衛(wèi)星地面接收站可行性防雷改造方案研究

趙喜永

（國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心牡丹江站，牡丹江 157000）

隨著我國衛(wèi)星通信和衛(wèi)星遙感事業(yè)的快速發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收已經(jīng)呈現(xiàn)出快速、準確、穩(wěn)定、連續(xù)的特點，地面站作為數(shù)據(jù)接收的第一關(guān)，保證地面站的穩(wěn)定連續(xù)工作尤為重要。地面站的功能屬性決定它是雷擊災(zāi)害的高發(fā)部門，完善其雷電防護措施，提升雷電防護能力，是保證衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行的重點工作。

1 雷電對設(shè)備損害途徑及防護措施

1.1 雷電對電子設(shè)備損害途徑

我站近幾年發(fā)生的雷電災(zāi)害中被損壞的設(shè)備多為線纜端的終端設(shè)備，如馬達驅(qū)動器、工控機主板、顯示器、變頻器及弱電設(shè)備等，經(jīng)過對我站機房外線連接分析和總結(jié)，機房與外部連接主要在是電源線、信號線及設(shè)備地線引線三種，被雷電損害的設(shè)備均是這三種連接方式中的組成部分。初步判斷我站雷電損害途徑為以上三種，進而歸納為過電壓在線路中的傳導(dǎo)和地電位產(chǎn)生的反擊是造成設(shè)備損壞的主因。

1.2 常見雷擊存在的主要形式

1.2.1 直擊雷擊

直擊雷擊是兩個帶電荷的云層直接對大地的某一地點直接放電的現(xiàn)象。直擊雷擊可以對地面的人蓄、高大建筑物、樹木等直接放電，從而產(chǎn)生人員傷亡、建筑物損壞、山火等雷擊災(zāi)害。對于衛(wèi)星地面站對于直擊雷的防護主要采取建設(shè)避雷塔、盡量減少線纜的架空和裸露等。

1.2.2 感應(yīng)雷擊

感應(yīng)雷擊是由雷電發(fā)生后通過產(chǎn)生強大的變化電磁場對周圍設(shè)備造成損壞的一種雷擊現(xiàn)象。近年來發(fā)生雷擊現(xiàn)象表明這種雷擊破壞性更大，范圍更廣，危害程度更深。在地面站建設(shè)中要做好感應(yīng)雷的防護，減少裸露金屬與機房內(nèi)的連接，特別是弱電設(shè)備的連接，因為感應(yīng)雷擊對弱電設(shè)備危害較大。

2 牡丹江站雷擊案例分析

經(jīng)過同本站沒有遭受雷擊天線系統(tǒng)的對比分析發(fā)現(xiàn)：一是雷擊天線與機房之間的連接采用通信電纜并全部處于管溝的水中，在兩端入戶處沒有將電纜的外護層金屬接地，并且雷擊天線距離控制機房距離較遠地面空曠，其他天線均采用光纖作為信號傳導(dǎo)，避免了雷電襲擊。二是天線的供電配電箱沒有安裝SPD。三是機房設(shè)備沒有有效的進行等點位連接，此外機房等電位連接采用的是普通接地線連接靜電地板下的金屬支架，泄放雷電性能較差。

3 牡丹江站雷電防護可行性改造方案

3.1 配電系統(tǒng)防雷改造

根據(jù)我站防雷實際，我們設(shè)計方案是三級防雷。站區(qū)總配電入戶處為一級防護，進入業(yè)務(wù)樓、業(yè)務(wù)機房、天線塔基、UPS 等處的為二級防護，直接為核心設(shè)備供電前端為三級防護。在設(shè)計防護時要注意各級SPD 中的UP 值要依次減小，如二級防護UP值大于一級防護UP 值，會導(dǎo)致在雷電發(fā)生時二級防護先啟動保護，一級防護后啟動保護，這樣一級防護失去了保護的意義。

3.2 機房等電位改造方案

根據(jù)我站機房的設(shè)備較多、布局分散的特點，等電位方案采用星狀－網(wǎng)狀混合型等電位結(jié)構(gòu)。采用以上等電位連接主要考慮我站設(shè)備分布于不同機房、設(shè)備間連線復(fù)雜，所以在設(shè)備機房采用就近連接等電位系統(tǒng)。這種布局可以在高頻時獲得于一個低阻抗網(wǎng)絡(luò)，對外界電磁場有一定的衰減作用，同時星狀接地結(jié)構(gòu)可以干擾電流不能形成回路，減少環(huán)路的干擾。

3.3 業(yè)務(wù)樓雷電泄放地網(wǎng)的改造方案

為提高業(yè)務(wù)樓現(xiàn)有防雷系統(tǒng)的性能，在業(yè)務(wù)樓四周加裝一圈防雷地網(wǎng)，并在地網(wǎng)中每隔一定間距下埋一根垂直接地體，外接地網(wǎng)與業(yè)務(wù)樓基礎(chǔ)內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)相連組成一個完整防雷地網(wǎng)。水平和垂直接地體埋深離地面70cm 以上（同時考慮凍土層），水平接地體用4mm×40mm 或以上規(guī)格的扁鋼，垂直接地體用40mm×40mm×4mm 或以上規(guī)格長2.5m 的角鋼。通過這種改造提高了雷電泄放的能力，可以更好保護設(shè)備。

3.4 入戶線屏蔽改造和安裝站內(nèi)場強中和裝置

入戶線的屏蔽也是防雷應(yīng)有的措施，通信電纜和光纜從外面或地下進入業(yè)務(wù)樓或機房內(nèi)時，需在入口處把外護層金屬和金屬加強芯等接地，防止把雷電引入到機房。在站內(nèi)安裝雷電電磁中和器，構(gòu)建雷電電磁中和矩陣，降低站域內(nèi)雷電電磁場強度，減少雷電下行通道的形成，雷電中和裝置易選取在重點保護位置，如我站的業(yè)務(wù)樓樓頂和三座天線避雷處。

4 結(jié)束語

本文重點在通過我站的雷電防護實例，在遇到此種雷電現(xiàn)象給予一種有效參考，同時隨著未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，必將能形成雷電防護更有效的辦法和措施。