湖南高山臺(tái)站數(shù)字微波網(wǎng)防雷系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與實(shí)施

謝 濤

（湖南省廣播電視局微波總站工程科，湖南長沙，410003）

1 目前情況

作為國家公共服務(wù)體系建設(shè)的重要組成部分，高山臺(tái)站將成為保證信息暢通的前沿陣地，安全播出至關(guān)重要。而雷電一直以來都是影響安全的關(guān)鍵因素，如若不能有效改善傳統(tǒng)防雷設(shè)置，勢(shì)必將造成極大的安全隱患。

湖南省廣播電視微波總站共有25座高山發(fā)射站，分布14個(gè)市州，19個(gè)骨干高山臺(tái)站，無線覆蓋5000萬人口，作用非常重要。而且多處于高山上，平均海拔1000米左右，年雷暴日天數(shù)為57T/a，屬于高雷區(qū)，易遭雷擊。2014年通過實(shí)地勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：1）防雷系統(tǒng)、設(shè)施老化。2）接地網(wǎng)與現(xiàn)代防雷技術(shù)要求有較大差異。3）機(jī)房?jī)?nèi)部無全面的感應(yīng)雷防護(hù)措施。4）供電線路未逐級(jí)安裝低壓線路浪涌保護(hù)器。5）機(jī)房無防靜電地板，無等電位設(shè)施。天饋系統(tǒng)大部分未采取防雷措施。

2 高山微波站防雷改造

2.1 項(xiàng)目情況

以老鴨山為例，老鴨山無線數(shù)字電視發(fā)射基站位于隆回縣小沙江鎮(zhèn)群山之中，處于老鴨山峰頂，年雷暴日天數(shù)為57T/a,屬于高雷區(qū)，易遭雷擊，具體情況如下：

發(fā)射機(jī)房為一層平房，機(jī)房長約6.5米、寬約4米，高約3.8米，機(jī)房地面有一電纜槽，測(cè)得機(jī)房原接地銅帶接地電阻為29.7Ω，測(cè)得土壤電阻為500Ω·m。機(jī)房?jī)?nèi)電源由右下角的配電房引來，采用三相交流380v，配電房設(shè)有1臺(tái)三相自動(dòng)配電控制柜，發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)1臺(tái)三相動(dòng)力控制柜。

依現(xiàn)場(chǎng)情況，不符合防雷技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，故應(yīng)改造。微波機(jī)房采用聯(lián)合接地方式，機(jī)房設(shè)備的防感應(yīng)雷接地共用一個(gè)地網(wǎng)，要求接地電阻值不大于4Ω。

2.2 改造方式

機(jī)房電源過壓保護(hù)：配電系統(tǒng)是機(jī)房安全運(yùn)轉(zhuǎn)的“心臟”。按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010規(guī)定，發(fā)射機(jī)房防雷設(shè)施應(yīng)依B類建筑物設(shè)計(jì)，配電系統(tǒng)感應(yīng)雷需分級(jí)防護(hù)，至少兩級(jí)，特別重要的系統(tǒng)中，需多級(jí)防護(hù)。

2.3 機(jī)房等電位連接及合理布線

機(jī)房等電位連接及布線具體如下：1）在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一臺(tái)KBT-S雷擊電流矢量控制箱用作防雷接地、設(shè)備保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地，防止地電位反擊對(duì)機(jī)房設(shè)備造成的影響；2）將機(jī)房?jī)?nèi)的電源箱、室外電源箱、發(fā)射機(jī)、UPS等有源設(shè)備的金屬機(jī)殼進(jìn)行接地，接地線用16mm2多股銅線,消除設(shè)備之間的電位差，機(jī)殼接地應(yīng)與防雷接地分開。3）將機(jī)房?jī)?nèi)的金屬百葉窗、金屬防盜門、光纜屏蔽層、線槽、機(jī)架等無源導(dǎo)電設(shè)施進(jìn)行接地，接地線采用6mm2多股銅線連接。4）從接地箱引出一條鍍鋅扁鋼與基站接地網(wǎng)相連，構(gòu)成完成的等電位連接體系。

