中波臺感應(yīng)消雷技術(shù)應(yīng)用實踐

熊晨輝

撫州八三一臺 江西撫州 344000

1 現(xiàn)場情況

中波臺的發(fā)展歷史較長,在新一輪的廣電無線覆蓋數(shù)字化基礎(chǔ)改造中,中波臺的基礎(chǔ)配套得到進一步提升,改造提升后的中波臺環(huán)境安全配套系統(tǒng)節(jié)點越來越多,節(jié)點系統(tǒng)設(shè)備集成度越來越高,不間斷播出的監(jiān)控質(zhì)量手段和技術(shù)要求越來越嚴(yán)格。盡管中波臺的工作環(huán)境大多為空曠平地,但每次雷擊后,配套設(shè)備都有不同程度的損壞,需要及時修復(fù),花費很大的人力和物力。對于年雷暴日多于40 d的中波臺而言,雷擊損壞累計的投入很大,會影響中波臺維護經(jīng)費的計劃支出。由此可見,中波臺需要有更可靠、更有效的雷擊自然災(zāi)害應(yīng)對措施。

江西撫州中波臺為中波和調(diào)頻發(fā)射混合臺,位于低海拔的撫州郊區(qū),周圍無其它高層建筑覆蓋。中波臺機房西側(cè)有高90 m的調(diào)頻發(fā)射鐵塔T1,機房東側(cè)有高30 m的中波小天線鐵塔T2。中波臺系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 中波臺系統(tǒng)

撫州雷暴日多于50 d,因此中波臺屬于雷擊損壞嚴(yán)重的中波臺,已經(jīng)采用傳統(tǒng)防雷技術(shù)進行多次改造,但沒有從根本上解決雷擊損壞問題。防雷工作非常重要,在本輪中波臺基礎(chǔ)改造中,針對特殊情況,重視對防雷技術(shù)選型的問題,進行多次研討。實踐證明,在中波臺,雷擊最容易損壞環(huán)境監(jiān)控弱電子信息系統(tǒng),只要中波臺解決了環(huán)境監(jiān)控的雷害問題,其它機房系統(tǒng)設(shè)備一定可以在安全保障范圍內(nèi)。結(jié)合撫州麻姑山708高山發(fā)射臺感應(yīng)消雷技術(shù)的應(yīng)用效果,最終選定能夠?qū)ΠY解決中波臺雷害的感應(yīng)消雷技術(shù)進行改造。通過雷雨季節(jié)的實際使用,驗證了選用技術(shù)的保護效果。

2 中波臺弱電子信息系統(tǒng)雷擊損壞分析

傳統(tǒng)防雷理論認(rèn)為,弱電子信息系統(tǒng)雷擊損壞的原因是感應(yīng)雷擊。做好接地工程,檢測電阻符合要求,可以預(yù)防感應(yīng)雷擊。還可以通過線纜屏蔽和安裝監(jiān)控端口浪涌保護器加以保護。

在中波臺的監(jiān)控系統(tǒng)工程中,基本采用上述防雷措施。但在雷擊嚴(yán)重場合,有些部位的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備遭到雷擊必然損壞。一般中波臺將監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備作為雷擊易損品處理,采用多庫存更換。

從技術(shù)層面來說,重復(fù)出現(xiàn)的損壞事故,屬于技術(shù)方法不當(dāng),必須從技術(shù)層面找出原因,對癥解決。

對于中波臺監(jiān)控系統(tǒng)而言,如果隔空傳輸?shù)母袘?yīng)雷擊能夠引起設(shè)備損壞,那么監(jiān)控系統(tǒng)的雷擊損壞很難做到可靠保護。根據(jù)防雷技術(shù)交流學(xué)習(xí),筆者認(rèn)識到傳統(tǒng)防雷機理可能有誤,監(jiān)控系統(tǒng)雷擊的損壞原因也許不是感應(yīng)雷擊,而是直接雷擊地閃電流引起的地電勢疊加損壞。

雷電流是超高壓有害電流,引流泄放的防雷方法是花最大成本將雷電流的能量消耗在接地系統(tǒng)后,即在雷電流途徑的后端,在接地系統(tǒng)中產(chǎn)生超高壓地電勢。這個超高壓地電勢具有正、負(fù)極性,具體和雷云電荷的極性相同。在某一時刻,機房電氣系統(tǒng)設(shè)備三相電源相線、中性線的端口電位也具有瞬間正、負(fù)極性,電勢和電位都是標(biāo)量,具有正、負(fù)疊加的物理特性。

