四川廣播電視塔天饋線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李明柯

（作者單位：四川廣播電視臺(tái)601工程籌建處）

四川廣播電視塔自2005年開始運(yùn)營以來，一直為中央廣播電視總臺(tái)、四川廣播電視臺(tái)和成都市廣播電視臺(tái)提供廣播電視信號(hào)發(fā)射傳輸服務(wù)，同時(shí)也是全四川省廣播電視微波信號(hào)傳輸樞紐，并為四川衛(wèi)星地球站傳輸播出信號(hào)。

四川廣播電視塔的廣播電視播出機(jī)房均位于下塔樓，第一層位于電視塔的17.2 m處，共設(shè)有3個(gè)機(jī)房，分別是調(diào)頻廣播發(fā)射第一機(jī)房、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)房和數(shù)字電視信號(hào)處理機(jī)房。調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)安裝8臺(tái)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，其中四川廣播電視臺(tái)8臺(tái)，成都市廣播電視臺(tái)2臺(tái)，發(fā)射總功率50 kW；數(shù)字電視發(fā)射機(jī)房安裝2臺(tái)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，發(fā)射總功率20 kW。第二層機(jī)房位于電視塔21.7 m處，設(shè)有調(diào)頻廣播發(fā)射第二機(jī)房和模擬電視發(fā)射機(jī)房，調(diào)頻廣播發(fā)射第二機(jī)房共安裝3臺(tái)發(fā)射機(jī)，總功率20 kW，模擬電視發(fā)射機(jī)房安裝2臺(tái)發(fā)射機(jī)，總功率20 kW。近些年來，隨著模擬電視的關(guān)停和數(shù)字電視市場(chǎng)的萎縮，調(diào)頻廣播在廣播電視中的重要性和占比愈發(fā)突出，電視塔上各播出單位為了確保調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)不間斷、高質(zhì)量工作，一直用心值守、精心維護(hù)。保障好調(diào)頻廣播的發(fā)射傳輸，就是四川廣播電視塔技術(shù)人員最重要的工作。調(diào)頻廣播信號(hào)從各臺(tái)發(fā)射機(jī)輸出后，先后經(jīng)過饋管、多工器、天線交換機(jī)、主饋管、阻抗變換器、功率分配器、分饋線，最后由各面天線發(fā)射出去。廣播電視信號(hào)從17.2 m的下塔樓播出機(jī)房傳送至最高的339 m處，最遠(yuǎn)垂直距離達(dá)到322 m。從232 m至339 m，是高達(dá)107 m的天線桅桿，共分5節(jié)，第一節(jié)混凝土桅桿安裝水平極化調(diào)頻廣播天線，第二節(jié)鋼桅桿安裝米波電視天線和垂直極化調(diào)頻廣播天線，第三、四、五節(jié)鋼桅桿均安裝分米波電視天線。自下向上，桅桿逐節(jié)變細(xì)，內(nèi)部空間愈發(fā)狹窄，桅桿內(nèi)密布的眾多設(shè)備長(zhǎng)年工作在高溫高頻高壓狀態(tài)下，加上接頭密封、塔體擺動(dòng)、鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮、金屬件疲勞等原因很有可能導(dǎo)致設(shè)備過熱、進(jìn)水及連接松動(dòng)，存在打火短路的可能性，事故輕時(shí)造成劣播/停播，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀天線乃至全部桅桿。

