淺談RBN_DGNSS臺站防雷優(yōu)化改造探討及應(yīng)用

0引言

自然界的雷擊主要有直接雷擊和雷擊電磁脈沖兩類。雷擊后果既可能是火災(zāi)、機械破壞、人員傷亡、電氣、電子系統(tǒng)設(shè)備損壞，還可能危及供電、計算機控制及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，造成供電中斷、數(shù)據(jù)丟失、生產(chǎn)停頓。建筑物的重要敏感電子設(shè)備需要特殊的防雷保護，因而需采用外部避雷和內(nèi)部避雷一綜合防雷。

1）外部避雷

以避雷針（或避雷帶、避雷網(wǎng)）、引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng)，主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故。

2）內(nèi)部避雷

內(nèi)部避雷系統(tǒng)是防止雷電和其他形式的過電壓侵入設(shè)備中造成毀壞，這是外部避雷系統(tǒng)無法保證的，電子設(shè)備一旦受到浪涌過電壓（雷電過電壓、操作過電壓等）的襲擊時，遭遇破壞和干擾影響的概率大大增加。為了適應(yīng)這種需要，必須采用多類型設(shè)施、技術(shù)共同防雷，以防止和減少雷電對建筑物、電氣、電子系統(tǒng)造成的危害。

1臺站現(xiàn)況

某沿海RBN-DGNSS臺站，于2001年建成并投入使用。在日常巡檢與勘察中，從現(xiàn)場的土壤和土質(zhì)情況、防雷接地網(wǎng)裸露與腐蝕以及連通情況、防雷系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備使用情況、機房接地系統(tǒng)安全情況、施工難易程度等多個方面進行了詳細檢測。基本情況如下：

1）根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的主要城鎮(zhèn)年平均雷暴日數(shù)統(tǒng)計資料，屬于高雷區(qū)，臺風(fēng)頻繁；

2）天線場位于山頂，山峰呈尖形，海拔 274m ，崖壁陡立，站區(qū)植被少，腐蝕環(huán)境非常嚴重，表面土層薄，下面基本是砂礫、巖石，土壤電阻率非常高，土質(zhì)非常差；

3）天線場早年制作的防雷接地網(wǎng)，由于臺風(fēng)摧殘、雨水沖刷，可見多處裸露、銹蝕嚴重，且未做安全防護，存在安全隱患；

4）天調(diào)房的防雷設(shè)備設(shè)施存在損壞、防雷鐵籠效果差等情況。

鑒于以上諸多安全隱患，為最大限度地保障RBN-DGNSS臺站正常運行，防止助航設(shè)備設(shè)施遭受雷害，確保站內(nèi)設(shè)備設(shè)施的正常工作，需對RBN-DGNSS臺站進行防雷優(yōu)化改造，以確保人員的安全，提高設(shè)備設(shè)施運行的安全系數(shù)。

2改造原則

防雷是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能依靠一、二種先進的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對雷害侵入途徑，對各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進行排除，采用綜合防治的現(xiàn)代防雷技術(shù)手段，才能將雷害減少到最低限度。

1）整體原則：將整個RBN-DGNSS差分臺站系統(tǒng)作為一個保護對象來考慮防雷保護，既要考慮各個子系統(tǒng)的防雷保護，又要考慮各個弱電子系統(tǒng)之間及其與供配電子系統(tǒng)之間的有效銜接，做到系統(tǒng)配置、經(jīng)濟合理、安全可靠、適當冗余。防雷保護區(qū)的劃分及防雷器的配置如圖1所示。

2）劃分界面：根據(jù)GB50057-2010版關(guān)于雷電保護區(qū)域LPZ的劃分原則以及監(jiān)測站設(shè)施分布系統(tǒng)的分散分布特點，確定若干個不同的“建筑單體”，再實施分級保護。

