復雜環(huán)境下中波發(fā)射臺防雷接地系統(tǒng)設計

尼瑪卓瑪

（西藏廣播電視局當雄中波轉(zhuǎn)播臺，西藏拉薩 851500）

0.引言

隨著波段處理技術的進一步完善與發(fā)展，各種發(fā)射設備以及系統(tǒng)逐漸被應用在社會中的各個領域里，在實際執(zhí)行的過程中取得了相對較好的結果。中波發(fā)射臺實際上是一種長距離的波段控制裝備，主要是對雷電接地工作進行輔助與操控的[1]。近幾年來，在復雜的背景環(huán)境之下，由于自然災害的頻發(fā)，使得各個地區(qū)的雷電災害對于經(jīng)濟的發(fā)展以及人們?nèi)粘５纳畎踩斐蓸O為嚴重的影響。傳統(tǒng)的防雷接地系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)如今異常狀況的需要，為了緩解這一現(xiàn)狀，結合實際的需求設計更具多元化、靈活性的防雷接地系統(tǒng)[2]。

通常情況下，對于防雷接地系統(tǒng)的設計都是一項十分重要且繁雜的工作，具有較多的不確定性與不穩(wěn)定性，系統(tǒng)一般是由集成化的處理設備以及精密化的執(zhí)行程序所組成，必須具備一定的抗干擾能力，同時，當中波發(fā)射臺處于雷電的攻擊范圍時可以對發(fā)射臺進行合理地保護，在確保發(fā)射臺安全的同時，也促使相關的發(fā)射工作可以穩(wěn)定地執(zhí)行，具有雙向性[3]。在復雜環(huán)境之下，傳統(tǒng)的防雷接地系統(tǒng)時常會受到外部因素的影響，同時，內(nèi)部結構的混亂一定程度上也會造成系統(tǒng)的損壞，形成或多或少的經(jīng)濟損失，從而影響到最終的防雷效果，在新時代的背景之下，結合互聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)等智能化技術，設計更加貼合實際的防雷接地系統(tǒng)，從根本上提升中波發(fā)射臺的實際安全效果。

1.復雜環(huán)境下中波發(fā)射臺防雷接地系統(tǒng)硬件設計

1.1 I/O接地控制模塊設計

在對防雷接地系統(tǒng)進行設計前，需要先搭建相關的硬件環(huán)境，進行硬件I/O接地控制模塊的設計。中波發(fā)射臺的電路一般會采用電位聯(lián)結的方式設計，同時與防雷裝備之間建立相應的聯(lián)系，二者之間通過導線連接。由于防雷接地系統(tǒng)需要與中波發(fā)射臺關聯(lián)，所以，傳統(tǒng)的電路連接方式已經(jīng)不能再滿足控制需求了，需要設計更加靈活、多變的控制電路[4]。防雷接地系統(tǒng)中控制模塊是系統(tǒng)執(zhí)行的核心，具有關鍵的作用?？梢韵葘ο嚓P的模塊關聯(lián)，具體可以劃分為I/O接地控制模塊、電流衰減模塊、輸出轉(zhuǎn)換模塊以及中斷模塊等。

不同的模塊具備不同的功能，同時，控制模塊之間也是互為單一獨立的，只有在實際應用的過程中才會產(chǎn)生關聯(lián)協(xié)議[5]。在系統(tǒng)的電路中設定雙向的控制電源，同時在核心I/O接地控制模塊后方安裝監(jiān)控裝置，以此來實現(xiàn)電流的傳輸與控制，將避雷針的控制設備接入I/O接地控制模塊，在模塊的控制區(qū)域連接嵌入式的ARM電流分解儀，將ADM706芯片作為主控制接地基準，在芯片的四周建立對應的硬件執(zhí)行節(jié)點，用以對電路中的超額電流轉(zhuǎn)換。防雷接地模塊的控制區(qū)域安裝小型的門限控制器，避免電路出現(xiàn)中斷和掉電的情況，同時也起到一定的防干擾作用，具體的結構如圖1所示。

圖1 I/O接地控制模塊關聯(lián)結構圖

根據(jù)圖1可以了解到I/O接地控制模塊關聯(lián)的相關結構。隨后，將其他模塊接入I/O接地控制模塊，形成并聯(lián)的執(zhí)行處理電路，為后續(xù)的系統(tǒng)執(zhí)行奠定基礎。

