廣電發(fā)射臺的物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)改造

裴 煜

(霍邱縣廣播電視臺，安徽 六安 237400)

0 引言

隨著數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)和信息廣播、廣播和信號傳輸?shù)目焖侔l(fā)展，信號傳輸越來越長，容易受到雷擊。再加上現(xiàn)代電子設(shè)備中芯片的工作電壓，元件布局中的線性距離越來越小，降低了設(shè)備的耐久性，有可能破壞通信系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，有源元件多，雷電容量大，網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟損失難以估計。在這方面，提供有效的防雷保護和減少廣播電視面臨的雷暴風(fēng)險是一個優(yōu)先事項。本文研究了基于傳統(tǒng)防雷技術(shù)的廣播易受防雷影響的原因以及防雷監(jiān)測態(tài)勢信息系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)代監(jiān)測手段和防雷監(jiān)測平臺的應(yīng)用，廣播電視臺防雷系統(tǒng)的智能監(jiān)測，防雷系統(tǒng)的安全保障和智能化發(fā)展，提高發(fā)射臺的防雷水平。

1 雷電對廣播電視發(fā)射臺的危害形式

雷電一般可分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊。任何電信設(shè)備都將直接受到防雷的影響。

1.1 直擊雷

直接沖擊是指帶電云與地面目標(biāo)(如建筑物頂部、鐵塔、天線等)之間的快速放電。直擊雷沖擊時，強雷擊電流沿接地線減小，接地后地電位瞬間升高，對接地電阻、設(shè)備或人員造成損害。

1.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是一種雷電放電，它在相鄰導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，即這種火花可以通過落在地上或在云中破裂的閃電獲得。靜電感應(yīng)是由雷暴云引起的，因此相鄰導(dǎo)體必須感受到與第一個傳輸通道符號相反的電荷。在雷電放電過程中，電荷在第一個傳輸通道中迅速被中和，如果導(dǎo)體不靠近地面，導(dǎo)體的感應(yīng)電荷將被釋放，從而產(chǎn)生高電位。電磁感應(yīng)是由周圍空間中電流的快速變化引起的，在導(dǎo)體附近產(chǎn)生瞬時強電磁場和高電場強度。接近雷擊點時，感應(yīng)波沖擊力大，作用半徑大。如果不能及時獲得感應(yīng)雷的電磁能量，放電會產(chǎn)生火花，可能會危及配電系統(tǒng)或干擾，損壞發(fā)射室內(nèi)的設(shè)備，甚至引發(fā)火災(zāi)。

1.3 雷電波侵入

如果傳輸線、通信電纜或金屬線或電源線直接受到感應(yīng)雷的沖擊或影響，雷暴的高壓電位將通過這些電線進入機庫，設(shè)備或外殼中金屬釋放的損壞可能會危及人身安全。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)電子器件的損壞主要是由感應(yīng)電壓引起的。在電子設(shè)備中，信息通過各種組件或接口傳輸。

2 廣播電視發(fā)射臺現(xiàn)有防雷措施

(1)避雷針應(yīng)安裝在兩座鐵塔的頂部，以防止直接沖擊。(2)在中央配電樓屋頂周邊安裝避雷針和環(huán)形接地網(wǎng)，將避雷針與接地網(wǎng)連接。(3)在中央機械裝置的靜電地板下設(shè)置銅韌帶連接電位，形成電位連接系統(tǒng)。(4)銅排安裝在配電室靜電地板下方，可連接形成電氣通信系統(tǒng)。(5)配電柜和配電室供電系統(tǒng)的中央硬件配備了傳統(tǒng)的三相適配器，以保護發(fā)射站系統(tǒng)，免受電氣設(shè)備的影響。(6)配電室內(nèi)的電源將電纜引至地面，屏蔽殼連接至配電室內(nèi)的接地網(wǎng)。位于中央辦公室配電室的電纜也用于地面，屏蔽外殼連接到建筑物的接地網(wǎng)。建筑物之間的通信線路有效地防止雷暴波通過隧道，并通過接地屏進行處理。塔架、配電盤和中央設(shè)備的接地電阻為10 Ω[1]。有可能遇到以下問題：(1)當(dāng)氣候變化可能導(dǎo)致雷暴時，雷暴風(fēng)險的不可預(yù)測性。(2)在雷暴波情況下，無法實時跟蹤直流沖擊電流、感應(yīng)電流和SPD狀態(tài)。(3)隨著接地網(wǎng)接地電阻的變化，接地電阻值無法實時跟蹤。因此，建議利用信息和通信技術(shù)在排雷行動中發(fā)揮作用，并通過更新現(xiàn)有的防雷檢測系統(tǒng)，進一步促進防雷檢測系統(tǒng)技術(shù)。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測技術(shù)

