中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷措施設(shè)計研究

巴特爾，海英

（內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心烏拉特后871臺，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015500）

中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)由發(fā)射機、天饋系統(tǒng)共同組成，發(fā)射系統(tǒng)的天線是中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的重要組成，其相對水平位置較高，很容易遭受雷擊。在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)出現(xiàn)雷擊之后，電力設(shè)備會出現(xiàn)損壞，由此會降低中波發(fā)射臺的工作水平。為此，文章結(jié)合中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運行特點以及雷電的形式，就中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷設(shè)計問題予以探討，旨在能夠提升中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防范雷電天氣的能力。

1 中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷保護原理

在極大的雷電波作用下會在其周圍形成瞬間電磁場，由此會產(chǎn)生脈沖電磁輻射，之后會對區(qū)域范圍內(nèi)的導體、用電設(shè)備產(chǎn)生脈沖。如何將期間產(chǎn)生的瞬間電脈沖阻擋在發(fā)射機的外部是中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷工作人員需要思考和解決的問題。在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作過程中常見的雷電類型包含四種，分別是直擊雷、感應(yīng)雷。直擊雷產(chǎn)生的危害范圍廣、破壞性較強，在雷電擊打到架空輸電線的時候就會出現(xiàn)高壓，誘發(fā)中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)短路，引發(fā)火災(zāi)。感應(yīng)雷在出現(xiàn)的時候會讓地面上的物體產(chǎn)生和雷云電極相反的電荷，在雷電放電之后會形成電磁場，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)設(shè)備和電磁場距離較近的時候就會破壞到系統(tǒng)設(shè)備，甚至還會誘發(fā)火災(zāi)。中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷技術(shù)原理具體表現(xiàn)如下：第一，將大部分的雷電流直接泄放到大地上。第二，將從天線串入的雷電流盡可能地阻擋在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的外部。第三，減小天線接地電阻。接地操作的目的是讓雷電流能夠泄放到大地上，接地是中波廣播發(fā)射天饋線防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是防雷成效的重要影響力量。只有良好的接地才能夠有效降低引線上的電壓，減少雷電流對中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的沖擊。

2 中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷保護的意義

第一，保護中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用安全。在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作的時候，系統(tǒng)設(shè)備和發(fā)射臺之間會借助導線來產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。在雷電天氣下，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)設(shè)備很容易遭受雷擊，這個時候如果中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)沒有做好安全防范措施，就會對中波廣播發(fā)射臺設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來不利的影響。將防雷技術(shù)引入到中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)中能夠為發(fā)射臺設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)系統(tǒng)支持，增強中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作的安全性和穩(wěn)定性。第二，確保廣播信號的穩(wěn)定。中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷工作的開展會增強廣播信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，特別是在遭遇雷電天氣的時候，傳輸信號也能夠在防雷設(shè)備的支持下實現(xiàn)不間斷的傳遞。第三，保護中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)工作人員的安全。一般情況下，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)會被設(shè)置在地勢比較高的地帶，無形中加大了中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)遭受雷擊的可能。在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)遭受雷擊之后往往還會伴隨一系列的安全隱患，最終會威脅到工作人員的生命財產(chǎn)安全。做好中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷工作會改善這個情況，減少雷電所造成的事故。

3 中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷措施

3.1 電源的防雷

第一，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的高低壓變壓器上安裝避雷設(shè)備，在具體實施操作的時候由供電機構(gòu)來完成對系統(tǒng)高壓端的管控，并在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)高壓端的三相電上安裝高壓避雷器，并在雷電比較密集的位置上額外加裝三只高頻線圈，在線圈的作用下提升中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷效果。第二，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)低壓配電盤的輸入端安裝ZGB系列的一級三相電源避雷器，在避雷器的作用下將高壓變壓器中遺漏的感應(yīng)雷充分釋放，最終實現(xiàn)對中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)電源的有效保護。第三，在發(fā)射機電源輸入口安裝二級三相電源避雷器，在避雷器的作用下來確保發(fā)射機的安全。

