湖南高山臺站數字微波網防雷系統(tǒng)改造設計與實施

謝 濤

（湖南省廣播電視局微波總站工程科，湖南長沙，410003）

1 目前情況

作為國家公共服務體系建設的重要組成部分，高山臺站將成為保證信息暢通的前沿陣地，安全播出至關重要。而雷電一直以來都是影響安全的關鍵因素，如若不能有效改善傳統(tǒng)防雷設置，勢必將造成極大的安全隱患。

湖南省廣播電視微波總站共有25座高山發(fā)射站，分布14個市州，19個骨干高山臺站，無線覆蓋5000萬人口，作用非常重要。而且多處于高山上，平均海拔1000米左右，年雷暴日天數為57T/a，屬于高雷區(qū)，易遭雷擊。2014年通過實地勘測，發(fā)現存在如下問題：1）防雷系統(tǒng)、設施老化。2）接地網與現代防雷技術要求有較大差異。3）機房內部無全面的感應雷防護措施。4）供電線路未逐級安裝低壓線路浪涌保護器。5）機房無防靜電地板，無等電位設施。天饋系統(tǒng)大部分未采取防雷措施。

2 高山微波站防雷改造

2.1 項目情況

以老鴨山為例，老鴨山無線數字電視發(fā)射基站位于隆回縣小沙江鎮(zhèn)群山之中，處于老鴨山峰頂，年雷暴日天數為57T/a,屬于高雷區(qū)，易遭雷擊，具體情況如下：

發(fā)射機房為一層平房，機房長約6.5米、寬約4米，高約3.8米，機房地面有一電纜槽，測得機房原接地銅帶接地電阻為29.7Ω，測得土壤電阻為500Ω·m。機房內電源由右下角的配電房引來，采用三相交流380v，配電房設有1臺三相自動配電控制柜，發(fā)射機房內1臺三相動力控制柜。

依現場情況，不符合防雷技術設計規(guī)范，故應改造。微波機房采用聯合接地方式，機房設備的防感應雷接地共用一個地網，要求接地電阻值不大于4Ω。

2.2 改造方式

機房電源過壓保護：配電系統(tǒng)是機房安全運轉的“心臟”。按照《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-2010規(guī)定，發(fā)射機房防雷設施應依B類建筑物設計，配電系統(tǒng)感應雷需分級防護，至少兩級，特別重要的系統(tǒng)中，需多級防護。

2.3 機房等電位連接及合理布線

機房等電位連接及布線具體如下：1）在機房內設置一臺KBT-S雷擊電流矢量控制箱用作防雷接地、設備保護接地、工作接地、屏蔽接地，防止地電位反擊對機房設備造成的影響；2）將機房內的電源箱、室外電源箱、發(fā)射機、UPS等有源設備的金屬機殼進行接地，接地線用16mm2多股銅線,消除設備之間的電位差，機殼接地應與防雷接地分開。3）將機房內的金屬百葉窗、金屬防盜門、光纜屏蔽層、線槽、機架等無源導電設施進行接地，接地線采用6mm2多股銅線連接。4）從接地箱引出一條鍍鋅扁鋼與基站接地網相連，構成完成的等電位連接體系。

2.4 雷擊電流矢量控制接地技術

接地防雷措施發(fā)揮效果的前提，為了消除各設備之間的電壓差，通常采用將防雷接地、工作接地、設備保護接地同時接到機房等電位匯流排，共用基站地網的方式實現。

基站雷害與基站地網的雷電最大有效沖擊半徑有關，因基站建設地形復雜，選擇地電位反擊作為雷電的重要形式更妥。

在接閃后，當雷電流流過引下線和整個接地裝置的時候，雷電流在接地裝置各部分造成的電壓降是不相等的，于是在接地裝置各部分之間就存在電壓分布不均，而在接地裝置與接在其上的設備之間就有電位反擊的問題。

從遠處引入建筑物的電源線、通信線和其它線路，它們連接在遠處的地上。其工作電壓就是以“遠地”電位為參考點的電壓。而在雷擊發(fā)生的短時間內，在“本地”接地裝置上產生的這個瞬間電壓升高就成為一個相對于外引導線和設備的真實的電壓升高了。一旦在這個電壓下發(fā)生電擊，其方向就是從“本地”接地裝置擊向這些外引導線和設備，所以稱為反擊。

反擊主要發(fā)生在：電源供電線路和相聯的電源變壓器；引入（出）室內設備的通信、控制、信號以及數據采集等線路和聯接在這些線路上的接口設備；從室外引入室內的各種金屬管道、電線電纜等。

