淺談高山臺(tái)站的防雷技術(shù)

王 璞 馮索平

1.2.烏蘭察布市文廣新局826微波站 內(nèi)蒙古 烏蘭察布市 012200

引 言

為了滿足農(nóng)牧民收聽收看廣播電視節(jié)目的需求，各發(fā)射臺(tái)站更新了一批數(shù)字化發(fā)射設(shè)備。新設(shè)備自動(dòng)化程度高，為高山臺(tái)站的值班人員減輕了工作壓力。但是新設(shè)備的電路板集成度高導(dǎo)致了耐壓水平降低，在鐵塔與機(jī)房連接處暴露的線路使抗雷擊能力減弱，再加上高山臺(tái)站的特殊地勢(shì)導(dǎo)致遭受雷擊的概率大大增加。因此，如何防雷減災(zāi)，確保廣播電視節(jié)目的順利播出，已經(jīng)成為工作人員的一項(xiàng)重要工作。

1 雷電危害的形式

高山臺(tái)站發(fā)生雷擊事件，主要是由梯度變化極高、電流幅值極大的雷電引起，它的危害一般有四種形式：一是直擊雷作用，就是雷電不經(jīng)過其他媒介直接在設(shè)備或鐵塔上產(chǎn)生強(qiáng)烈的電效應(yīng)和熱效應(yīng)；二是雷電的二次效應(yīng)，就是雷電中的強(qiáng)電流所攜帶的電磁感應(yīng)與大氣中的靜電對(duì)機(jī)器電路造成損壞；三是雷電侵入波的危害，主要是由雷電侵入波通過電纜、天饋線對(duì)室內(nèi)設(shè)備造成損壞；四是雷擊電磁脈沖的危害，現(xiàn)階段各發(fā)射臺(tái)所使用的發(fā)射機(jī)大多采用了大規(guī)模集成電路和固態(tài)化元器件，這些設(shè)備普遍存在抗電壓沖擊能力低、抗電磁脈沖能力低的情況，因此被雷擊的可能性高。

2 雷擊的途徑

2.1 雷電通過鐵塔和天饋線侵入

由于傳輸線路的需求，各臺(tái)站大多建立在地勢(shì)較高的地方，再加上各臺(tái)站所用的鐵塔塔高都比較高，導(dǎo)致鐵塔受到雷擊時(shí)，電流通過鐵塔接地并使設(shè)備與地網(wǎng)電位差不斷升高，最終產(chǎn)生雷擊效應(yīng)，損壞設(shè)備。同軸電纜現(xiàn)在已經(jīng)成為各臺(tái)站饋線的首選，但在雷擊發(fā)生時(shí)會(huì)在同軸電纜上產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣也會(huì)損壞設(shè)備。

2.2 雷電通過架空線侵入

雷擊發(fā)生的一項(xiàng)重要媒介即是通過架空管線的引入。架空管線連接終端時(shí)形成了水平電場(chǎng)，電場(chǎng)中相對(duì)突出的地方極易出現(xiàn)電荷集中，在雷電放電時(shí)，形成了一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)，架空管線突出位置極易被雷電擊中。在雷電擊中架空管線突出位置時(shí)，架空管線會(huì)把雷電所攜帶的過載電壓帶入到機(jī)房中發(fā)生雷擊事故。另一種放電方式是對(duì)電源的損壞，在雷電通過大地放電時(shí)產(chǎn)生的高電壓同樣會(huì)通過架空管線，使高電壓在設(shè)備的電源上發(fā)生損害。

2.3 雷電通過機(jī)房侵入

發(fā)射臺(tái)站也會(huì)遭遇雷電繞擊現(xiàn)象，在雷電繞擊發(fā)生時(shí)會(huì)直接擊中機(jī)房等設(shè)施，避免雷電繞擊主要依靠臺(tái)站的系統(tǒng)性防雷設(shè)備，單純的避雷針起不到相應(yīng)的作用。

面對(duì)不同的雷擊途徑，高山臺(tái)站的防雷措施必須健全完善才能夠起到避免雷擊的作用。

3 防雷技術(shù)

