廣電發射臺的物聯網智能防雷監測系統改造

裴 煜

(霍邱縣廣播電視臺，安徽 六安 237400)

0 引言

隨著數字、網絡和信息廣播、廣播和信號傳輸的快速發展，信號傳輸越來越長，容易受到雷擊。再加上現代電子設備中芯片的工作電壓，元件布局中的線性距離越來越小，降低了設備的耐久性，有可能破壞通信系統的安全性和可靠性。由于寬帶網絡覆蓋范圍廣，有源元件多，雷電容量大，網絡的經濟損失難以估計。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險是一個優先事項。本文研究了基于傳統防雷技術的廣播易受防雷影響的原因以及防雷監測態勢信息系統技術、現代監測手段和防雷監測平臺的應用，廣播電視臺防雷系統的智能監測，防雷系統的安全保障和智能化發展，提高發射臺的防雷水平。

1 雷電對廣播電視發射臺的危害形式

雷電一般可分為直接雷擊和感應雷擊。任何電信設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(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、設備或人員造成損害。

1.2 感應雷

感應雷是一種雷電放電，它在相鄰導體上產生靜電感應和電磁感應，即這種火花可以通過落在地上或在云中破裂的閃電獲得。靜電感應是由雷暴云引起的，因此相鄰導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，如果導體不靠近地面，導體的感應電荷將被釋放，從而產生高電位。電磁感應是由周圍空間中電流的快速變化引起的，在導體附近產生瞬時強電磁場和高電場強度。接近雷擊點時，感應波沖擊力大，作用半徑大。如果不能及時獲得感應雷的電磁能量，放電會產生火花，可能會危及配電系統或干擾，損壞發射室內的設備，甚至引發火災。

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，設備或外殼中金屬釋放的損壞可能會危及人身安全。結果表明，數據電子器件的損壞主要是由感應電壓引起的。在電子設備中，信息通過各種組件或接口傳輸。

2 廣播電視發射臺現有防雷措施

(1)避雷針應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形接地網，將避雷針與接地網連接。(3)在中央機械裝置的靜電地板下設置銅韌帶連接電位，形成電位連接系統。(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。(5)配電柜和配電室供電系統的中央硬件配備了傳統的三相適配器，以保護發射站系統，免受電氣設備的影響。(6)配電室內的電源將電纜引至地面，屏蔽殼連接至配電室內的接地網。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。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、配電盤和中央設備的接地電阻為10 Ω[1]。有可能遇到以下問題：(1)當氣候變化可能導致雷暴時，雷暴風險的不可預測性。(2)在雷暴波情況下，無法實時跟蹤直流沖擊電流、感應電流和SPD狀態。(3)隨著接地網接地電阻的變化，接地電阻值無法實時跟蹤。因此，建議利用信息和通信技術在排雷行動中發揮作用，并通過更新現有的防雷檢測系統，進一步促進防雷檢測系統技術。

3 物聯網智能防雷監測技術

3.1 防雷監測系統現狀

目前，全球防雷行動領域正在形成一個完整的產業鏈，包括防雷設施的探測、防雷設施的設計以及一系列防雷產品的建設和生產。閃光信號由雷達和大型氣田儀器發出。然而，特別是由于系統建設的復雜性和成本，目前還沒有針對單個建筑物、設備和場所進行針對性雷暴災害報警、電流點監測和接地電阻監測的系統。每年，世界各地的人、建筑物和設備都是雷電爆炸的受害者。

3.2 物聯網智能防雷監測系統的目的

(1)評估建筑物內的防雷風險，尋找建筑物內的防雷設施，評估排雷行動的有效性，為調整排雷工作提供可靠依據；(2)通過對監測數據的分析，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)為電力保護設施的開發和應用建立可靠的數據庫；(4)提供精準的數據，以確保危險區域和雷暴環境中危險區域的雷區安全[1]。

3.3 物聯網智能防雷監測系統簡介

具體涉及智能云平臺控制系統、智能防雷報警系統、智能防雷監測器、智能傳感器、防雷探測器、智能SPD監測器、智能接地電阻傳感器等平臺和智能終端。“基于雷電的智能環境監測”系統包括云連接、智能傳輸、大數據、移動連接等的使用和應用，實現系統突破；在這種模式下，數據中心可以大大節省用戶的投資，而無需創建硬件。系統可通過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，實現遠程控制、遠程訪問、遠程維護等功能。該系統是一個智能網絡控制系統。用戶不僅可以管理相應的智能設備，還可以管理四級用戶。管理每個操作員或用戶的級別，管理設備和相應的低級用戶。該系統可以實現實時暴雨預警，感應雷電。