3）綜合防治：根據(jù)被保護物所在地理、氣象環(huán)境、雷電活動規(guī)律，以及從被保護物的重要性、復(fù)雜性、雷擊的后果嚴重程度，充分利用“均壓、屏蔽、接閃、分流、接地、保護”等傳統(tǒng)的防雷技術(shù)措施，選用可靠的接閃裝置，實施安全可靠、先進全面及經(jīng)濟合理的技術(shù)方案，防止雷擊建筑物發(fā)生的人身傷害、財產(chǎn)損失。

圖1防雷保護區(qū)的劃分及防雷器的配置示意圖

3改造方案

3.1改造范圍

雷電入侵RBN-DGNSS臺站的形式有2種，一種是直擊雷，另一種是感應(yīng)雷。一般來說，直擊雷擊中臺站內(nèi)的電子設(shè)備的可能性小。感應(yīng)雷即是由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流形成雷擊。感應(yīng)雷入侵電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)主要有以下3條途徑：（1）雷電的地電位反擊電壓通過接地體入侵。（2）由交流供電電源線路入侵。（3）由通信信號線路入侵。不管通過哪種形式、哪種途徑入侵，都會使電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)受到不同程度的損壞或嚴重干擾。本次RBN-DGNSS臺站防雷優(yōu)化改造采用綜合防雷系統(tǒng)，如圖2所示：

圖2綜合防雷系統(tǒng)示意圖

3.2天線發(fā)射場接地裝置改造

3.2.1接地降阻

為了達到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的，首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式 可以看出，降低接地電阻有以下2種途徑，一是增大接地體幾何尺寸，以增大接地體面積；二是改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減小地的電阻率，降低土壤電阻率。下面分別是降低接地電阻的一些方法。

（1）增大接地網(wǎng)面積、增加垂直接地體；

從理論上分析，接地網(wǎng)電阻主要由它的面積尺寸決定，與面積成正比，所以接地網(wǎng)面積與接地電阻成反比。減小接地網(wǎng)接地電阻，增大接地網(wǎng)面積是可行途徑。

（2）人工改善土壤電阻率。

3.2.2天線發(fā)射場接地裝置改造

改造前：目前的防雷接地網(wǎng)由于臺風(fēng)摧殘、雨水沖刷，可見多處裸露、銹蝕嚴重，存在安全隱患，現(xiàn)場開挖見圖3：

圖3改造前的防雷接地網(wǎng)

改造內(nèi)容：首先在RBN-DGNSS臺站天線發(fā)射場新建一個接地裝置，其次在原有接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上進行改造優(yōu)化，提升整個天線場接地網(wǎng)接地導(dǎo)電率，給雷電提供更加順暢的泄流通道。

（1）以天調(diào)房為中心，新建一個 15m 為半徑的閉合接

地網(wǎng)；（2）閉合接地網(wǎng)的接地母線每隔 6m 左右加設(shè)1根垂

直銅包鋼接地體；（3）從閉合接地網(wǎng)，同時向內(nèi)引2處至天調(diào)房對角進

入天調(diào)房與法拉第籠屏蔽網(wǎng)連接、內(nèi)引1處進入天線塔基礎(chǔ)

進行連接接地、外引1處接入原有泄流坑（東面）、外引1

處接入AIS基站原有接地網(wǎng)，把新舊兩個接地網(wǎng)連接起來；

（4）用新技術(shù)新材料改造原有東面泄流坑，并安裝2套DK-AGc離子接地極、敷設(shè)降阻劑包裹接地體，進一步 改善防雷效果;

（5）從東面原有泄流坑向外輻射約 20m 接地母線，接地母線上每隔 6m 設(shè)置1根垂直銅包鋼接地體，在末端立碑處新建一個 4m×2m×1m 泄流坑，坑內(nèi)布設(shè) 2×1m 接地網(wǎng)格、安裝2套DK-AGc離子接地極、敷設(shè)降阻劑包裹接地體，加大泄流通道，提高防雷效果；

