果现已被忽略。
　　
　　至于输电线路击距法的简易滚球法，是不能在线路上画圈的，原击距法只是研究未防护空间，用来评估设计方案屏蔽可靠性的。如果画圈则全世界100处的约200座大跨度高塔（中国有40座以上），都要在下面再设两根避雷线，上世纪六七十年代的大跨度防雷塔运行很可靠，主要故障是导线线尖等机械性故障。中国武汉长江大跨度塔高146.75m，测雷一年多，共击5次，多是击塔顶，少数是其附近避雷线，而未发生一次下导线绕击，若要画圈，就得补设下面两条避雷线。1958年至今的半个世纪的成功经验还不能说明问题？至于山谷，那要站在地面画圈，也要大量安装F面避雷线，而事实并不需要，岂不闹出笑话？
　　
　　1.3一般民用建筑没有套箱式的分层模式
　　
　　被称作新技术而广为传播的“导电位连接图”是我国电力标准和国际上“严禁”的作法，遭到我们的强烈反对。它将户外独立避雷针做为电力、通信进户线的固定点，直接连接到建筑物内的钢筋，再逐次连到“回字形”房间内部计算机室，使直击避雷针的最危险电压以最近的路径侵入户内，而且直达中心机房最重要、最脆弱的电子设备，多半会造成机毁人亡。如按电力标准执行，雷击户外避雷针，室内应平安无事。作者提出的以马尔科夫链为事故模型的全工况可靠性绝缘配合方法，只在1980年代初设计华北500kV电网，选择某电厂500kV变压器有调压分接头时以及考虑将来中性点可安装中性点小电抗时首先采用（分别为防止线路近区雷击侵入波与分接头电感谐振引起静电）。而今，马尔科夫事故模型（数学公式略）竟然在民用建筑防雷也要应用，实是所料未及（直击避雷针，几十万高压侵入户内“回字形”各层造成事故，而中心重要电子设备的损坏又可导致其他事故）。
　　
　　GB50057-94及2000年版和一些行业刊物上大量“回字形”或多层“中国套箱式”室内防雷分区图，将各层房间像多层气球一样孤立起来。事实上，各层连接的模型中，因有钢筋，各区都有电气连接，而一般民用建筑从来就没有前述套箱式的分层模式（作者为二炮和海军航空兵司令部的一个保密计算机室，为了防止电磁信息泄密才将该机房用沥青层与大楼钢筋绝缘）。上述违反理论实际的错误必须及早通报作废，以免造成事故。
　　
　　1.4GB错误地将室内SPD电流平均分配
　　
　　GB50057-94中，计算室内SPD的电流，将引出的架空线、电缆线、金属管道相加，例如为M，则SPD通过电流为200kA/M。试问：架空线与电缆线的波阻抗（或电感）相差约十倍，管道的电感也远低于架空线，怎么能平分电流？此计算实属初级错误
　　
　　计算多个用户SPD间的电流分配，也是IEC/TC81的一大错误。最重要之处是200kA强电流击于某站时，无论是架空线还是电缆线，其对地绝缘分别在60kV和6kV左右而必然会对地击穿，使电流大量入地，而不会将被击站与相距几百米的几个站分摊。雷击站接地冲击电阻假定为1～2Ω，雷击电压U=200×（1～2）=200～400kV，还能不把附近线路对地击穿泄流？2006年成都国际防雷论坛上，作者引用1999年国际大电网会议（CIGRE）制定的《发电厂、变电所电流兼容导则》（中国电科院2000年中译本）的计算结果，对电缆出线站，雷击站内，电缆向外散流，其第一阶段电位分布是电流较小时，电流散向远方；而第二阶段，电流增大到电缆对其击穿，又划出第二阶段的电位分布，其电压大部分由此入地。这再次证明作者以往撰文指出此类问题是正确的。
　　
　　1.5GB（2006年版）有可能导致一类易燃易爆建筑物引起爆炸事故
　　
　　2006年GB50057修订稿规定，对一类建筑物，地埋进户电缆段长度按一个公式计算，而该公式是为了有效利用水平接地体，末端电压低到一定程度散流作用小了，不如缩短长度，另设较短水平接地并联在一起。这类公式有许多个互有出入，它不是为此目的导出。按该式一算可知，对电阻率不高处，一般算出值在15m以下，等于没有增加长度。这草案是一大错误。前苏联、俄罗斯自1980年代以来，两个标准版本都是50m和100m［3］、。故GB及2006修订案都有可能导致一类易燃易爆建筑物大爆炸，必须立即发通报改正。