3.1 雷電防護(hù)原理

雷電的組成主要分為高頻和低頻兩部分，高頻的特征主要是具有極強(qiáng)的穿透性，低頻的特征主要是具有較大的能量。雷擊發(fā)生時(shí)，雷電的強(qiáng)電流在架空管線或接地線上發(fā)生浪涌效應(yīng)造成損壞設(shè)備，還有一種是雷電以架空管線或接地線作為媒介直接損壞設(shè)備，雷擊災(zāi)害大多是以這兩種形式發(fā)生。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)設(shè)備受到損害最主要的形式是由于防雷系統(tǒng)電位差大造成電位反擊以及雷電通過架空管線發(fā)生浪涌效應(yīng)損壞設(shè)備。因此雷電防護(hù)工作的原理是對(duì)雷電的高能量進(jìn)行安全平穩(wěn)的釋放和能量的二次平衡，需要通過科學(xué)合理、切合各臺(tái)站的實(shí)際情況去做雷電防護(hù)工作。

3.2 防雷措施

3.2.1 鐵塔的防雷措施

鐵塔是各臺(tái)站防雷的工作重點(diǎn)也是最容易引發(fā)雷擊事故的地方，因此在安裝鐵塔時(shí)，要預(yù)留好塔身各部位的接地點(diǎn)，以保證接地點(diǎn)的數(shù)量能夠充分發(fā)揮防雷作用，考慮到鐵塔高度，為了有利于分散雷電電流強(qiáng)度，要充分的保證連接點(diǎn)的分散性和數(shù)量，大多數(shù)鐵塔為落地鐵塔，天線必須設(shè)有防雷保護(hù)措施，天線安裝位置在避雷針的保護(hù)范圍，鐵塔四角應(yīng)與地網(wǎng)焊接連通，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)每隔2m 到4m 焊接連通，為了保證雷電電流能夠迅速充分的流入大地，避雷針必須焊接在鐵塔上。

3.2.2 架空線的防雷措施

雷電通過架空管線進(jìn)入室內(nèi)損壞設(shè)備也是最常見的一種雷擊方式，因此架空管線防雷措施顯得尤為重要，通常的措施是對(duì)架空管線采取特殊處理，把架空管線鑲嵌在金屬管道中，并開槽埋入地下。在鐵塔與機(jī)房較遠(yuǎn)時(shí)，要對(duì)線路安裝保護(hù)裝置，以免因線路長而發(fā)生災(zāi)害。信號(hào)線與輸電線禁止混合走線，金屬管兩端需與地網(wǎng)焊接并作防腐蝕保護(hù)。

3.2.3 天饋線的防雷措施［3］

天饋線的防雷措施比較單一，但又是在整個(gè)防雷環(huán)節(jié)中較關(guān)鍵的一步，因?yàn)樗苯油ㄟ^機(jī)房與設(shè)備連接，一旦發(fā)生災(zāi)害容易對(duì)建筑物、設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。天饋線防雷的主要措施就是嚴(yán)格的執(zhí)行天饋線布線時(shí)的接地點(diǎn)數(shù)量，以及在關(guān)鍵部位必須接地，例如在天饋線進(jìn)機(jī)房的入口、天饋線需要轉(zhuǎn)彎處等?？茖W(xué)合理的設(shè)置接地點(diǎn)，在線路較長時(shí)要增加接地點(diǎn)，這是天饋線防雷最重要也是最有效的措施。

3.2.4 機(jī)房的防雷措施

對(duì)于機(jī)房的防雷主要包括設(shè)備與供電系統(tǒng)的防雷接地以及機(jī)房的建筑物防雷接地。

3.2.5 等電位連接

臺(tái)站內(nèi)要根據(jù)等電位原理，把保護(hù)區(qū)、工作區(qū)、和防雷區(qū)組成一個(gè)系統(tǒng)性的接地網(wǎng)，對(duì)于特殊臺(tái)站出現(xiàn)高電阻率的問題，要盡量降低電阻率，更重要的是要進(jìn)行屏蔽、均壓以及等電位連接處理，以達(dá)到零電位差，減少了對(duì)設(shè)備的電磁干擾，減輕了高電壓反擊對(duì)設(shè)備的損壞。