3.1 防雷監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，全球防雷行動領(lǐng)域正在形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括防雷設(shè)施的探測、防雷設(shè)施的設(shè)計以及一系列防雷產(chǎn)品的建設(shè)和生產(chǎn)。閃光信號由雷達(dá)和大型氣田儀器發(fā)出。然而，特別是由于系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性和成本，目前還沒有針對單個建筑物、設(shè)備和場所進行針對性雷暴災(zāi)害報警、電流點監(jiān)測和接地電阻監(jiān)測的系統(tǒng)。每年，世界各地的人、建筑物和設(shè)備都是雷電爆炸的受害者。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)的目的

(1)評估建筑物內(nèi)的防雷風(fēng)險，尋找建筑物內(nèi)的防雷設(shè)施，評估排雷行動的有效性，為調(diào)整排雷工作提供可靠依據(jù)；(2)通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，有針對性的防雷供電措施可以有效提高排雷行動效率，減少用戶投資；(3)為電力保護設(shè)施的開發(fā)和應(yīng)用建立可靠的數(shù)據(jù)庫；(4)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，以確保危險區(qū)域和雷暴環(huán)境中危險區(qū)域的雷區(qū)安全[1]。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)簡介

具體涉及智能云平臺控制系統(tǒng)、智能防雷報警系統(tǒng)、智能防雷監(jiān)測器、智能傳感器、防雷探測器、智能SPD監(jiān)測器、智能接地電阻傳感器等平臺和智能終端?！盎诶纂姷闹悄墉h(huán)境監(jiān)測”系統(tǒng)包括云連接、智能傳輸、大數(shù)據(jù)、移動連接等的使用和應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)突破；在這種模式下，數(shù)據(jù)中心可以大大節(jié)省用戶的投資，而無需創(chuàng)建硬件。系統(tǒng)可通過PC、手機或其他移動終端訪問。移動登錄終端采用App登錄，提供便捷界面，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程訪問、遠(yuǎn)程維護等功能。該系統(tǒng)是一個智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。用戶不僅可以管理相應(yīng)的智能設(shè)備，還可以管理四級用戶。管理每個操作員或用戶的級別，管理設(shè)備和相應(yīng)的低級用戶。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時暴雨預(yù)警，感應(yīng)雷電。

3.4 廣播電視發(fā)射臺物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測功能

3.4.1 智能雷電預(yù)警

智能雷電預(yù)警主要由電氣傳感器和智能控制模塊組成。智能監(jiān)控模塊將傳感器電場和電磁場的數(shù)據(jù)發(fā)送至智能控制系統(tǒng)，并上傳至主機。控制中心提供報警信息，操作員可采取相應(yīng)措施。探測現(xiàn)場傳感器，形成和傳播本地和遠(yuǎn)程閃電，并能及時探測和分析直徑為30～80 km的閃電相關(guān)影響。雷暴預(yù)警電場傳感器探測范圍：50 kV/M+50 kV/M，分辨率：20 V/M，精度：<5%，響應(yīng)時間：1 s。當(dāng)雷雨準(zhǔn)備就緒時，智能雷雨報警器能及時提醒用戶提前做好雷雨防護準(zhǔn)備[1]。

3.4.2 直擊雷監(jiān)測

直接脈沖控制主要包括線圈傳感器和智能電流監(jiān)測模塊，可以跟蹤4種直接脈沖電流?？刂颇K將傳感器接收到的電流信息通過柔性線圈傳感器傳輸?shù)街悄芸刂葡到y(tǒng)，電流波形可以通過避雷器采集。當(dāng)控制中心操作員第一次獲得雷暴事故信息時，雷暴流量監(jiān)測模塊可接入監(jiān)測中心，并及時采取相應(yīng)措施，確保設(shè)施安全穩(wěn)定運行。柔性羅茲線圈可用于避雷器、波形或峰值電流。線圈的采集雷電電流范圍0.5～100 kA，線圈的采集精度：±5%，線圈的頻率范圍：20 Hz～10 MHz，可根據(jù)不同的安裝尺寸調(diào)整不同的線圈尺寸。