　　
　　1.6GB的SPD三级保护规定不符合绝缘配合原理
　　
　　GB的SPD三级保护规定不符合绝缘配合原理，既未考虑伏秒配合，也未考虑伏安配合，更未算出SPD保护距离。以小于8×8m房间为例，为何需要三级？有人计算保护距离可达10m左右，上述情况进口端一级，电源末端一级即可，此条必须修改。
　　
　　1.7GB不规定适用范围造成误导
　　
　　GB50057-94最严重的错误之一是不规定适用范围。GB/J57-83中第一条就明确，该标准适用于一般民用建筑，2006年修订版中应恢复这一条。由于无适用范围，容易因“国标”高于行业标准的常识性认识造成误导。例如，电力标准中，66kV输电线路为国标（GB），而110～750kV输电线路为行标（DL），后者显然远比前者规模大，重要性也大，但却使用行标。平常误以为建标是国标，别的行业标准与它不同好像就不成，这完全是错误的。事实是早已造成极严重后果。例如：
　　
　　1.7.1厦门一卫星监测站属重要军事设施，本世纪初，雷击烧毁了机房内几乎全部电子设备，抢修一周才恢复。作者应邀前往分析事故，指出最大错误是按建标设计，户外避雷针距墙仅3m，而电力标准是一般不小于5m。对66kV及以下的电力设备，还应增大距离，以防止雷电感应电压击毁设备，损毁的雷达信号线也是按距离避雷针3m布线造成的后果。
　　
　　1.7.2厦门跨海大桥的交通、通信、电力、监控设施复杂，设有主控室。2000年进行防雷设计时引用建标，规定SPD用10/350μs试验标准，采用德国某厂产品。作者在专家评审会上指出该间隙型产品放电时间100ns以上，而其前后SPD系氧化锌保护，20ns左右动作，违反绝缘配合中的伏秒配合原则，它不可能动作，反而是受前级SPD的保护。另外，它动作电压约1500V，前后SPD则均压在600V以下动作，由此也是受到前级保护，而非协调保护其它设备。作者还提出，按此布线方式进行试验，如果它们动作了，我出试验费；如果它不动作，应代之以其他型号产品，厂家还应支付数万元试验费。会上，邱传睿研究员还介绍他曾遇到的一次事故分析：相邻SPD都烧毁了，而拆开检查，也未见间隙型SPD有任何放电痕迹。最后厂家同意拆除其间隙型SPD。
　　
　　1.7.3有人宣传GB高于行标，又无适用的说明，海军某短波电台应该参照电信部门标准，却引用了GB的一个错误的等电位连接图：用一块等电位板放在机房内一处二楼房间内，而将机房内的机壳线接地、SPD接地，以及三楼顶的避雷针接地引下线从户外经5m左右引入线连接于等电位板（此板长1m多）。试想，避雷针若接闪，百万伏高压引入室内，通过各类电源线、信号线传导，设备和人员岂能幸免？而多年来，各行业都是在机房内沿墙四周设置闭合式接地母线，并尽可能与管道连接，从四角到室外地，这样做才能保护室内人员、机器的安全。作者按上述做法改进，又给军方讲课，确保了20多年来的防雷安全。ICE/TC81及其盲目引入者，在刊物上广泛宣传连于短板一点的等电位示意图，难免不引起人员伤亡、设备损坏或火灾爆炸（一、二类建筑物），应予以纠正。
　　
　　1.8GB规定接地电阻每年测一次不合理
　　
　　中国电力部门、前苏联和俄国电力部门规定，发电厂、变电所、输电线路杆塔、城市配电室的接地装置（网）的接地电阻测量周期是每5年一次，而GB却规定每年一次。本文作者多次在会议发言以及文章中指出应予以修改［4］［5］［6］，但却无人采纳。这会不会是经济利益驱动？
　　
　　1.9现代建筑无需另设避雷针/带
　　
