衛星地面接收站可行性防雷改造方案研究

趙喜永

（國家衛星海洋應用中心牡丹江站，牡丹江 157000）

隨著我國衛星通信和衛星遙感事業的快速發展，衛星數據的接收已經呈現出快速、準確、穩定、連續的特點，地面站作為數據接收的第一關，保證地面站的穩定連續工作尤為重要。地面站的功能屬性決定它是雷擊災害的高發部門，完善其雷電防護措施，提升雷電防護能力，是保證衛星地面接收系統穩定連續運行的重點工作。

1 雷電對設備損害途徑及防護措施

1.1 雷電對電子設備損害途徑

我站近幾年發生的雷電災害中被損壞的設備多為線纜端的終端設備，如馬達驅動器、工控機主板、顯示器、變頻器及弱電設備等，經過對我站機房外線連接分析和總結，機房與外部連接主要在是電源線、信號線及設備地線引線三種，被雷電損害的設備均是這三種連接方式中的組成部分。初步判斷我站雷電損害途徑為以上三種，進而歸納為過電壓在線路中的傳導和地電位產生的反擊是造成設備損壞的主因。

1.2 常見雷擊存在的主要形式

1.2.1 直擊雷擊

直擊雷擊是兩個帶電荷的云層直接對大地的某一地點直接放電的現象。直擊雷擊可以對地面的人蓄、高大建筑物、樹木等直接放電，從而產生人員傷亡、建筑物損壞、山火等雷擊災害。對于衛星地面站對于直擊雷的防護主要采取建設避雷塔、盡量減少線纜的架空和裸露等。

1.2.2 感應雷擊

感應雷擊是由雷電發生后通過產生強大的變化電磁場對周圍設備造成損壞的一種雷擊現象。近年來發生雷擊現象表明這種雷擊破壞性更大，范圍更廣，危害程度更深。在地面站建設中要做好感應雷的防護，減少裸露金屬與機房內的連接，特別是弱電設備的連接，因為感應雷擊對弱電設備危害較大。

2 牡丹江站雷擊案例分析

經過同本站沒有遭受雷擊天線系統的對比分析發現：一是雷擊天線與機房之間的連接采用通信電纜并全部處于管溝的水中，在兩端入戶處沒有將電纜的外護層金屬接地，并且雷擊天線距離控制機房距離較遠地面空曠，其他天線均采用光纖作為信號傳導，避免了雷電襲擊。二是天線的供電配電箱沒有安裝SPD。三是機房設備沒有有效的進行等點位連接，此外機房等電位連接采用的是普通接地線連接靜電地板下的金屬支架，泄放雷電性能較差。

3 牡丹江站雷電防護可行性改造方案

3.1 配電系統防雷改造

根據我站防雷實際，我們設計方案是三級防雷。站區總配電入戶處為一級防護，進入業務樓、業務機房、天線塔基、UPS 等處的為二級防護，直接為核心設備供電前端為三級防護。在設計防護時要注意各級SPD 中的UP 值要依次減小，如二級防護UP值大于一級防護UP 值，會導致在雷電發生時二級防護先啟動保護，一級防護后啟動保護，這樣一級防護失去了保護的意義。

3.2 機房等電位改造方案

根據我站機房的設備較多、布局分散的特點，等電位方案采用星狀－網狀混合型等電位結構。采用以上等電位連接主要考慮我站設備分布于不同機房、設備間連線復雜，所以在設備機房采用就近連接等電位系統。這種布局可以在高頻時獲得于一個低阻抗網絡，對外界電磁場有一定的衰減作用，同時星狀接地結構可以干擾電流不能形成回路，減少環路的干擾。

3.3 業務樓雷電泄放地網的改造方案

為提高業務樓現有防雷系統的性能，在業務樓四周加裝一圈防雷地網，并在地網中每隔一定間距下埋一根垂直接地體，外接地網與業務樓基礎內的金屬結構相連組成一個完整防雷地網。水平和垂直接地體埋深離地面70cm 以上（同時考慮凍土層），水平接地體用4mm×40mm 或以上規格的扁鋼，垂直接地體用40mm×40mm×4mm 或以上規格長2.5m 的角鋼。通過這種改造提高了雷電泄放的能力，可以更好保護設備。

3.4 入戶線屏蔽改造和安裝站內場強中和裝置

入戶線的屏蔽也是防雷應有的措施，通信電纜和光纜從外面或地下進入業務樓或機房內時，需在入口處把外護層金屬和金屬加強芯等接地，防止把雷電引入到機房。在站內安裝雷電電磁中和器，構建雷電電磁中和矩陣，降低站域內雷電電磁場強度，減少雷電下行通道的形成，雷電中和裝置易選取在重點保護位置，如我站的業務樓樓頂和三座天線避雷處。

4 結束語

本文重點在通過我站的雷電防護實例，在遇到此種雷電現象給予一種有效參考，同時隨著未來科學技術的發展，必將能形成雷電防護更有效的辦法和措施。