3.4.3 感應(yīng)雷監(jiān)測

控制器主要由柔性或剛性傳感器和智能電流控制模塊組成。它提供了一個感應(yīng)電流跟蹤控制模塊，通過從傳感器端口傳輸接收到的信息，形成一個通用的智能控制系統(tǒng)。它可以通過柔性羅盤線圈、剛性羅盤線圈和在線觀測進行采集和控制。當(dāng)在峰值采集點安裝柔性或剛性線圈時，達(dá)到峰值電流。一套完整的電氣數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括智能防雷箱和在線防雷監(jiān)控器，可通過連接柔性或剛性羅盤繞組，對感應(yīng)電流進行定量和外部檢測，并可在線跟蹤。網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)射機的空氣閥和鐵路防雷裝置，可用于防雷，并在該低壓配電系統(tǒng)中建設(shè)電流參數(shù)控制系統(tǒng)，作為一種機電防雷設(shè)施。該技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，性能穩(wěn)定可靠。它為用戶提供簡單的界面訪問、操作狀態(tài)和歷史信息。根據(jù)RS485協(xié)議，傳感器通過控制模塊收集當(dāng)前信息，下載到云平臺的智能控制系統(tǒng)。智能防雷箱：IMAX 100 kA，電壓保護水平：Up 1.2 kV，感應(yīng)雷電流峰值采集范圍：0.5～100 kA[2]。

3.4.4 智能 SPD 監(jiān)測

SPD智能控制主要由傳感器模塊和控制模塊組成，可以控制工作電壓、交流泄漏、外殼溫度、環(huán)境溫度、空載狀態(tài)。傳感器模塊通過RS485接口與監(jiān)控模塊連接，并將SPD狀態(tài)信息從傳感器模塊下載至智能平臺控制系統(tǒng)。

3.5 發(fā)射塔、建筑物和機房接地電阻監(jiān)測

接地系統(tǒng)包括在土壤電阻率較高的地方，通過降阻、特殊接地、深井施工等方式降低接地電阻。一般情況下，接地施工完成后，使用專用接地電阻傳感器手動檢查接地電阻。驗收后，根據(jù)施工現(xiàn)場的位置，按照國家有關(guān)規(guī)定，施工現(xiàn)場的防雷設(shè)施每6個月或1年進行一次人工檢測。試驗前，接地電阻長期處于不確定狀態(tài)，存在無法及時發(fā)現(xiàn)的隱蔽接地缺陷，尤其是在有爆炸危險可能的場所。

3.6 智能云平臺管理系統(tǒng)

智能云平臺基于工業(yè)云平臺的Web結(jié)構(gòu)。用戶可以使用它創(chuàng)建任何管理和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。良好的工程設(shè)計可直接用于PC和其他設(shè)備服務(wù)器，不需要IIS Web服務(wù)器類型，客戶端也不需要安裝基本服務(wù)器，不需要瀏覽器。智能平臺提供了一個理想的解決方案，需要在不同平臺上進行數(shù)據(jù)管理和分析。無需安裝智能管理平臺的功能，且無需推薦服務(wù)器、瀏覽器中心或移動終端。存儲系統(tǒng)安全監(jiān)控是在任何時間、任何地點以及使用非現(xiàn)場監(jiān)控和分析平臺進行必要的信息監(jiān)控。用戶可以查看設(shè)備狀態(tài)，分析、管理和規(guī)劃強大的時間和空間數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)設(shè)置不同，本地軟件不需要支持在線遠(yuǎn)程升級。為客戶托管私人網(wǎng)站：客戶必須申請建立獨立網(wǎng)站；客戶端服務(wù)器必須設(shè)置IP地址；為民營企業(yè)提供全套解決方案。

4 廣播電視發(fā)射臺物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測實施方案

4.1 智能雷電預(yù)警實施方案

在智能防雷預(yù)警方面，如果只安裝傳感器檢測模塊，通過感應(yīng)場采集的數(shù)據(jù)無法有效覆蓋整個電臺。收集的數(shù)據(jù)不具有可比性，檢測精度不高，這可能會增加錯誤概率。本研究的目的是提高測量精度的誤差。由于對獨立環(huán)境要求較高。電場探測器保護箱和智能控制模塊安裝在發(fā)射站中心樓和發(fā)射場配電樓的屋頂上[3]。

4.2 智能 SPD 監(jiān)測實施方案

安裝在發(fā)射中心主入口配電柜內(nèi)的SPD和SPD監(jiān)控模塊可以控制工作電壓、交流泄漏電流、外殼溫度、環(huán)境溫度和空氣負(fù)載狀態(tài)。監(jiān)控模塊將傳感器模塊收集的SPD狀態(tài)信息加載到智能平臺控制系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

綜上所述，本文討論了無線電發(fā)射機防雷系統(tǒng)現(xiàn)代化的概念。通過升級后的在線監(jiān)測平臺，可以實現(xiàn)雷電預(yù)警等實時監(jiān)測功能。雷暴觀測可以確保公共安全和發(fā)射臺的正常運行和信息共享。