3.2.6 降低接地電阻值

臺(tái)站的地阻值按照要求應(yīng)該小于4Ω，當(dāng)在高電阻率的地區(qū)主要采用以下四種方法來降低接地電阻：一是采用降阻劑來降低土壤電阻率；二是把接地體埋在比較深的低電阻率土壤中；三是采用多分支路外引接地裝置，但外引長度一般小于有效長度；四是更換土壤。實(shí)踐證明，換土的方法是改良土壤從而降低電阻值的最好方法。

3.3 防雷設(shè)備

常用的防雷設(shè)備有：避雷器、VDR、陶瓷放電管、配線保安單元、高頻信號(hào)保護(hù)器、同軸電纜保護(hù)器、過壓保護(hù)器、保護(hù)轉(zhuǎn)換隔離器等。其中避雷器的種類主要有電源避雷器、信號(hào)型避雷器、天饋線避雷器三種。電源避雷器是最常用的，是電器設(shè)備防雷的重點(diǎn)；信號(hào)型避雷器，多數(shù)用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)上；天饋線避雷器，比較適用于有發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng)和接收無線電信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)。在正常情況下，防雷器處于高阻狀。

4 826微波站的防雷技術(shù)實(shí)踐與具體案例

烏蘭察布文廣新局826 微波站地處永興梁，海拔1740.8m，發(fā)射塔高50m。擔(dān)負(fù)著中央電視臺(tái)第一頻道、中央電視臺(tái)第七頻道、內(nèi)蒙古漢語衛(wèi)視、內(nèi)蒙古蒙語衛(wèi)視及調(diào)頻95.2MHz、101.5MHz等節(jié)目的傳輸和發(fā)射任務(wù)，是國家京、冀、晉、蒙南干線的重要中繼站，屬于典型的高山臺(tái)站，工作中做好設(shè)備的防雷尤為重要。

北方的雨季多集中在6月到8月，雷擊事件時(shí)有發(fā)生，運(yùn)營商的基站及廣播電視高山臺(tái)站深受其害，為保障設(shè)備的正常運(yùn)行防雷工作的重要性毋庸置疑，每年雨季來臨前各臺(tái)站都會(huì)做防雷工作大檢查，查看地網(wǎng)是否損壞、防雷設(shè)備是否能夠正常工作等。防雷工作是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，對(duì)工作人員的專業(yè)性要求高。

4.1 案列共享

2001年7月18日，臺(tái)站發(fā)生滾地雷雷擊事件，晚上八點(diǎn)左右臺(tái)站工作人員在機(jī)房值班期間，滾地雷通過窗戶進(jìn)入機(jī)房擊毀了監(jiān)視器兩臺(tái)，工作人員沒有受到傷害。臺(tái)站每年定期召開一次防雷知識(shí)學(xué)習(xí)，在遇到滾地雷進(jìn)入室內(nèi)時(shí)工作人員應(yīng)該靜止不動(dòng)，等雷放電以后才可以查看現(xiàn)場(chǎng)情況。當(dāng)滾地雷進(jìn)入室內(nèi)，如果工作人員因驚嚇逃跑時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電，滾地雷會(huì)跟著靜電發(fā)出體放電，這樣的行為極其危險(xiǎn)。每一位工作人員都應(yīng)該熟知防雷知識(shí)既有益于對(duì)自身的保護(hù)又可以對(duì)設(shè)備做到有效的保護(hù)。

2004年8月9日，臺(tái)站發(fā)生感應(yīng)雷雷擊事件，正直雨季來臨，連續(xù)幾天陰雨連綿，值班人員在8月9日下午發(fā)現(xiàn)播出信號(hào)異常，經(jīng)帶班站長同意對(duì)室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行了故障排查，得出結(jié)論認(rèn)為是天饋線進(jìn)水所致，并向上級(jí)技術(shù)部門做了技術(shù)報(bào)告，出于對(duì)人身安全的考量，上級(jí)部門要求臺(tái)站工作人員等雨停了以后對(duì)天饋線進(jìn)行修復(fù)，當(dāng)晚11 點(diǎn)左右，夜班值班人員發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出中斷并立即向上級(jí)匯報(bào)，同時(shí)也做出了火災(zāi)預(yù)防措施。事后對(duì)天饋線進(jìn)行了更換，經(jīng)過此次雷擊，每年的防雷工作大檢查時(shí)，都會(huì)對(duì)天饋線進(jìn)行仔細(xì)的檢查，以防再次發(fā)生通過天饋線遭受雷擊。