在直接雷擊發(fā)生的瞬間,雷擊地電勢和三相電源通過接地系統(tǒng)產(chǎn)生疊加反擊,疊加的結(jié)果是三相電源一相升高、一相降低,從而引起相關(guān)的電氣系統(tǒng)設(shè)備損壞。這一地電勢疊加損壞具有隨機概率。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備都是低壓小功率開關(guān)電源設(shè)備。在工程實施時,采用的開關(guān)電源功率冗余不足,單遇電源電壓偏高時,開關(guān)電源就會發(fā)生過壓擊穿損壞。單遇電源電壓偏低時,開關(guān)電源就會發(fā)生欠壓過流損壞。在實際工作中,電源電壓偏低更容易導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備損壞。

具體而言,監(jiān)控系統(tǒng)供電電源電壓偏低有兩種情況。第一,中波臺內(nèi)直接雷擊地電勢疊加反擊,引起某相電壓瞬間偏低。第二,中波臺外供電線路引起某相電壓偏低。

具體針對上述兩種情況采用綜合保護,才能保證監(jiān)控系統(tǒng)的雷擊安全。

3 中波臺內(nèi)電源地電勢疊加反擊應(yīng)對

雷電是有害電,高電壓是危險的,低電壓才是安全的。針對有害雷擊高電壓,在技術(shù)上唯一可靠的保護措施是采用在前端,即鐵塔頂端消耗的方式,用小電流、高電勢方法主動消耗雷電的有害能量,從而消除接地系統(tǒng)雷擊地電勢的疊加隱患。

中波臺感應(yīng)消雷針安裝如圖2所示。

圖2 中波臺感應(yīng)消雷針安裝

在鐵塔T1處安裝相應(yīng)型號的感應(yīng)消雷針Z1。因中波臺采用小天線鐵塔T2,塔頂結(jié)構(gòu)比較單薄,因此采用在周邊安裝感應(yīng)消雷副針的方法。在鐵塔T2周邊較高的建筑上安裝感應(yīng)消雷副針Z2、Z3,主動感應(yīng)消耗中波臺上方空間雷云電場的有害能量,消除中波臺的雷擊地電勢疊加隱患,保證中波臺內(nèi)電源電壓穩(wěn)定。

4 中波臺外電源地電勢疊加反擊應(yīng)對

中波臺機房電源系統(tǒng)采用交流配電模式。一般為保護電源系統(tǒng)的安全性,會在配電前端配置大功率交流隔離變壓器和交流穩(wěn)壓電源,這些裝置在供電線路瞬間雷擊電壓偏低的情況下,無法跟隨提升,使監(jiān)控電源發(fā)生欠壓過流損壞。要保證監(jiān)控的安全性,必須確保監(jiān)控電源穩(wěn)定。在一些臺站,為減小監(jiān)控系統(tǒng)雷擊損壞的影響范圍,監(jiān)控電源一般取自主機房外圍,而這些外圍電源雷擊瞬間變化的幅度很大,因此監(jiān)控系統(tǒng)很容易損壞。

作為應(yīng)對,中波臺采用感應(yīng)消雷技術(shù),監(jiān)控電源直接在主機房系統(tǒng)不間斷電源后端取電,由此完全消除外界電網(wǎng)雷擊引起的電源電壓變化意外損壞監(jiān)控系統(tǒng)的情況,從而確保中波臺弱電子信息系統(tǒng)的安全性。

5 中波臺防雷工程實施前置評估

5.1 防雷安全性評估要素

雷電是有害電,可以借助安全用電的基本常識,確定防雷安全性評估的基本要求。

雷擊產(chǎn)生過程中,有害的超高電壓會在接地系統(tǒng)中產(chǎn)生高壓地電勢。這個地電勢具有正、負(fù)極性,通過鐵塔到地的幅度越強,危害隱患越大。

雷擊在鐵塔上產(chǎn)生的有害高壓電勢不會突變,只有通過阻性元件的消耗才會變小。

評估的基本方法是從防雷措施降低雷電流幅度或消除雷電流入手進行評定。在此,可以簡單評定一下傳統(tǒng)富蘭克林避雷針引雷泄放防雷措施存在的技術(shù)問題。引雷泄放措施要求引下線和接地系統(tǒng)電阻越小越好。雷電流不是工作電流,接地系統(tǒng)電阻小,損耗就小,有害電危害程度就高。雷電流途徑是串聯(lián)途徑,接地系統(tǒng)電阻小,表示雷電能量消耗小,其余能量全部消耗在途徑后的大地部分,這個高電勢會疊加到途徑前,可見引雷泄放也許不是減小地電勢的正面措施。

5.2 使用期成本評估要素

使用期成本一般包括使用成本和維護成本。使用成本有電費等,維護成本有接地檢測成本、接地電阻值保持投入的成本等。

感應(yīng)消雷針為無源器件,使用期沒有電費成本,保護可靠性和接地電阻值無關(guān),因此也沒有地線維護和接地電阻檢測成本。