一種有效的高山轉播臺綜合避雷方案

黃 光

（山東省廣播電視局大澤山轉播臺，山東 平度 266700）

1 引言

山東省廣播電視局大澤山轉播臺位于山東省平度大澤山山脈的高山極頂上，東西高山連綿，南北兩邊均為大海。北可極目渤海岸線，南能眺望嶗山，其間廣闊區域極為平坦，這種地理環境造就了強風和雷電的多發。尤其是雷雨季節里，由于自然環境的原因，雷電從未遠離過。每當雷擊侵襲過后，設備損壞往往都很大。相較于以前發送設備的電子管、晶體管的抗雷擊性和維修成本，現在的數字化和大規模集成電路不可同日而語，一旦遭受雷擊，必定運行癱瘓，損失相當慘重，給安全播出工作帶來極大的隱患。由于山東省廣播電視局大澤山轉播臺肩負著膠東半島大范圍的無線覆蓋工作，且節目眾多，一旦停播，影響面積和范圍較大。

所以如何避免雷擊侵襲損壞設備，將損失降至最低，是技術工作人員孜孜以求的。深入研究和實踐防雷工作，保障數字化、集成化設備能夠正常運轉，也是技術工作人員不可推卸的職責。

本文介紹的這種綜合避雷方案的完善和形成，是工作者許多年工作經驗的實踐與總結。

2 雷電及其危害

對于雷電的認識，教科書中有詳細的介紹，在這里簡單說明一下。

雷電是一種攜帶了巨大能量的自然現象，可以產生高達數百萬伏的電壓，數百千安的瞬間沖擊電流，往往具有強大的破壞性，令人防不勝防，也是國內外許多專家進行研究的一個主要課題。普遍認為，雷電主要有直擊雷和感應雷兩種。其中直擊雷是由于帶電積云和大地之間放電造成的；而感應雷的形成原因有兩種，分為靜電感應雷和電磁感應雷。

靜電感應雷：由于帶電積云接近地面，在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起靜電感應雷，靜電感應雷將產生很高的電位。

電磁感應雷：由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場引起電磁感應雷。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導體上感應出很高的電動勢。雷電感應引起的電磁能量若不及時泄入地下，可能產生放電火花，引起火災、爆炸或造成觸電事故。

雷雨季節里，在高山頂上的發射塔、變壓器室、發射機房常常見到遭受到的雷擊現象有鐵塔尖端出現“呲呲”放電聲，絕緣子拉弧放電，變壓器室避雷器炸裂、起火，低壓避雷板整個燒毀，機房內金屬件間拉弧，嚴重的一次曾將隔離變壓器燒損。

總起來說，其危害性如下：①雷電的機械效應。可擊毀桿塔和建造，傷害人畜。②雷電的熱效應。可燒斷導線，燒毀設備，引起火災。③雷電的電磁效應。可產生過電壓，擊穿電氣絕緣，甚至引起火災和爆炸，造成人身傷亡。④雷電的閃絡放電。可引起絕緣子燒壞，開關跳閘，線路停電，或引起火災等。

3 避雷方案及實踐

由于山東省廣播電視局大澤山轉播臺處于雷雨多發區，每逢雷雨季節，必定損壞大量的高壓避雷器、低壓避雷器，甚至設備拉弧打火，人和設備都存在危險。期間，工作人員不斷地進行各種防范實驗，不斷地總結分析，發現設備的損壞80%以上是由電源端侵入引起，還有一部分是地電位反擊或者地零線使用了同一個地網。

針對這些情況，有必要探索出一條適合本臺實際的方案，如圖1所示。

3.1 高壓線的避雷措施

通過多年的實踐和觀察研究發現，高空架設的較長裸露高壓線引發雷擊導致設備損壞的情況很多，雖然采取了很多措施，也在架空線鐵塔上安裝了多組高壓避雷器，但每次雷擊總是會造成破裂、燃燒、短路跳閘等。鑒于這種情況，通過實地考察和論證，對山腳到山頂兩個不同路由的兩組架空高壓線路進行了改造，自山腳高壓線桿處將裸露架空線改為鎧裝高壓電纜線，并沿山脊蜿蜒而上，分別進行了地埋處理，最后送至高壓變壓器室，兩個路由合計總共15 km。這項工程完成后極大地改善了設備遭受雷擊的情況。

