淺談某無線電監(jiān)測(cè)站雷電防護(hù)及監(jiān)測(cè)預(yù)警建設(shè)

季芬琴　陳霞芳　蔡河章

摘 要：無線電監(jiān)測(cè)站具有相對(duì)位置突出、雷擊環(huán)境較為惡劣的現(xiàn)狀，為了加強(qiáng)對(duì)無線電監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線及天線塔配套設(shè)施的防護(hù)，采用“被動(dòng)防雷接閃”與“主動(dòng)雷電預(yù)警”相結(jié)合，硬件防雷裝置與軟件雷電預(yù)報(bào)預(yù)警相配套，當(dāng)雷電臨近測(cè)向天線及天線塔配套設(shè)施時(shí)，提前預(yù)警，并發(fā)出警報(bào)，通知監(jiān)測(cè)站監(jiān)控中心采取人工預(yù)防措施，提前做好應(yīng)對(duì)措施，可以大大減少無線電監(jiān)測(cè)站的雷電安全隱患。

關(guān)鍵詞：無線電監(jiān)測(cè)站；雷電防護(hù)；監(jiān)測(cè)預(yù)警

1 雷電危害

雷電災(zāi)害是世界上嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，雷電雖然對(duì)維持地球的電磁環(huán)境和氮氧化合物合成發(fā)揮著重要作用，但它也同時(shí)嚴(yán)重地威脅著人類生命安全，[1]雷電引起的災(zāi)害呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，已成為威脅人類社會(huì)安全最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。近年來隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，由于雷電引起的自然災(zāi)害呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，且電子系統(tǒng)具有低電壓和低功耗等特點(diǎn)，導(dǎo)致雷電災(zāi)害對(duì)建筑物、各種電子設(shè)備、機(jī)房天線發(fā)射系統(tǒng)、人員安全等造成的事故越來越多，損失越來越大。

在雷電的危害方面，直擊雷和雷擊電磁脈沖（LEMP）的侵害渠道是不同的，因此，其防護(hù)措施也不相同。但兩者關(guān)系密不可分且相輔相成。傳統(tǒng)直擊雷防護(hù)措施主要是采用接閃桿、接閃帶（網(wǎng)）等傳統(tǒng)防雷裝置，這些直擊雷防護(hù)裝置只能對(duì)直擊雷起到有效的防御作用，對(duì)通過電源線、信號(hào)線、天饋線和室內(nèi)管道等入侵的閃電電涌則起不到防御作用。這就對(duì)雷電防護(hù)的設(shè)計(jì)、施工提出了更高的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將防雷工程作為一個(gè)系統(tǒng)工程來定義，不僅包括直擊雷的防護(hù)，還包括等電位連接措施、屏蔽措施、綜合布線、安裝電涌保護(hù)器（SPD）、完善合理的接地等組成。

2 無線電監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)勘察實(shí)況：

⑴無線電監(jiān)測(cè)站位于高山上，所處地勢(shì)較高，土壤電阻率較高，主要由測(cè)向天線塔和機(jī)房大樓等設(shè)施組成。由移動(dòng)公司建設(shè)的測(cè)向天線塔高約30米，距離機(jī)房大樓水平距離約10米，天線塔基礎(chǔ)與機(jī)房大樓高度差約4米。

⑵信號(hào)饋線為同軸屏蔽線，從鐵塔扶梯固定引下，進(jìn)入機(jī)房，通過專用的信號(hào)電涌保護(hù)器（SPD）與設(shè)備連通；機(jī)房所在大樓電源系統(tǒng)采用三相五線制，總配電房位于一樓，電源線從大樓附近的電線桿直接埋地引入，二樓機(jī)房的電源線路從一樓總配電房引入；測(cè)向天線鐵塔頂測(cè)向天線電源供電由機(jī)房專用220V電源經(jīng)走線橋架引至天線鐵塔，再通過天線塔上的直流電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為48V的直流電供應(yīng)。

3 存在雷電災(zāi)害安全隱患

無線電監(jiān)測(cè)站機(jī)房及相應(yīng)建筑物、設(shè)備等，雖然有配置一些舊的防雷安全措施，但與現(xiàn)行的國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、當(dāng)?shù)貙?shí)際雷擊環(huán)境和設(shè)備的要求有較大的差距，存在較大雷擊安全隱患。

3.1 塔頂天線饋線系統(tǒng)

⑴天線塔頂部的測(cè)向天線上立有一根1米高的接閃短桿，按滾球法計(jì)算不能夠有效保護(hù)該測(cè)向天線。

⑵接閃桿引下線與天線距離不到50cm，接閃桿接閃引下時(shí)易對(duì)天線系統(tǒng)造成閃電電涌侵入損壞相應(yīng)設(shè)備。

⑶通長天饋線路均未進(jìn)行屏蔽處理，易感應(yīng)雷電流造成設(shè)備損壞。

⑷鐵塔四個(gè)基礎(chǔ)中只有二處有接地并焊接至地網(wǎng)。

3.2 機(jī)房供電系統(tǒng)