　　现代多层、高层建筑均是钢筋混凝土结构，世界大多数国家（包括作者曾访问的东欧、前苏联和缅甸等十国）都未广泛在屋顶专门设置避雷带，这与前苏联和我国上万座钢筋混凝土结构发电厂厂房按规定不设直击雷防护（我国现行标准DL/T620-1997仍如此）而运行非常安全的事实是一致的。上世纪六七十年代，美、日的建筑物防雷文献分析大量事故后认为，钢构建筑最安全，其次是钢筋混凝土结构。我们多年来强调现代建筑物（钢构或钢筋混凝土结构）对雷电有“自保护功能”，不必再另设防雷装置，但一直不被我国建筑物标准所采纳。其唯一理由是：雷击屋顶边缘，打下混凝土块会打伤下面的人员。如果真是这个理由，规定只沿屋顶四周敷设避雷带即可，何必要对二、三、四类建筑物规定8m×8m、10m×10m等网格的避雷网？实际只对一类、二类中易然易爆类建筑物屋顶设置避雷装置岂不简单？当然，如按前述各国以及发电厂厂房的做法，则至多沿四周设避雷带，哪还有多少防雷工程可做？
　　
　　2IEC/TC81文件中的错误
　　
　　2.1解耦距离10m是个大错误
　　
　　外国间隙型SPD，为防止后面一级MOV先动作（因为20ns左右）而它不能动作（它要100ns以上)，而规定各级间有10m的导线距离，否则要装电感线圈解耦。关于它是否达到目的，并未能证明。10/350μs试验波形是依据几十年前雷电流测量结果中小电流（几个千安）的波形，将其用到数十千安以上大电流是缺乏依据的，而且它是直击雷放电电流而非多网孔电路中经过波的入地和多节点折反射中一个分支中的SPD电流，这些错误都不该发生，GB中对非间隙型SPD也要求10m解耦距离，是理论上的大错。因为SPD间距离变小，则保护更为可靠。上世纪50年代，瑞典为降低400kV设备绝缘水平而将两台避雷器并在一起使用，使残压降低10%左右，其距离为0。上世纪七八十年代，有一种新型高压避雷器，通流能量成几倍增大，就是多避雷器并联，称“多柱避雷器”。相比之下，对非间隙型SPD间也要求有10m解耦距离，有故弄玄虚之嫌，必须撤销此条。
　　
　　2.2测大型钢筋建筑物对雷击电磁屏蔽效果的测量装置接线方式错误
　　
　　IEC/TC81曾给出一个测量大型钢筋建筑物对雷击电磁屏蔽效果的测量装置接线方式，通过户内测量信号得出雷击工况屏蔽效果，该图是错误的（如图3）。原拟测的屏蔽效果是指雷击附近避雷针的情况，而将三角天线的顶部与建筑物顶部钢筋连接，这已不是附近雷击工况雷电波的屏蔽，而是雷击房顶工况了，与击于建筑物旁避雷针的雷电波屏蔽完全不同。作者改成图4的接线才能大体模拟雷击避雷针时的情况。作者与胡昌信合作制作的5kV/1000A脉冲波发生器2001年已在珠海电力局测量了110kV变电站、220kV变电站和高山微波站等几种不同钢筋布置疏密情况，结果与用IEC/TC81的计算公式计算结果相符［7］。2003年，又与中科院空间应用研究中心在该中心类似一层大机房的建筑物进行了成功的测量。2004年夏季，清华大学为研究生实习所作测量试验成功应用了北京市东辰科学技术研究所自行研制的测量装置（该仪器及测量方法曾应邀在北京气象局介绍，并被列入防雷检测标准中）。
　　
　　IEC/TC81的图中，还有另一个错误，就是它好像是雷击房顶的试验，但这已不能作为TC81的屏蔽系数，而其屏蔽作用实际是测量其对降低反击电压以及刘继提出的反击系数（后者已列入《水电站接地设计导则》（1999年版））。而后一个试验，应用如此简单的接线和很低电压、电流是不能得出实际应用研究结果的。作者1974年进行的花木桥水电站的几十万伏电压试验，在厂房不同位置放电，电流源的引线长度达百米以上，才能近似于雷击厂房的实际［8］。可见TC81也对此完全不懂。事实上，这种大规模的试验，水电部门曾在多个电站进行不同目的的雷击厂房试验，都会认为IEC/TC81的接线图（包括只有30m长的电源线、天线）只不过是一个笑话。1979～1981年，作者参与指导的邮电、电力部门联合进行的长沙邮电大楼的5kA强电流也是如此（水利电力部武汉水利电力学院解广润、陈慈萱参与方案讨论，主要测试人员有武汉高压研究所林华咨、长沙水电勘测设计院曾永林、湖南邮电管理局梅海日等，刘继为现场测试指导）。
　　
　　责任编辑：Kelly