在廣播電視塔中，最核心的設(shè)備就是天饋線、多工器和天線交換機(jī)，其運(yùn)行溫度是最直觀也是最重要測(cè)量指標(biāo)之一。四川廣播電視塔一直以來特別重視天饋線、多工器和交換機(jī)系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)，因此制定了非常完善的天饋線檢修制度和維護(hù)規(guī)程，定期進(jìn)行設(shè)備巡檢和維護(hù)，以確保天饋線工作溫度正常。四川廣播電視塔多工器和天線交換機(jī)，均位于下塔樓的播出機(jī)房?jī)?nèi)，24小時(shí)有專人值守巡查，而天線和分饋線在232 m之上的天線桅桿上，一旦桅桿內(nèi)外的天線等設(shè)備發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行溫度過熱，因工作人員無法第一時(shí)間得知情況并觀察到故障點(diǎn)位，故只能根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)的多工器、天線交換機(jī)和發(fā)射機(jī)的報(bào)警及參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行間接故障判斷，最后只能攀爬至桅桿內(nèi)尋找故障點(diǎn)并進(jìn)行維修。為了更好地服務(wù)于廣播電視安全播出，經(jīng)過多種設(shè)計(jì)方案對(duì)比后，四川廣播電視塔安裝了分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)四川廣播電視塔的天饋線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，有效地保障了播出安全，大幅度地提高了工作效率和故障處置響應(yīng)速度。

作為國內(nèi)首個(gè)應(yīng)用于廣播電視塔的光纖測(cè)溫系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都是非常具有挑戰(zhàn)性的。施工中，工作量最大、難度最高的兩項(xiàng)：一是感溫光纖的敷設(shè)，二是測(cè)溫主機(jī)的抗電磁干擾改造。敷設(shè)的6根感溫光纖中，最短的300 m，最長(zhǎng)的一根達(dá)到了1500m ，電視塔特殊的建筑構(gòu)造，狹窄的桅桿空間，多達(dá)幾千個(gè)的測(cè)量點(diǎn)位和嚴(yán)格的施工要求都考驗(yàn)著施工方的專業(yè)能力。安裝在播出監(jiān)控室的測(cè)溫主機(jī)因受臨近機(jī)房強(qiáng)大的電磁干擾，一度無法正常運(yùn)行，直至技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行改造后方正常工作。最終，四川廣播電視塔成功地安裝了國內(nèi)首套廣播電視塔光纖測(cè)溫系統(tǒng)。

1 四川廣播電視塔DSC-DTS光纖測(cè)溫系統(tǒng)組成

四川廣播電視塔DSC-DTS光纖測(cè)溫系統(tǒng)由測(cè)溫光纖、光纖測(cè)溫儀、工控主機(jī)、測(cè)量軟件及附屬設(shè)備構(gòu)成。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)復(fù)用光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的自發(fā)拉曼（Raman） 散射和光時(shí)域反射（Optical Time-domain Reflectometer，OTDR）原理，來獲取空間溫度分布信息。當(dāng)在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖時(shí)，系統(tǒng)復(fù)用光在光纖中向前傳輸時(shí)不斷產(chǎn)生后向拉曼散射光波，這些后向拉曼散射光波的強(qiáng)度與所在光纖散射點(diǎn)的溫度有關(guān)。

向后拉曼散射光波經(jīng)過光學(xué)濾波、光電轉(zhuǎn)換、模擬放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，送往信號(hào)處理器，系統(tǒng)便可以將溫度信息實(shí)時(shí)解調(diào)出來的同時(shí)，根據(jù)光纖中光波的傳輸速度和后向光回波的時(shí)間對(duì)溫度信息定位。由于后向拉曼散射光波的強(qiáng)度非常微弱，因此測(cè)溫儀需要非常高的處理增益和非常低的噪聲電平才能檢測(cè)到該信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)足夠高的空間定位精度，測(cè)溫系統(tǒng)必須具有足夠的時(shí)間分辨率，即帶寬和采樣頻率。

3 功能特點(diǎn)

（1）該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、精確、連續(xù)、全面地對(duì)位于機(jī)房?jī)?nèi)和桅桿內(nèi)外的多工器、交換機(jī)、饋線、主饋線、分饋線、功率分配器、阻抗變換器、天線等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)?？梢詫?duì)一條測(cè)溫光纖進(jìn)行整體溫度的檢測(cè)，也可以對(duì)光纖上每臺(tái)設(shè)備和點(diǎn)位進(jìn)行分別的溫度檢測(cè)，這樣值守人員隨時(shí)能了解每個(gè)被測(cè)設(shè)備及點(diǎn)位的工況，在設(shè)備溫度過熱之前進(jìn)行早期預(yù)警并進(jìn)行處置。

