永川廣播電視發(fā)射臺防雷系統(tǒng)提質(zhì)升級研究

喻 成

（作者單位：重慶廣播電視技術(shù)中心）

隨著廣播電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)配套設(shè)施不斷增加，配電和設(shè)備遭受雷電和過電壓入侵案例也不斷增加；每到雷雨季節(jié)，廣播電視發(fā)射臺防雷問題就越發(fā)凸顯[1]。廣播發(fā)射臺一般建在空曠的郊外，屬高大建筑物，較容易遭到雷擊。臺站雷電防護如不到位，措施不得力，雷電就可能從“缺口處”破壞系統(tǒng)設(shè)備，這樣不僅會使廣播電視臺遭受直接經(jīng)濟損失，還有可能使廣播電視信號出現(xiàn)大面積中斷，造成重大安全播出責(zé)任事故，其間接損失無法估量。因此，做好廣播電視系統(tǒng)雷電防護工作是保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和廣播電視信號安全優(yōu)質(zhì)傳輸?shù)闹刂兄亍?/p>

1 永川廣播電視發(fā)射臺防護現(xiàn)狀

1.1 接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)作為防雷系統(tǒng)外部防雷措施，是整個防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最重要一環(huán)，只有具有一個完善、有效的綜合接地系統(tǒng)，臺站防雷設(shè)施才能真正發(fā)揮好作用。

永川廣播電視發(fā)射臺在2009年臺站改造中建有互不相連的4處獨立地網(wǎng)，2020年防雷接地測試時電阻最高值為6.6 Ω。現(xiàn)有接地網(wǎng)接地電阻雖能暫時滿足直擊雷防護要求，但無法滿足機房內(nèi)的電子信息系統(tǒng)的接地電阻要求（≤1 Ω）。而且，永川區(qū)及周邊區(qū)域工業(yè)發(fā)達，酸雨侵蝕嚴重，加之設(shè)備運行時間較長，多處接地引下線、接地體、均壓帶、斷接卡均存在表面銹蝕現(xiàn)象，部分位置已嚴重銹蝕并脫落，接地電阻值反彈風(fēng)險較大。2020年4月委托具有防雷檢測資質(zhì)單位對發(fā)射臺防雷設(shè)施進行測試，站內(nèi)各接地點電阻值差異較大，接地網(wǎng)間有分割現(xiàn)象，接地網(wǎng)未聯(lián)合組網(wǎng)。

1.2 直擊雷防護現(xiàn)狀

永川廣播電視發(fā)射臺發(fā)射塔高80 m，依據(jù)“滾球法”計算，發(fā)射鐵塔可以有效保護站內(nèi)所有建筑物、發(fā)射設(shè)備和人員。但部分建筑物如配電房和機房未設(shè)置屋頂避雷帶和接地引下線，或避雷帶存在銹蝕嚴重和脫落現(xiàn)象，引下線均未設(shè)置斷接卡，不利于日常防雷檢測。

1.3 感應(yīng)雷防護現(xiàn)狀

實踐證明，廣播電視發(fā)射臺（站）雷擊事故大部分是由供電系統(tǒng)雷電侵入引起的，由感應(yīng)過電壓產(chǎn)生高峰值浪涌對設(shè)備造成破壞的現(xiàn)象尤為常見。永川廣播電視發(fā)射臺在總配電柜、分配電箱、發(fā)射機電源箱中分別安裝有電源浪涌保護器，但浪涌保護器存在使用年限過長，規(guī)格形制不符合標準要求，部分浪涌保護器顯示告警失效等問題。站內(nèi)新增視頻監(jiān)控未安裝視頻浪涌保護器，雷雨季節(jié)期間頻繁出現(xiàn)視頻監(jiān)控設(shè)備損壞現(xiàn)象和畫面中斷現(xiàn)象。圖1、圖2所示電源防雷器已處于失效狀態(tài)。

圖1 總配電柜整體式防雷器失效狀態(tài)

圖2 分配電箱浪涌保護器失效且存在線間相互感應(yīng)

1.4 等電位、屏蔽防護現(xiàn)狀

機房內(nèi)有完善的S型等電位連接，機房設(shè)置有總接地端子排，機房內(nèi)設(shè)備接地線均與總接地端子排可靠連接；進出機房的電源、信號、天饋線均采用屏蔽電纜，屏蔽電纜屏蔽層進入機房前與室外接地端子排可靠連接。

2 提質(zhì)升級設(shè)計與方法

防雷設(shè)施不完善導(dǎo)致永川廣播電視發(fā)射臺在每年雷雨季節(jié)期間，信號保障、臺站值班人員和電氣設(shè)備安全面臨巨大安全隱患，因此發(fā)射臺站需要優(yōu)化防雷專項整改方案，“整體考慮、結(jié)合現(xiàn)場、專業(yè)高效、重在提質(zhì)”，在雷雨季節(jié)到來前對臺站防雷系統(tǒng)進行提質(zhì)升級。

2.1 方案配置特點

接地系統(tǒng)配置使用新型非金屬碳合金接地材料，與傳統(tǒng)接地體相比，具有降阻效率高、接地電阻值穩(wěn)定、使用壽命長、抗腐蝕、無毒環(huán)保、運輸便捷、施工安裝方便、免維護等優(yōu)點，廣泛適用于發(fā)射臺站接地場景。

2.2 提質(zhì)升級方法

2.2.1 接地系統(tǒng)