3.2 天饋系統(tǒng)的防雷

中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷包含發(fā)射機駐波比保護、天饋線駐波比保護、過流過壓保護等。但是從實際應(yīng)用上來看，這些保護措施能夠阻止一部分雷電對中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的破壞，如果雷電無法被充分釋放，那么就會損壞發(fā)射機。天饋系統(tǒng)的防雷包含天線調(diào)諧系統(tǒng)、接地銅網(wǎng)、饋線接地、接地樁地井。在天線調(diào)諧系統(tǒng)中引入泄放線圈能夠有效隔離電容和阻尼放電石墨的放電系統(tǒng)。在對雷電的成分分析之后發(fā)現(xiàn)，雷電的主要成分是直流，因此，在天線輸入端并聯(lián)一個微小級的電感線圈下地，在線圈的作用下會對雷電流構(gòu)成良好的下地通路，最終會起到理想 泄放雷電現(xiàn)象。天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)輸入端的大容量電容器能夠有效隔離直流雷電。為此，可以將含有石墨的放電器安裝在天饋調(diào)配室內(nèi)，并在天線的輸入點加裝一個石墨防電球，和地引線連接，在上面套上30只左右的磁環(huán)。在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)遭受雷擊的時候，石墨防電球會放電，借助石墨本身的阻尼放電特點能夠防范雷電對中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的攻擊。

3.3 發(fā)射機配電系統(tǒng)防雷

等電位連接是中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作期間的一種先進防雷方式。在實施防雷操作的時候，為了能夠?qū)崿F(xiàn)電位均衡，可以采用均壓等電位導體或者電涌保護器將處于被保護空間中的獨立導體連接在一起，在融合外部避雷裝置、建筑物鋼筋架、導電體、通訊設(shè)備的作用下形成復雜的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)的作用下能夠減少雷電流的電位差，最終保護中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)免受雷擊。中波廣播發(fā)射臺配電系統(tǒng)的防雷包含在變壓器高壓輸入端安裝多級雷電泄放通道、在變壓器低壓輸出端打造雷電泄放通道、電源線包含、發(fā)射機內(nèi)部保護等四個方面的內(nèi)容。同時，在變壓器的高壓進線位置上可以安裝一套閥式避雷器，在閥式避雷器的作用下及時泄放因為雷電所引發(fā)的沖浪高電壓。在將變壓器低壓輸出端的配電系統(tǒng)零線和地線徹底分離開，零線做單獨的地井，地線敷設(shè)環(huán)機房環(huán)形接地溝，并采取措施增加地井和接地溝上土壤的濕潤度，定期開展接地電阻的測試，確保電力系統(tǒng)能夠及時泄放雷電的力量。

3.4 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷

在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作的時候通過合理設(shè)計天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷，能夠?qū)崿F(xiàn)對雷電的有效攔截。天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷可以通過設(shè)計石墨防電球來充分釋放雷電流。在將石墨防電球放置在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)上的時候要注重因地制宜的調(diào)整石墨防電球的間隔縫隙，目的是能夠在最大限度上發(fā)揮出石墨防電柱的放電作用。在放電面積不斷累積的情況下，石墨防電球的放電電壓就會減少，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)天線遭受雷擊的時候，石墨防電球會瞬間釋放出電荷能量，最終會使得中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)達到一種理想的防雷效果。雖然中波頻率隔直流電容壓降不大，但是為了能夠保證中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷效果，可以通過隔直流電容的優(yōu)化設(shè)計來達到阻隔雷電低頻能量的阻隔。

4 中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀和存在的問題

4.1 現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，中波發(fā)射臺在天線方面的防雷措施具體表現(xiàn)如下：在天線底部安裝半球形的放電裝置；在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)上安裝石墨防電球、隔直電容、移相網(wǎng)絡(luò)；在發(fā)射機的輸出饋線串聯(lián)高頻詞的避雷器。從中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)建設(shè)情況來看，雖然采取了以上防雷措施，但是在出現(xiàn)雷電襲擊的時候，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)仍然會出現(xiàn)損失，甚至還會威脅到系統(tǒng)的運行安全。在深入分析，發(fā)現(xiàn)中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作出現(xiàn)問題的原因，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的天線感應(yīng)到雷電的時候，雖然天線的底部已經(jīng)采取了多個防雷措施，但是仍然會出現(xiàn)瞬間電流去攻擊中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)。發(fā)射機在輸送功率的時候還會倒送比較大的瞬時電壓和電流，在電壓、電流超過保護電路動作之前，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)會出現(xiàn)損壞。