1.2 反控復合電路設計

在完成對I/O接地控制模塊的設計之后進行反控復合電路設計。所謂的反控復合電路，主要是指在復雜的環(huán)境之下，面對多支電路同時防雷接地的情況，傳統(tǒng)控制電路由于過于老舊單一，無法應對上述的問題，并且在持續(xù)高壓的背景之下還極容易造成電路的崩潰。具體表現(xiàn)為爆電、斷電、設備故障等情況。所以，對于電路的需要更加靈活[6]。

需要在電路中安裝FIFO檢波器，用以監(jiān)測傳輸信號的變化情況，利用戶外接地母線將防雷接地系統(tǒng)與避雷針等裝置連接，將設備的通頻設定為120 Hz，接入衰減模塊，調(diào)整電路中的電流[7]。在電路的核心芯片位置前方設定15Ω的電阻，此時，控制電路形成反控結構，在初始復合電路的基礎上，設定電阻的目的是緩和雷擊電壓對系統(tǒng)與相關設備的沖擊與損壞，一定程度上起到保護的作用，同時，電阻的安裝還可以幫助電路進行電流轉(zhuǎn)換形成反控的執(zhí)行結構，以此來進一步優(yōu)化完善電路的應用效果。

2.復雜環(huán)境下中波發(fā)射臺防雷接地系統(tǒng)軟件設計

2.1 總控功能模塊設計

在完成上述硬件的設計之后需要對相應的軟件設計。在復雜的環(huán)境下，中波發(fā)射臺所關聯(lián)的系統(tǒng)需要進行多項控制與管理，并且在對防雷接地工作監(jiān)控的過程中，還存在一定的預設區(qū)域，所以，系統(tǒng)功能控制模塊的設計十分關鍵。通常情況下，系統(tǒng)功能模塊可以劃分為幾個層級，分別為基礎數(shù)據(jù)處理層級、指令接收轉(zhuǎn)換層級、執(zhí)行層級以及反饋層級。不同的層級具備對應的功能，相互之間具有較大的聯(lián)系，總控功能模塊是將上述的功能模塊同時導入控制區(qū)域之中，通過一致的指令實現(xiàn)控制與管理。所以，需要先提取各個功能模塊的層級特征，設定固定的執(zhí)行范圍，并計算出系統(tǒng)的總控平衡點，具體如公式1所示。

公式1中：K表示總控平衡點，D表示預設實際控制范圍，β表示系統(tǒng)的平衡比，通過上述計算最終可以得出實際的總控平衡點，依據(jù)平衡點隨控制的范圍進行二次明確，并依據(jù)特定的執(zhí)行指令將不同的功能模塊關聯(lián)在一起，完成總控功能模塊的設計。

2.2 接引指令設計

在完成總控功能模塊的設計之后需要設計相應的接引指令。接引指令主要是在中波發(fā)射臺被雷擊之后，關聯(lián)防雷接地裝置形成的一種安全保護指令。通常情況下，系統(tǒng)會將接引指令設定為較高的程度，這樣避免占用過多的系統(tǒng)應用程序，但是一旦中波發(fā)射臺出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，通過防雷接地裝備，結合系統(tǒng)的控制，再加上接引指令的執(zhí)行，便可以進一步確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時也提升了中波發(fā)射臺的運行安全程度，接引協(xié)議需要與功能模塊的層級相對應，同時，根據(jù)特定的接引波段融合，形成具有執(zhí)行性的指令，添加在系統(tǒng)之中，完成對接引指令的設計。

3.系統(tǒng)測試

本次主要是對復雜環(huán)境下中波發(fā)射臺防雷接地系統(tǒng)的實際應用效果進行驗證，測試在較為真實的環(huán)境之下進行，并且為了確保最終系統(tǒng)測試結果的穩(wěn)定性與可靠性，設定統(tǒng)一的系統(tǒng)執(zhí)行結構，對得出的結果分析與驗證。

3.1 測試準備

在對系統(tǒng)進行測試前進行測試環(huán)境的搭建。本次選取一處中波發(fā)射臺作為系統(tǒng)測試的目標對象。將測試的系統(tǒng)與發(fā)射臺的主控制系統(tǒng)相關聯(lián)，隨后，結合相應的執(zhí)行范圍，在合理的防雷接地覆蓋范圍之內(nèi)，設定統(tǒng)一的執(zhí)行指令。需要先計算出實際的覆蓋均值，具體如公式2所示。