圖1 配電裝置防護高電位侵入的接線示意圖

3.2 高壓變壓器室的避雷措施

進入高壓變壓器室的地埋電纜被接到墻壁隔離開關的三個靜觸點上，三個動觸點下端接高壓保險絲并安裝高壓交流無間隙氧化鋅避雷器作為第一級防雷。經過第一級防雷措施的高壓被接入高壓變壓器的初級，高壓變壓器的次級輸出并聯了低壓交流無間隙氧化鋅避雷器和尖端放電器，作為第二級避雷。

3.3 低壓配電室與發送設備配電柜間的避雷措施

經過第二級避雷措施后的電源進入低壓配電室。低壓配電室共有三路不同路由的電源進入，即A 路、B 路和自發電。綜合各方面考慮，低壓配電柜設備選用了山東魯億通智能電氣股份有限公司的低壓成套設備產品。該產品采用框架斷路器和抽屜式結構，額定電流1 000 A，具有良好的保護功能，可靠性高。通過多年的使用，非常值得信賴。

為了確保交流電源端遭受雷擊侵襲對設備的損害，在低壓配電室的電源輸出和發射機配電柜電源輸入之間增加了一個600 A 的1∶1 的隔離變壓器，該干式防雷變壓器選用了新電元（上海）電器有限公司的產品。低壓配電室的交流電源輸出通過雙投閘刀首先進入到隔離變壓器的初級，再由其次級輸出至發射機配電柜的交流輸入端。在干式隔離變壓器的輸入端，安裝了氧化鋅低壓避雷器和交流防雷模塊，與隔離變壓器一起共同組成第三級避雷。

3.4 發送設備電源輸入端的避雷措施

經過高壓地埋電纜和三級避雷措施的交流電源此時被送入發射機，此時，即使有雷擊的影響也會對設備起到有效的保護作用。為了進一步減少設備損壞，在每一部發射機的交流電源輸入端增加避雷板裝置，避雷板有諸多壓敏電阻構成。相線與相線之間、相線與零線之間、相線與地線之間都使用了耐壓680 V 或耐壓330 V 的壓敏電阻做最后一道避雷防護。

3.5 地網的建設

北方高山少土多石，植被并不豐富，導致雷電電流不能及時泄放，從而引起極高電壓或極大電流作用于設備，導致設備器件或者爆裂、或者燒毀，也就是通稱的地電位反擊。尤其當地線和零線使用同一個地網時更為嚴重。鑒于這種情況，使用石墨繩在土層較多處分別選址做了5 處地網，加大了地網面積以及土層的深度。有些地方土層稀薄，需從山下用運輸車運土。做成后的地網被分成2 個單獨的部分，一部分作為地線專用地網接至機房地線和發射鐵塔，另一部分作為零線的專用地網使用。這樣將了地、零地網相對分開。

4 效果與總結

通過幾年來有針對性的改造，實踐中取得了良好的預期效果，設備損壞大規模減少，人身安全、設備安全有了更大保障，積極地保障了播出安全，主要有這些措施：地埋電纜改造杜絕了以前山脊架空線路容易遭受直擊雷和感應雷的狀況，使雷電侵襲交流電源的機會大大減少。合理選址，制造一個個避雷坑來加大地網的泄放面積，使雷擊時強大的電流有了迅速泄通的渠道，解決了地電位反擊問題。建立2 個相對獨立的避雷泄放地網，分別接地線和零線。使用600 kVA干式隔離變壓器，進一步保障了設備安全。對于發射設備而言，壓敏電阻避雷板的廣泛應用起到了積極作用。