根據(jù)《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》（GB50689-2011）要求，廣播電視發(fā)射臺接地網(wǎng)應(yīng)由機房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)、值班室地網(wǎng)、變壓器地網(wǎng)組成[2]。在原有接地網(wǎng)外圍沿發(fā)射臺圍墻區(qū)域增設(shè)環(huán)形接地體，形成主接地網(wǎng)，在主接地網(wǎng)和發(fā)射塔四方布設(shè)向外延展的水平接地體，以擴大接地體與大地連接面（見圖2）。為加強對雷電流的散流作用，抑制地點位升，可以附加垂直接地體，使綜合接地網(wǎng)接地電阻值≤4 Ω[2]。

圖3 新建站內(nèi)環(huán)形接地網(wǎng)及連通原有四處獨立地網(wǎng)

在發(fā)射臺沿圍墻內(nèi)新敷設(shè)50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼，以形成閉合環(huán)形接地網(wǎng)，環(huán)形接地共計570 m。環(huán)形接地網(wǎng)引兩根相同規(guī)格接地線與原有四處獨立接地網(wǎng)可靠連接。由于機房、配電房、鐵塔原有接地線銹蝕嚴重，重新從環(huán)形接地網(wǎng)引兩根接地線與機房及所有房屋接地引下線、接地匯流銅排相連。

永川廣播電視發(fā)射臺海拔高，土壤電阻率較高，垂直接地體選用50 mm×5 mm熱鍍鋅角鋼及非金屬接地模塊，以增加與土壤接觸面[3]。所有扁鋼和銅排連接點搭接長度需不小于接地材料寬度的一半，搭接點實行三面整體覆蓋焊接，焊接牢固后清除藥皮，在焊接處刷兩遍防銹漆。

新建環(huán)形接地網(wǎng)每隔5 m鋪設(shè)一個接地模塊和50 mm×5 mm熱鍍鋅角鋼，共計點位75個，新建環(huán)網(wǎng)開挖埋設(shè)深度超過0.8 m。重新使用鍍鋅圓鋼敷設(shè)發(fā)射機房和臺站發(fā)電房屋頂避雷帶，屋頂避雷帶與環(huán)形接地網(wǎng)需要有至少兩處引下線連接，所有引下線與主地網(wǎng)連接線需設(shè)置斷接卡，并在斷接卡表面用黃綠相間的防腐油漆作標志，懸掛標志牌和編號。接地模塊與物理降阻劑搭配安裝，降阻劑與水按1∶1比例在容器內(nèi)均勻攪拌成漿體狀，將降阻劑敷設(shè)于接地溝或接地模塊表面，使降阻劑均勻包裹接地模塊表面，待降阻劑完全瀝干12 小時后使用細土回填夯實。敷設(shè)扁鋼時如有跨越道路，跨越部分扁鋼使用塑料管套完全包裹后敷設(shè)，敷設(shè)完成后進行土方回填，恢復(fù)道路和標志牌等。

現(xiàn)場施工如圖4、5，環(huán)形接地網(wǎng)新建后接地電阻測試值為0.6 Ω。

圖4 接地模塊包裹降阻劑安裝

2.2.2 過電壓防雷保護

根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2012）要求，在電源配電柜和配電箱中分別安裝第一級、二級電源防雷器保護裝置，以泄流供電系統(tǒng)在過壓來臨時承受的過電流。

圖5 接地引下線涂刷標志制作

永川廣播電視發(fā)射臺原有浪涌保護器存在標稱放電電流In偏小[4]，安裝不規(guī)范，使用年限均超過5年，部分浪涌保護器損壞窗口告警等不利于過電流快速泄放問題，因此將原有不合規(guī)浪涌保護器進行拆除。臺站配電系統(tǒng)雷電防護等級按電源三級雷電防護進行系統(tǒng)化選型和設(shè)計[5]，分別在總配電房安裝標稱放電電流In60 kA、最大放電電流Imax120 kA的Ⅱ類試驗浪涌保護器2只，在分配電房、機房設(shè)置二級、三級滿足要求的浪涌保護器5只。在安裝于室外的視頻監(jiān)控和機房內(nèi)的視頻監(jiān)控攝像頭上安裝以太網(wǎng)供電信號類浪涌保護器。所有防雷器接線均按照標準規(guī)范進行，接地引下線就近與匯流排或接地扁鋼牢固連接。

3 結(jié)語

在本次提質(zhì)改造升級中，永川廣播電視發(fā)射臺通過招投標選取具有豐富施工經(jīng)驗、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的專業(yè)防雷公司作為施工單位。施工單位嚴格按照合同要求與國家防雷標準規(guī)范，安排豐富經(jīng)驗的現(xiàn)場施工團隊進行施工。現(xiàn)場監(jiān)督管理人員嚴格按照技術(shù)和施工要求進行全程質(zhì)量監(jiān)督和驗收，施工過程中，特別對地下隱蔽工程中接地網(wǎng)敷設(shè)、跨接套管、降阻劑包裹、接地模塊安裝、引下線折彎、標志牌安裝、焊接工藝和防腐等關(guān)鍵工序進行重點監(jiān)督。施工后接地網(wǎng)接地電阻驗收測試為0.6 Ω，工程質(zhì)量確定為優(yōu)良。

工程于2021年6月完工驗收，經(jīng)過近一年時間運行，發(fā)射臺經(jīng)歷多次雷擊，特別是建成后當年夏季幾次巨大雷暴天氣，永川廣播電視發(fā)射臺電子設(shè)備運行正常，保障了轉(zhuǎn)播信號正常，工程順利經(jīng)過雷電檢驗，真正達到了提質(zhì)改造升級目標。