⑴一層總配電室的配電箱處未安裝Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器（SPD）保護(hù)，存在閃電電涌侵入的安全隱患。

⑵二層機(jī)房分配電處安裝的Ⅱ級(jí)試驗(yàn)電源電涌保護(hù)器（SPD）選型不符合相關(guān)規(guī)范要求，防范效果較差，且布線較凌亂。

3.3 機(jī)房綜合等電位處理等

⑴未設(shè)置機(jī)房設(shè)備專用接地匯流排，而是采用室外走線橋架引入的接地排；

⑵設(shè)備金屬外殼未進(jìn)行有效接地，大部份懸空；

⑶進(jìn)入機(jī)房的光纖金屬加強(qiáng)芯或金屬外殼等未在入戶處作等電位連接，機(jī)房內(nèi)機(jī)柜、設(shè)備機(jī)殼、走線架等未作等電位連接，無法達(dá)到及時(shí)泄流的要求；

⑷監(jiān)控安防系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施達(dá)不到安全規(guī)范要求。

4 雷電防護(hù)措施

為了加強(qiáng)對(duì)無線電監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線及天線塔配套設(shè)施的防護(hù)，采用“被動(dòng)防雷接閃”與“主動(dòng)雷電預(yù)警”相結(jié)合，硬件防雷設(shè)施與軟件雷電預(yù)報(bào)預(yù)警相配套，當(dāng)雷電臨近測(cè)向天線及天線塔配套設(shè)施時(shí)，提前預(yù)警，并發(fā)出警報(bào)，通知監(jiān)測(cè)站監(jiān)控中心采取人工預(yù)防措施，可以大大減輕無線電監(jiān)測(cè)站的雷電安全隱患。

⑴查閱相關(guān)氣象、雷電資料，無線電監(jiān)測(cè)站所在地區(qū)累計(jì)年平均雷暴日數(shù)大于49天，屬于高雷區(qū)。根據(jù)無線電監(jiān)測(cè)站所在位置環(huán)境條件、雷電活動(dòng)規(guī)律以及建筑物內(nèi)設(shè)備的重要性和使用性質(zhì)，按國標(biāo)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，無線電監(jiān)測(cè)站可劃分為第二類防雷建筑物。

⑵為了加強(qiáng)對(duì)機(jī)房及天線接收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等弱電電子設(shè)備采取有效實(shí)用的防雷保護(hù)措施，保障天線信號(hào)接收系統(tǒng)的安全運(yùn)行，減小雷電感應(yīng)對(duì)電子系統(tǒng)設(shè)備的影響，采取綜合防雷安全措施，根據(jù)環(huán)境因素、雷電活動(dòng)規(guī)律、設(shè)備所在雷電防護(hù)區(qū)和系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的抗擾度、雷擊事故受損程度以及系統(tǒng)設(shè)備的重要性，采取相應(yīng)的雷電防護(hù)，防止或減少雷擊所發(fā)生的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、全面加強(qiáng)防護(hù)。

5 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

在對(duì)無線電監(jiān)測(cè)站綜合防雷裝置進(jìn)行全面整改，在各防雷裝置整改并經(jīng)檢測(cè)合格后，結(jié)合監(jiān)測(cè)站的工作原理及特性，為減少雷電災(zāi)害事故的產(chǎn)生，建設(shè)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)式防雷，最大限度保障設(shè)備的運(yùn)行安全。

5.1 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警概述

雷電預(yù)警是近幾年為了全方位實(shí)施雷電安全防護(hù)而研究開發(fā)的雷電防護(hù)新舉措，得到各國雷電研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。IEC（國際電工委員會(huì)）雷電分會(huì)（T81）2009年3月在意大利的舉行的年會(huì)上，開始關(guān)注雷電預(yù)警理論研究，并成立專門的分會(huì)負(fù)責(zé)，近幾年取得較快的發(fā)展。

5.2 建設(shè)雷電預(yù)警的必要性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和無線電監(jiān)測(cè)工作的特殊性，我們認(rèn)為建立主動(dòng)雷電預(yù)警預(yù)報(bào)及電源自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常必要的。其主要依據(jù)有：

⑴現(xiàn)場(chǎng)雷擊環(huán)境惡劣。無線電監(jiān)測(cè)站具有相對(duì)位置突出、雷暴日數(shù)多、雷擊環(huán)境較為惡劣的現(xiàn)狀，加上無線電監(jiān)測(cè)工作的特殊性，要全面達(dá)到不遭受任何雷電的襲擊，不管從技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上均不可能達(dá)到。

⑵雷電被動(dòng)防護(hù)技術(shù)的局限性。雷電是一門綜合性的科學(xué)，它的產(chǎn)生、發(fā)展、移動(dòng)、消亡具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，也是國際上研究的重點(diǎn)學(xué)科內(nèi)容之一，按目前現(xiàn)行國際IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國國家防雷安全規(guī)范要求設(shè)計(jì)的防雷裝置，不可能百分之百保護(hù)建筑物或設(shè)備不遭受雷擊，只能盡量減少或避免雷電災(zāi)害事故的發(fā)生。