（2）該系統(tǒng)和傳統(tǒng)溫度測(cè)量系統(tǒng)不同，不需要單獨(dú)安裝溫度傳感器，測(cè)溫光纖既是信號(hào)線，也是傳感器，一條光纖可連續(xù)測(cè)量上百個(gè)設(shè)備和點(diǎn)位，安裝時(shí)只需要將測(cè)溫光纖按一定匝數(shù)緊貼于被測(cè)量體即可，不需要打孔固定，無需切斷，敷設(shè)完成之后繼續(xù)至下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行敷設(shè)，而且抗電磁干擾、耐高溫、高壓、防燃、防腐蝕，特別適合于對(duì)廣播電視塔這種特殊建筑和工作在特殊工況下的設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控。

（3）機(jī)房?jī)?nèi)和桅桿內(nèi)只敷設(shè)測(cè)溫光纖，此外不安裝任何電子設(shè)備，測(cè)溫主機(jī)和工控機(jī)、顯示器等設(shè)備集中安裝在播出監(jiān)控室內(nèi)，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可靠，利于維護(hù)。

（4）系統(tǒng)可以根據(jù)每個(gè)設(shè)備運(yùn)行溫度的不同單獨(dú)設(shè)置溫度報(bào)警閾值，可設(shè)置過熱報(bào)警，也可設(shè)置過冷報(bào)警。比如，對(duì)于天饋線、功分器、交換機(jī)等設(shè)備只需設(shè)置過熱報(bào)警，但對(duì)多工器此種較特殊的設(shè)備，鑒于其工作原理和運(yùn)行狀態(tài)，既要設(shè)置過熱報(bào)警，也要設(shè)置過冷報(bào)警，才能確保多工系統(tǒng)和發(fā)射機(jī)的運(yùn)行良好。

（5）該系統(tǒng)的圖形顯示界面友好，廣播電視塔圖形顯示界面，各樓層、桅桿層、天線層清晰準(zhǔn)確，簡(jiǎn)潔易操作。主界面上標(biāo)有各測(cè)溫區(qū)域和即時(shí)溫度，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可進(jìn)入查看區(qū)域內(nèi)部各測(cè)溫點(diǎn)的溫度。

（6）該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、刷新快，每0.2 s采集并刷新一次數(shù)據(jù)，能夠非?？焖俚胤?wù)于廣播電視安全播出。

（7）能夠長(zhǎng)期記錄并保存每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)比環(huán)境溫度進(jìn)行智能分析，既能對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)出具報(bào)表，也能對(duì)每條線路出具報(bào)表，

（8）光纖測(cè)溫主機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，一條測(cè)溫光纖連接一張測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集卡，主機(jī)內(nèi)的一張卡出現(xiàn)故障僅僅只會(huì)影響連接上的那一條光纖上的溫度數(shù)據(jù)采集，不會(huì)對(duì)同主機(jī)上其他光纖的溫度數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生影響，有利于后期的保養(yǎng)和維修。

4 光纖測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍

17.2 m調(diào)頻機(jī)房調(diào)頻十工器、天線交換機(jī)、饋管；17.2 m電視機(jī)房電視合路器、交換機(jī)、饋管；21.7 m調(diào)頻機(jī)房調(diào)頻二工器、三工器、饋管；21.7 m電視機(jī)房電視合路器、饋管、充氣機(jī)；17.2 m和21.7 m垂直敷設(shè)至232 m天線平臺(tái)的共12根主饋管；232～339 m 所有調(diào)頻天線、電視天線單元和分饋線接頭；232～ 339 m的阻抗變換器、功率分配器。