防止地電位反擊技術是在每個雷電流侵入所要保護系統(tǒng)的通道上面采取矢量控制的措施，將改變雷電流的大小與方向；同時，采用旁路分流的方式為雷電流的瀉放提供良好的瀉流通道，從而保證整個系統(tǒng)的正常運行。

雷擊電流矢量接地控制技術：如圖1所示，將基站內接地線按功能分為三類，工作接地線、防雷接地線、保護接地線，同時在工作接地線和保護接地線與聯合接地網之間串聯“雷擊電流矢量控制器”，當地網上存在雷電流時，“雷擊電流矢量控制器”開始工作，對連接通道進行隔離，使得地網上的雷電流不能通過工作接地線與保護接地線反串進入通信系統(tǒng)，而只余對大地瀉放這一個通道。

采用串聯型工作方式，自感系數高，靈敏度高；直流和工頻時，設備處于短路狀態(tài)，保障靜電荷的泄放和提供保護電流及漏電流的通道。當有浪涌電流發(fā)生以及大地熱噪音、雜音生產時，抑制器呈高阻抗狀態(tài)，抑制高頻脈沖浪涌電流和雜音電流通過，有效阻斷由地電位提高引起的高壓反擊，同時切斷設備的擊穿電流。

圖1

2.5 聯合接地系統(tǒng)均壓等電位改造

2.5.1 電視轉播臺供電系統(tǒng)過壓防護。廣電高山臺站一般建造在離市區(qū)比較遠的山頂，而且鋪設在山區(qū)丘陵地帶，雷擊頻繁，閃電通過高壓線路侵入變壓器和機房，造成設備損壞的事故占到雷擊事故的80%以上，因此供電線路的過壓防護將是高山臺站防雷重中之重。

供電線路的過壓防護應從減少高壓線纜被雷擊的概率和通過安裝電源防雷器泄放雷電兩個方面的措施。

（1）電力傳輸線纜的防雷保護。①電視轉播臺的高壓和低壓線纜必須埋地入局，高壓埋地不小于200米，低壓部分從變壓器至機房全程埋地敷設。②已建站的架空高壓線采用避雷線有困難時，宜在變壓器高壓側安裝一組氧化鋅避雷器，并降低變壓器的雷擊沖擊接地電阻，及時泄放電源線路遭受雷擊產生的雷電。

（2）機房電源安裝多級低壓電涌保護器。臺站的電源系統(tǒng)雷電過壓保護應根據臺內交流供電系統(tǒng)的情況，選擇在變壓器低壓側、低壓配電柜、機房配電柜、電源和傳輸列頭柜等處安裝低壓電涌保護器。

2.5.2 機房等電位設施安裝。機房等電位設施是機房電子、電氣設備和防雷設施與接地系統(tǒng)聯系的“橋梁”，是防雷接地系統(tǒng)的重要組成部分。機房內的走線架應每隔5米做一次接地，走線架，吊掛鐵件，機架，金屬通風管道，金屬門窗以及其他金屬管線，均應良好接地并相互妥善連通。引入機房的光纖，其金屬護層和加強筋在進機房時做接地處理。作接地線與保護接地線反串進入通信系統(tǒng)，而只余對大地瀉放這一個通道。

2.5.3 天饋系統(tǒng)防雷措施。通過大量的雷擊事故的分析，天饋線路是高山電視轉播臺一條重要的引雷通道，必須加強雷電防護措施。饋管兩頭金屬防護層需做接地處理，如果饋管長度大于60米，須在鐵塔中間做一次接地，饋管橋架須多點接地。

2.5.4 機房屋頂避雷網安裝。為了防止閃電對機房工作人員和建筑構成的危害，同時衰減鐵塔接閃后在機房周圍形成的電磁脈沖輻射，機房屋頂需建造避雷網，安裝完成后與機房避雷帶多點焊接連通，同時，在機房四個角用鍍鋅圓鋼做引下線與機房環(huán)形接地裝置相連。

3 結束語

高山微波站的防雷工程并非是簡單的接地或者單一的雷電過電壓保護器件應用，由于微波站所處環(huán)境的不同，雷擊的季節(jié)和強度都不一樣，需將保護的臺站作為一個整體，堵塞所有的雷電入侵的渠道。所以對全省微波臺站防雷改造也是為廣播電視安全播出提供有力的基礎技術保障。

[1]YD2011-1993.《微波站防雷與接地設計規(guī)范》

[2]YD_5098-2005.《通信局(站)防雷與接地工程設計規(guī)范》

[3]GB50343-2012.《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》