⑶雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概率較大。根據(jù)無線電監(jiān)測(cè)站的地理位置，查閱歷史上落雷密度和雷暴日數(shù)情況，過去7年間該區(qū)域大部分落雷密度大，而且當(dāng)雷電流小于10.5KA時(shí)，按第二類滾球法保護(hù)，但是雷電繞擊概率也較大，說明按第二類防雷建筑物防雷保護(hù)措施設(shè)計(jì)仍然存在一定的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

因此，無線電監(jiān)測(cè)站應(yīng)該采用“主動(dòng)防雷設(shè)計(jì)”與“被動(dòng)雷電預(yù)警”相結(jié)合，在做好現(xiàn)有場(chǎng)所的雷電安全防護(hù)被動(dòng)防雷的同時(shí)，應(yīng)采用主動(dòng)雷電防護(hù)預(yù)警技術(shù)，當(dāng)雷電臨近監(jiān)測(cè)站時(shí)，提前預(yù)警，并發(fā)出警報(bào)，采取自動(dòng)控制系統(tǒng)切斷電源，在雷電危險(xiǎn)期間停止無線電的監(jiān)測(cè)，減少雷擊概率，待雷電過程結(jié)束后，再自動(dòng)恢復(fù)供電，可以大大減少雷擊設(shè)備事故的發(fā)生。

6 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

無線電監(jiān)測(cè)站建設(shè)一套由福建省防雷中心與南京信息工程大學(xué)共同研制開發(fā)的《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)》用戶子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)與福建省防雷中心的“福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有效連通，系統(tǒng)采用國內(nèi)先進(jìn)的大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀、多普勒雷達(dá)回波、閃電定位資料和衛(wèi)星云圖資料，結(jié)合附近站點(diǎn)天氣狀況，進(jìn)行綜合分析處理，組成的高智能的雷電預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)站工作電源系統(tǒng)的自動(dòng)控制，加上監(jiān)測(cè)站已按國家防雷規(guī)范完成的合格防雷裝置，能最大限度地減少雷擊事故的發(fā)生。該系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：

6.1 大氣電場(chǎng)探測(cè)儀安裝

在無線電監(jiān)測(cè)站屋頂平臺(tái)安裝一臺(tái)大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)單點(diǎn)大氣電場(chǎng)的變化，并通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至福建省防雷中心《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)》、安裝在無線電監(jiān)測(cè)站機(jī)房的雷電預(yù)警子系統(tǒng)及電源自動(dòng)切換控制系統(tǒng)，一個(gè)大氣電場(chǎng)儀探測(cè)半徑為10公里。

6.2 雷電預(yù)警客戶終端服務(wù)系統(tǒng)安裝

在無線電監(jiān)測(cè)站機(jī)房內(nèi)安裝一套《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)》客戶終端服務(wù)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)與福建省防雷中心《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警總系統(tǒng)》預(yù)警平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)觀察到監(jiān)測(cè)站雷電發(fā)生發(fā)展強(qiáng)度、方位、密度、大氣電場(chǎng)等資料及預(yù)警信號(hào)情況、電源切換情況等。

6.3 各機(jī)房電源自動(dòng)切換系統(tǒng)安裝

根據(jù)《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)泉州無線電預(yù)警子系統(tǒng)》的預(yù)警指令，隨時(shí)啟動(dòng)或取消各分站電源控制開關(guān)，或強(qiáng)行設(shè)制手動(dòng)開關(guān)控制電源的開或關(guān)，達(dá)到主動(dòng)防范雷電對(duì)監(jiān)測(cè)站影響的目的。

6.4 雷電預(yù)警總系統(tǒng)資料分析處理

《福建省雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)》實(shí)時(shí)收集全省境內(nèi)最新國內(nèi)大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀、多普勒雷達(dá)回波、閃電定位資料和衛(wèi)星云圖資料，結(jié)合附近站點(diǎn)天氣狀況，進(jìn)行綜合分析處理，發(fā)布雷電預(yù)警級(jí)別，啟動(dòng)或取消自動(dòng)控制開關(guān)，達(dá)到主動(dòng)防雷的目的。相關(guān)工作原理見圖一。

7 結(jié)束語

無線電監(jiān)測(cè)站雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，是“主動(dòng)防雷設(shè)計(jì)”與“被動(dòng)雷電預(yù)警”相結(jié)合防雷新途徑的一次探索和驗(yàn)證，能為無線電監(jiān)測(cè)站提供雷電安全保障服務(wù)，較好的解決雷電災(zāi)害超前預(yù)警預(yù)報(bào)的問題，最大限度的減少雷電災(zāi)害事故的發(fā)生，提高無線電監(jiān)測(cè)站雷電災(zāi)害整體防御水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳立軍，等.張家港地區(qū)雷電分布特征分析[J].《中國電子商情》，22，2010.

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