5 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由測(cè)溫光纖、分布式光纖測(cè)溫儀、工控機(jī)和顯示終端構(gòu)成。其中，測(cè)溫光纖、分布式光纖測(cè)溫儀如圖1、圖2所示：

圖1 測(cè)溫光纖

圖2 分布式光纖測(cè)溫儀

6 操作運(yùn)行

6.1 溫度監(jiān)測(cè)

在監(jiān)測(cè)軟件界面，左鍵點(diǎn)擊溫度框可跳轉(zhuǎn)至監(jiān)測(cè)溫度點(diǎn)，右鍵點(diǎn)擊可查看內(nèi)部所有溫度點(diǎn)，如圖3、圖4所示：

圖3 溫度監(jiān)測(cè)軟件界面

6.2 報(bào)警及解除

若現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)高溫情況，主機(jī)右側(cè)顯示報(bào)警位置，并發(fā)出報(bào)警聲音，點(diǎn)擊查看自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至選中的報(bào)警區(qū)域。

故障排除后，故障點(diǎn)溫度重新降低到報(bào)警值，報(bào)警聲及報(bào)警燈會(huì)自動(dòng)取消。取消勾選的報(bào)警音，可以手動(dòng)消音復(fù)位，再次勾選恢復(fù)到監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

6.3 數(shù)據(jù)查詢

點(diǎn)擊“文件”→“數(shù)據(jù)查詢”可進(jìn)入歷史查詢界面。選擇“段式區(qū)域查詢”，再選擇需要查詢歷史信息的“段式分區(qū)”，選擇好起始時(shí)間及終止時(shí)間后，點(diǎn)擊查詢可顯示區(qū)域范圍在選定時(shí)間內(nèi)的溫度；選擇“報(bào)警記錄查詢”，選定時(shí)間范圍后，可列出所在時(shí)間內(nèi)的所有報(bào)警信息；點(diǎn)擊生成報(bào)表，可將當(dāng)前界面信息自動(dòng)生成表格。

7 維護(hù)和使用

為了更好地使用與維護(hù)這套溫度報(bào)警系統(tǒng)，四川廣播電視塔技術(shù)人員每季度都進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和線路巡查，變換點(diǎn)位對(duì)被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行人工加溫測(cè)試，確保每根測(cè)溫光纖、每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)均能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度報(bào)警。通過測(cè)試，技術(shù)人員積累了大量的溫度數(shù)據(jù)，并依此對(duì)溫度報(bào)警閾值進(jìn)行調(diào)整，確保報(bào)警的可靠性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

8 結(jié)語

該系統(tǒng)投入運(yùn)行已兩年，有3次報(bào)警，分別是位于機(jī)房?jī)?nèi)的調(diào)頻廣播十工器吸收負(fù)載過熱報(bào)警、天線桅桿內(nèi)的調(diào)頻廣播功率分配器過熱報(bào)警和調(diào)頻廣播天線分饋線接頭過熱報(bào)警。值班員收到系統(tǒng)聲光報(bào)警后，第一時(shí)間查看系統(tǒng)自動(dòng)彈出的報(bào)警信息，將準(zhǔn)確的故障點(diǎn)和溫度值報(bào)告技術(shù)人員，技術(shù)人員到達(dá)報(bào)警點(diǎn)位進(jìn)行故障檢修，經(jīng)實(shí)地檢查，點(diǎn)位準(zhǔn)確，報(bào)警及時(shí)。在2022年9月5日瀘定地震后，在還有余震的情況下，值守技術(shù)人員無法立即去機(jī)房和桅桿內(nèi)查看天饋線多工器運(yùn)行狀況，此時(shí)光纖測(cè)溫系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、即時(shí)性和可靠性再一次發(fā)揮了重要作用，技術(shù)人員在值班室內(nèi)就能查看各個(gè)天饋設(shè)備的運(yùn)行溫度，再結(jié)合其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，判斷四川廣播電視塔天饋線系統(tǒng)未受地震影響。