（6）在原接地網(wǎng)與新建接地網(wǎng)交叉或重疊處，進行良好連接，并做防腐蝕處理，確保新建地網(wǎng)與原有地網(wǎng)共同起到防雷保護效果。

新建接地網(wǎng)以及改造部分舊地網(wǎng)，采取新技術(shù)、新材料設(shè)計，接地體采用耐腐蝕性強的 40×4 銅包鋼、銅包鋼接地棒、離子接地極、高效降阻劑，而且，為了提高防腐能力，避免電焊焊接破壞銅包鋼接地材料的材質(zhì)結(jié)構(gòu)，所有銅包鋼接地材料采用熱熔焊接技術(shù)進行磨具熱熔焊接，見圖 4

3.2.3地埋警示樁

圖4熱熔焊接技術(shù)圖

接地網(wǎng)施工完成后，在接地布設(shè)線路上，埋設(shè)地埋警示樁，見圖5（標注內(nèi)容：下有接地網(wǎng)，請注意保護），共10個。

改造后：接地網(wǎng)改造后，接地體導(dǎo)電能力增強，散流效果提升，防腐能力變強，并且有明顯標識，便于今后巡檢開挖測試。

3.3天線調(diào)諧房防雷改造

圖6改造前防雷設(shè)備

3.3.1一級電源防雷保護

進入天線調(diào)諧機房的市電三相電源線路，原安裝一套普

圖7改造后的智能防雷器

改造內(nèi)容：

（1）新增一個配電箱，箱內(nèi)安裝2排排架，一排安裝電源開關(guān)，一排安裝一臺I類試驗（ 10/350μs ）沖擊電流limp為 15kA ，Up值小于 2.0kV 的DK-15G/ZN4P智能一體化防雷器與一臺SPD專用后備保護器DK-T14P，確保機房配電設(shè)施的安全。

通防雷設(shè)備、墻面可見3個掛箱，線纜綁扎固定不整齊，見圖6。

（2）整理饋線與電纜，將饋線和電纜裁剪至合適的長度，盤扎固定。

改造后：智能防雷器本體可見防雷數(shù)據(jù)，智能防雷效果可視化，整理墻面美觀，機房更加安全，見圖7。

3.3.2天線調(diào)諧房內(nèi)屏蔽措施處理

改造前：天線調(diào)諧機房原等電位籠采用扁鋼，容易腐蝕，屏蔽效果較差，且施工工藝不符合規(guī)范要求，見圖8。

圖8改造前的天線調(diào)諧機房

改造內(nèi)容：

（1）改為銅電籠，即采用法拉第籠方式進行屏蔽機房雷電入侵，采用 30×3 銅排在機房地面做一閉合圈，在進行十字加密網(wǎng)格，機房內(nèi)部5面墻壁采用 20×2 銅帶進行600×600 網(wǎng)格屏蔽雷電電磁場；四面墻壁網(wǎng)格與地面及天面相互可靠連接；在機房等電位接地網(wǎng)的對角線2處進行引出，采用 30×3 銅排進行引出與接地裝置連接，如圖9所示。

圖9銅排施工圖紙

（2）將地面絕緣橡膠改為具有排氣孔的絕緣墊，中間留有間隔，利于通風(fēng)透氣，防止導(dǎo)通，確保機房人員安全。改造后：美觀規(guī)范，效果提升，安全可靠。

4結(jié)論與展望

總的來說，該RBN-DGNSS臺站主要通過安裝氧化鋅避雷器、優(yōu)化布設(shè)接地系統(tǒng)、安裝智能防雷器等措施進行防雷治理。實踐結(jié)果表明，應(yīng)用該防雷治理技術(shù)顯著降低接地電阻值，提高線路的耐雷水平，減少雷電對建筑物、電氣、電子系統(tǒng)造成的危害，能有效保障RBN-DGNSS臺站設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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作者簡介：劉萬力，（E-mail）260153864@qq.com，18950287882