4.2 存在的問題

（1）防電球防雷作用不理想。中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷防電球包含金屬防電球、石墨防電球、發(fā)射機內(nèi)部的防電球。防電球放電間隔距離直接影響中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷成效。在常規(guī)的溫度和濕度環(huán)境下，防電球的間隔距離會被設(shè)計為1mm/1kV，但是這個數(shù)值的設(shè)定不是固定，會根據(jù)地區(qū)情況做出調(diào)整，如果最終的防電球間隔距離設(shè)置不理想就會降低防電球的防雷作用。

（2）電壓和電流的倒流因素。在感應(yīng)雷出現(xiàn)的時候，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的天線會出現(xiàn)大量的電壓和電流，這些電壓、電流會倒流進到發(fā)射機中，和中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)正在運行的發(fā)電機產(chǎn)生沖突，最終導致中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的射頻電流較大。這個時候如果中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的保護裝置無法發(fā)出響應(yīng)動作，就會干擾到中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷成效。

5 中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷優(yōu)化對策

5.1 優(yōu)化天線防電球的防雷措施

在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)運作的時候，有70%以上的放電任務(wù)是根據(jù)天線防雷球所開展的泄放措施。為了能夠保證雷電資源的順利被消耗，需要相關(guān)人員嚴格把控防電球的間隔距離，將防電球的間隔距離設(shè)定在5mm左右。有20%比例的放電任務(wù)是石墨防電球能夠完成的，為此，可以將防電球的間隔距離設(shè)定在2～3mm之間。還有5%比例的放電任務(wù)在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)發(fā)射機內(nèi)部的防電球中，因此，可以將防電球的間隔距離設(shè)定在1mm左右。

5.2 將并聯(lián)電感和電容融入到天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中

經(jīng)過對電磁場頻譜信息的研究分析，我們會發(fā)現(xiàn)，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)3kHZ以下電磁場頻譜占據(jù)95%比例的雷電能量，且這些雷電多為直流雷電。因此，站在提升泄放雷電流的技術(shù)角度上，相關(guān)人員需要采取措施實現(xiàn)電感L1和電容C2共同并聯(lián)在發(fā)射機的內(nèi)部。在此基礎(chǔ)上，為了能夠不影響發(fā)射機到阻抗的能力，還需要采取措施實現(xiàn)C1電容和L2電感的并聯(lián)處理。經(jīng)過以上的操作，會完成對發(fā)射機輸出功率、工作功率電感、電容的諧振處理。

5.3 實現(xiàn)對天線電源的四級防護處理

在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的天線電源保護中，可以在確定SPD能量分類計算類型的基礎(chǔ)上選擇四級防護措施，目的是確保浪涌能夠在電壓的支持下逐漸被泄放到地面上。天線電源的四級防護措施具體表現(xiàn)如下：第一，按照雷電能量分級泄流的原則，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)電源的總配電箱中加入一個三相電源，并將其融入到防雷能量強度SPDI模塊中，實現(xiàn)對電源雷電的有效防護，并將多數(shù)的雷電量充分泄放。第二，在中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的配電柜中加入一個單相電源，將其作為二級防雷的SPD2模塊，最終充分發(fā)揮出電源的二級防雷作用。第三，在中波廣播發(fā)射臺的開關(guān)前端加入一個電源，將其融入到三級防雷SPD3模塊中，實現(xiàn)對電源的三級防雷保護。第四，在中波廣播發(fā)射臺室內(nèi)插座，通過選擇較高等級的插座來達到中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)四級防雷保護作用。

6 結(jié)語

綜上所述，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷工作是一項系統(tǒng)性、復雜性、綜合性的技術(shù)工程，在中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)防雷工作開展的過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞問題，都會影響到整個中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷成效。為此，中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷工作要因地制宜的提前做好設(shè)計規(guī)劃，并就防雷系統(tǒng)做好定期維護管理和電阻值檢驗，在雷雨天氣的時候，提前對中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷元器件開展檢查，并在下雨的時候做好防雷元器件的外觀巡查，如果中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)不慎遭受雷擊，需要相關(guān)人員立足實際及時做好調(diào)查研究，并針對研究做好對應(yīng)的雷電防護措施，最終來為中波廣播發(fā)射天饋線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供必要的安全保障支持。