2.4 雷擊電流矢量控制接地技術(shù)

接地防雷措施發(fā)揮效果的前提，為了消除各設(shè)備之間的電壓差，通常采用將防雷接地、工作接地、設(shè)備保護(hù)接地同時(shí)接到機(jī)房等電位匯流排，共用基站地網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)。

基站雷害與基站地網(wǎng)的雷電最大有效沖擊半徑有關(guān)，因基站建設(shè)地形復(fù)雜，選擇地電位反擊作為雷電的重要形式更妥。

在接閃后，當(dāng)雷電流流過引下線和整個(gè)接地裝置的時(shí)候，雷電流在接地裝置各部分造成的電壓降是不相等的，于是在接地裝置各部分之間就存在電壓分布不均，而在接地裝置與接在其上的設(shè)備之間就有電位反擊的問題。

從遠(yuǎn)處引入建筑物的電源線、通信線和其它線路，它們連接在遠(yuǎn)處的地上。其工作電壓就是以“遠(yuǎn)地”電位為參考點(diǎn)的電壓。而在雷擊發(fā)生的短時(shí)間內(nèi)，在“本地”接地裝置上產(chǎn)生的這個(gè)瞬間電壓升高就成為一個(gè)相對(duì)于外引導(dǎo)線和設(shè)備的真實(shí)的電壓升高了。一旦在這個(gè)電壓下發(fā)生電擊，其方向就是從“本地”接地裝置擊向這些外引導(dǎo)線和設(shè)備，所以稱為反擊。

反擊主要發(fā)生在：電源供電線路和相聯(lián)的電源變壓器；引入（出）室內(nèi)設(shè)備的通信、控制、信號(hào)以及數(shù)據(jù)采集等線路和聯(lián)接在這些線路上的接口設(shè)備；從室外引入室內(nèi)的各種金屬管道、電線電纜等。

防止地電位反擊技術(shù)是在每個(gè)雷電流侵入所要保護(hù)系統(tǒng)的通道上面采取矢量控制的措施，將改變雷電流的大小與方向；同時(shí)，采用旁路分流的方式為雷電流的瀉放提供良好的瀉流通道，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

雷擊電流矢量接地控制技術(shù)：如圖1所示，將基站內(nèi)接地線按功能分為三類，工作接地線、防雷接地線、保護(hù)接地線，同時(shí)在工作接地線和保護(hù)接地線與聯(lián)合接地網(wǎng)之間串聯(lián)“雷擊電流矢量控制器”，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)上存在雷電流時(shí)，“雷擊電流矢量控制器”開始工作，對(duì)連接通道進(jìn)行隔離，使得地網(wǎng)上的雷電流不能通過工作接地線與保護(hù)接地線反串進(jìn)入通信系統(tǒng)，而只余對(duì)大地瀉放這一個(gè)通道。

采用串聯(lián)型工作方式，自感系數(shù)高，靈敏度高；直流和工頻時(shí)，設(shè)備處于短路狀態(tài)，保障靜電荷的泄放和提供保護(hù)電流及漏電流的通道。當(dāng)有浪涌電流發(fā)生以及大地?zé)嵩胍簟㈦s音生產(chǎn)時(shí)，抑制器呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，抑制高頻脈沖浪涌電流和雜音電流通過，有效阻斷由地電位提高引起的高壓反擊，同時(shí)切斷設(shè)備的擊穿電流。

圖1

2.5 聯(lián)合接地系統(tǒng)均壓等電位改造

2.5.1 電視轉(zhuǎn)播臺(tái)供電系統(tǒng)過壓防護(hù)。廣電高山臺(tái)站一般建造在離市區(qū)比較遠(yuǎn)的山頂，而且鋪設(shè)在山區(qū)丘陵地帶，雷擊頻繁，閃電通過高壓線路侵入變壓器和機(jī)房，造成設(shè)備損壞的事故占到雷擊事故的80%以上，因此供電線路的過壓防護(hù)將是高山臺(tái)站防雷重中之重。