2008年7月12日，蠻漢山發(fā)生雷擊，由于蠻漢山是無人值守臺(tái)站，地網(wǎng)出現(xiàn)腐化現(xiàn)象沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致雷擊發(fā)生，事后對(duì)防雷系統(tǒng)進(jìn)行了修復(fù)，2014年重新鋪設(shè)了地網(wǎng)裝置。

2013年6月，826 臺(tái)由于防雷設(shè)備老化，經(jīng)上級(jí)部門同意對(duì)整個(gè)防雷系統(tǒng)進(jìn)行了更換。

4.2 防雷心得

高壓雷擊歷來是各臺(tái)站所棘手的問題，由于地勢(shì)偏遠(yuǎn)發(fā)生高壓雷擊后難以馬上修復(fù)，現(xiàn)階段唯一可行的也是一線工作人員所推崇的雙路由方案，這樣在發(fā)生雷擊時(shí)可以得到切換，在一些雨季長、雷擊發(fā)生率高的臺(tái)站采用了雙路由，但是因資源受限大多臺(tái)站的雙路由是從一個(gè)變電站發(fā)出，這樣的方案不是萬全之策，在變電站發(fā)生雷擊不能正常工作時(shí)，這樣的“雙路由”便失去了效果。因此，電池組和發(fā)電油機(jī)便成了重中之重，經(jīng)常性的對(duì)電池浮充和油機(jī)啟動(dòng)，也是一個(gè)好辦法。

5 防雷具體措施

5.1 地網(wǎng)防雷

根據(jù)筆者所在臺(tái)站實(shí)際情況，通過等電位連接，整合各個(gè)地網(wǎng)并連接起來以達(dá)到減小地網(wǎng)間的電位差，能夠有效地起到因地電位差高所引起的雷擊事故發(fā)生。

5.2 多級(jí)層的防雷

多級(jí)層防雷有五種措施，一是將變壓器后所用的電力用線都包鉛電纜且埋于地下。二是一級(jí)防護(hù)措施，采用干式隔離變壓器，把一臺(tái)與變壓器容量相同的干式隔離變壓器加裝在配電室與變壓器之間，運(yùn)用VDR 設(shè)計(jì)的雷電防護(hù)器，作為臺(tái)站防雷的一級(jí)防護(hù)措施；三是二級(jí)防護(hù)措施，主要是通過采用并聯(lián)雷電防護(hù)器的大功率穩(wěn)壓電源作為臺(tái)站防雷的二級(jí)防護(hù)措施；四是輔助防護(hù)措施，把配電柜的開關(guān)更換為三刀雙擲開關(guān)，設(shè)備的接地線與地網(wǎng)相通，設(shè)備的電源進(jìn)線端應(yīng)加一個(gè)空氣開關(guān)來保護(hù)設(shè)備作為輔助防護(hù)措施。五是定期保養(yǎng)設(shè)備、供電系統(tǒng)接地與地網(wǎng)連接處以防止腐蝕。

結(jié) 束 語

高山臺(tái)站的防雷是一套完整的系統(tǒng)。地理、氣象等因素都會(huì)影響到防雷系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此各高山臺(tái)站在面對(duì)防雷技術(shù)時(shí)，既有相同點(diǎn)又因其地理、氣象等因素而情況各不相同。因此各臺(tái)站應(yīng)該充分的掌握臺(tái)站所在地的各種信息，以能夠有效的做好防護(hù)工作，做出適合本臺(tái)站的防雷工作方案并開展好員工的培訓(xùn)工作，有效的完成傳輸任務(wù)。

總之，有一個(gè)合理，規(guī)范的防雷預(yù)案是每個(gè)臺(tái)站所必須的。其次，認(rèn)真執(zhí)行方案，嚴(yán)格遵守方案中內(nèi)容，形成一個(gè)定期檢測(cè)、定期維護(hù)并做好數(shù)據(jù)記錄的良好制度尤為重要，做到防患于未然。只有這樣才能夠保證我們的設(shè)備正常運(yùn)行，我們的人員在遇到災(zāi)害時(shí)能夠冷靜專業(yè)的去處理事故，以實(shí)現(xiàn)人員不受傷，信號(hào)不中斷的目標(biāo)。