3.4 廣播電視發射臺物聯網智能防雷監測系統監測功能

3.4.1 智能雷電預警

智能雷電預警主要由電氣傳感器和智能控制模塊組成。智能監控模塊將傳感器電場和電磁場的數據發送至智能控制系統，并上傳至主機。控制中心提供報警信息，操作員可采取相應措施。探測現場傳感器，形成和傳播本地和遠程閃電，并能及時探測和分析直徑為30～80 km的閃電相關影響。雷暴預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%，響應時間：1 s。當雷雨準備就緒時，智能雷雨報警器能及時提醒用戶提前做好雷雨防護準備[1]。

3.4.2 直擊雷監測

直接脈沖控制主要包括線圈傳感器和智能電流監測模塊，可以跟蹤4種直接脈沖電流。控制模塊將傳感器接收到的電流信息通過柔性線圈傳感器傳輸到智能控制系統，電流波形可以通過避雷器采集。當控制中心操作員第一次獲得雷暴事故信息時，雷暴流量監測模塊可接入監測中心，并及時采取相應措施，確保設施安全穩定運行。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，可根據不同的安裝尺寸調整不同的線圈尺寸。

3.4.3 感應雷監測

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。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。當在峰值采集點安裝柔性或剛性線圈時，達到峰值電流。一套完整的電氣數據采集設備包括智能防雷箱和在線防雷監控器，可通過連接柔性或剛性羅盤繞組，對感應電流進行定量和外部檢測，并可在線跟蹤。網絡電視發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中建設電流參數控制系統，作為一種機電防雷設施。該技術處于行業領先地位，性能穩定可靠。它為用戶提供簡單的界面訪問、操作狀態和歷史信息。根據RS485協議，傳感器通過控制模塊收集當前信息，下載到云平臺的智能控制系統。智能防雷箱：IMAX 100 kA，電壓保護水平：Up 1.2 kV，感應雷電流峰值采集范圍：0.5～100 kA[2]。

3.4.4 智能 SPD 監測

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、環境溫度、空載狀態。傳感器模塊通過RS485接口與監控模塊連接，并將SPD狀態信息從傳感器模塊下載至智能平臺控制系統。

3.5 發射塔、建筑物和機房接地電阻監測

接地系統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，根據施工現場的位置，按照國家有關規定，施工現場的防雷設施每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，存在無法及時發現的隱蔽接地缺陷，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

智能云平臺基于工業云平臺的Web結構。用戶可以使用它創建任何管理和數據分析系統。良好的工程設計可直接用于PC和其他設備服務器，不需要IIS Web服務器類型，客戶端也不需要安裝基本服務器，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據管理和分析。無需安裝智能管理平臺的功能，且無需推薦服務器、瀏覽器中心或移動終端。存儲系統安全監控是在任何時間、任何地點以及使用非現場監控和分析平臺進行必要的信息監控。用戶可以查看設備狀態，分析、管理和規劃強大的時間和空間數據。與傳統設置不同，本地軟件不需要支持在線遠程升級。為客戶托管私人網站：客戶必須申請建立獨立網站；客戶端服務器必須設置IP地址；為民營企業提供全套解決方案。

4 廣播電視發射臺物聯網智能防雷監測實施方案

4.1 智能雷電預警實施方案

在智能防雷預警方面，如果只安裝傳感器檢測模塊，通過感應場采集的數據無法有效覆蓋整個電臺。收集的數據不具有可比性，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。由于對獨立環境要求較高。電場探測器保護箱和智能控制模塊安裝在發射站中心樓和發射場配電樓的屋頂上[3]。

4.2 智能 SPD 監測實施方案

安裝在發射中心主入口配電柜內的SPD和SPD監控模塊可以控制工作電壓、交流泄漏電流、外殼溫度、環境溫度和空氣負載狀態。監控模塊將傳感器模塊收集的SPD狀態信息加載到智能平臺控制系統中。

5 結語

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