供電線路的過壓防護(hù)應(yīng)從減少高壓線纜被雷擊的概率和通過安裝電源防雷器泄放雷電兩個(gè)方面的措施。

（1）電力傳輸線纜的防雷保護(hù)。①電視轉(zhuǎn)播臺(tái)的高壓和低壓線纜必須埋地入局，高壓埋地不小于200米，低壓部分從變壓器至機(jī)房全程埋地敷設(shè)。②已建站的架空高壓線采用避雷線有困難時(shí)，宜在變壓器高壓側(cè)安裝一組氧化鋅避雷器，并降低變壓器的雷擊沖擊接地電阻，及時(shí)泄放電源線路遭受雷擊產(chǎn)生的雷電。

（2）機(jī)房電源安裝多級(jí)低壓電涌保護(hù)器。臺(tái)站的電源系統(tǒng)雷電過壓保護(hù)應(yīng)根據(jù)臺(tái)內(nèi)交流供電系統(tǒng)的情況，選擇在變壓器低壓側(cè)、低壓配電柜、機(jī)房配電柜、電源和傳輸列頭柜等處安裝低壓電涌保護(hù)器。

2.5.2 機(jī)房等電位設(shè)施安裝。機(jī)房等電位設(shè)施是機(jī)房電子、電氣設(shè)備和防雷設(shè)施與接地系統(tǒng)聯(lián)系的“橋梁”，是防雷接地系統(tǒng)的重要組成部分。機(jī)房?jī)?nèi)的走線架應(yīng)每隔5米做一次接地，走線架，吊掛鐵件，機(jī)架，金屬通風(fēng)管道，金屬門窗以及其他金屬管線，均應(yīng)良好接地并相互妥善連通。引入機(jī)房的光纖，其金屬護(hù)層和加強(qiáng)筋在進(jìn)機(jī)房時(shí)做接地處理。作接地線與保護(hù)接地線反串進(jìn)入通信系統(tǒng)，而只余對(duì)大地瀉放這一個(gè)通道。

2.5.3 天饋系統(tǒng)防雷措施。通過大量的雷擊事故的分析，天饋線路是高山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)一條重要的引雷通道，必須加強(qiáng)雷電防護(hù)措施。饋管兩頭金屬防護(hù)層需做接地處理，如果饋管長度大于60米，須在鐵塔中間做一次接地，饋管橋架須多點(diǎn)接地。

2.5.4 機(jī)房屋頂避雷網(wǎng)安裝。為了防止閃電對(duì)機(jī)房工作人員和建筑構(gòu)成的危害，同時(shí)衰減鐵塔接閃后在機(jī)房周圍形成的電磁脈沖輻射，機(jī)房屋頂需建造避雷網(wǎng)，安裝完成后與機(jī)房避雷帶多點(diǎn)焊接連通，同時(shí)，在機(jī)房四個(gè)角用鍍鋅圓鋼做引下線與機(jī)房環(huán)形接地裝置相連。

3 結(jié)束語

高山微波站的防雷工程并非是簡(jiǎn)單的接地或者單一的雷電過電壓保護(hù)器件應(yīng)用，由于微波站所處環(huán)境的不同，雷擊的季節(jié)和強(qiáng)度都不一樣，需將保護(hù)的臺(tái)站作為一個(gè)整體，堵塞所有的雷電入侵的渠道。所以對(duì)全省微波臺(tái)站防雷改造也是為廣播電視安全播出提供有力的基礎(chǔ)技術(shù)保障。

[1]YD2011-1993.《微波站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》

[2]YD_5098-2005.《通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》

[3]GB50343-2012.《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》