公式2中：L表示覆蓋均值，?表示執(zhí)行信號的變化距離，α表示防雷范圍。通過上述計算，最終可以得出實際的覆蓋均值。根據(jù)覆蓋均值設定系統(tǒng)所覆蓋執(zhí)行的防雷接地覆蓋面積。結合得出的數(shù)值，設定傳輸系統(tǒng)的程序與結構，將中波發(fā)射臺的數(shù)據(jù)信息導入新的控制系統(tǒng)之中，并且形成相應的控制測試模型，在測試模型之中，構建相應的防雷接地結構，每一個結構均是獨立的，在執(zhí)行的過程中具有特定的標準與應用性能。此時，可以按測試的系統(tǒng)模型設定。執(zhí)行的電壓設定為220V，電流需要控制在1200A～1600A，額定電流需要設定為1450A即可。將系統(tǒng)的控制電路更改為具有雙向處理能力的復合電路，同時，設定具體的轉(zhuǎn)換機制。

本次對防雷接地系統(tǒng)的測試，雷擊是通過三維模擬的信號來實現(xiàn)的，避免對系統(tǒng)造成破壞或者影響。將雷擊的三維模擬信號劃分為不同的層級，每一個層級的雷擊強弱以及信號的處理均是不同的，當電流經(jīng)過系統(tǒng)時，通常會從R1向C1兩端雙向積累，同時在接地系統(tǒng)的輔助之下，中波發(fā)射臺所承受的電流程度會得到一定的緩解。另外，在對系統(tǒng)進行控制的過程中，考慮到信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定性，可以結合指令編制平臺，將相關的目標信息編制成對應的執(zhí)行指令或者協(xié)議傳輸至系統(tǒng)之中，并在復雜的環(huán)境之下對相應的相位值進行調(diào)整，具體如表1所示。

表1 復雜情況下系統(tǒng)相位值調(diào)整標準設定表

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對復雜情況下系統(tǒng)相位值調(diào)整標準的設定。隨后，結合三維模擬技術，在預設的雷擊范圍之內(nèi)，雷擊電壓的峰值控制在2000V，同時脈寬為15ms，將不同的執(zhí)行設備的電流進行統(tǒng)一設定，避免對系統(tǒng)造成損壞以及故障。對中波發(fā)射臺的相關裝備以及系統(tǒng)進行監(jiān)測，安裝小型的監(jiān)控設備，同時設定低壓和高壓的處理模式，在電路電源中安裝固態(tài)元件，電路處于高壓時，分離超額電壓，確保系統(tǒng)應盡的安全與穩(wěn)定運行。核定上述測試設備以及系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，同時，確保不存在影響最終測試結果的外部因素，核查無誤后，開始具體的測試與分析。

3.2 測試過程及結果分析

在上述所搭建的測試環(huán)境之中進行具體的系統(tǒng)測試。依據(jù)實際的測試需求，將雷擊的三維模擬信號設定為6個層級，結合電壓的幅值，確定具體的數(shù)值，分別為380V、450V、730V、825V、1050V，分為5組測試，在相同的測試環(huán)境之下同時進行。將測試所用的系統(tǒng)與中波發(fā)射臺的控制系統(tǒng)關聯(lián)，同時，設定好雷擊的信號，依據(jù)順序進行三維模擬測試。此時，開始防雷接地系統(tǒng)，就進行第一組測試，對系統(tǒng)的防雷接地警示速度進行記錄，依據(jù)上述方式對其余4組繼續(xù)測試，將復雜環(huán)境劃分為低壓、高壓、和混低壓混高壓狀態(tài)，得出相應的測試結果，進行具體的分析與研究，如表2所示。

表2 系統(tǒng)測試結果分析表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對防雷接地系統(tǒng)的測試與驗證：在相同的環(huán)境之下，對不同雷擊電壓的復雜環(huán)境下系統(tǒng)的報警時間進行測算。經(jīng)過匯總整合，報警的時間均保持在0.5s以下，這表明系統(tǒng)在對中波發(fā)射臺執(zhí)行任務的過程中，控制檢測的效果相對較好，一旦出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，會立刻啟動程序接地，以此同時進行系統(tǒng)的警示，提醒相關人員及時處理維護，具有實際的應用價值。

4.結語

本文是對復雜環(huán)境下中波發(fā)射臺防雷接地系統(tǒng)的設計與分析，對比于傳統(tǒng)的防雷接地系統(tǒng)，本文所設計的系統(tǒng)在實際應用的過程中更加穩(wěn)定、靈活，具有較強的可控性。同時，在結構上也更加貼合現(xiàn)如今防雷接地的處理要求，在執(zhí)行程序上也得到了最大的簡化，對于中波發(fā)射臺的安全維護具有更為深遠的影響，系統(tǒng)本身的兼容性得到擴展延伸，實際的應用意義更高，原則上逐漸智能化、信息化，未來將邁入新的發(fā)展臺階。