四川廣播電視塔天饋線溫度監(jiān)測系統(tǒng)

李明柯

（作者單位：四川廣播電視臺601工程籌建處）

四川廣播電視塔自2005年開始運營以來，一直為中央廣播電視總臺、四川廣播電視臺和成都市廣播電視臺提供廣播電視信號發(fā)射傳輸服務(wù)，同時也是全四川省廣播電視微波信號傳輸樞紐，并為四川衛(wèi)星地球站傳輸播出信號。

四川廣播電視塔的廣播電視播出機房均位于下塔樓，第一層位于電視塔的17.2 m處，共設(shè)有3個機房，分別是調(diào)頻廣播發(fā)射第一機房、數(shù)字電視發(fā)射機房和數(shù)字電視信號處理機房。調(diào)頻廣播發(fā)射機房內(nèi)安裝8臺調(diào)頻廣播發(fā)射機，其中四川廣播電視臺8臺，成都市廣播電視臺2臺，發(fā)射總功率50 kW；數(shù)字電視發(fā)射機房安裝2臺數(shù)字電視發(fā)射機，發(fā)射總功率20 kW。第二層機房位于電視塔21.7 m處，設(shè)有調(diào)頻廣播發(fā)射第二機房和模擬電視發(fā)射機房，調(diào)頻廣播發(fā)射第二機房共安裝3臺發(fā)射機，總功率20 kW，模擬電視發(fā)射機房安裝2臺發(fā)射機，總功率20 kW。近些年來，隨著模擬電視的關(guān)停和數(shù)字電視市場的萎縮，調(diào)頻廣播在廣播電視中的重要性和占比愈發(fā)突出，電視塔上各播出單位為了確保調(diào)頻廣播發(fā)射機不間斷、高質(zhì)量工作，一直用心值守、精心維護(hù)。保障好調(diào)頻廣播的發(fā)射傳輸，就是四川廣播電視塔技術(shù)人員最重要的工作。調(diào)頻廣播信號從各臺發(fā)射機輸出后，先后經(jīng)過饋管、多工器、天線交換機、主饋管、阻抗變換器、功率分配器、分饋線，最后由各面天線發(fā)射出去。廣播電視信號從17.2 m的下塔樓播出機房傳送至最高的339 m處，最遠(yuǎn)垂直距離達(dá)到322 m。從232 m至339 m，是高達(dá)107 m的天線桅桿，共分5節(jié)，第一節(jié)混凝土桅桿安裝水平極化調(diào)頻廣播天線，第二節(jié)鋼桅桿安裝米波電視天線和垂直極化調(diào)頻廣播天線，第三、四、五節(jié)鋼桅桿均安裝分米波電視天線。自下向上，桅桿逐節(jié)變細(xì)，內(nèi)部空間愈發(fā)狹窄，桅桿內(nèi)密布的眾多設(shè)備長年工作在高溫高頻高壓狀態(tài)下，加上接頭密封、塔體擺動、鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮、金屬件疲勞等原因很有可能導(dǎo)致設(shè)備過熱、進(jìn)水及連接松動，存在打火短路的可能性，事故輕時造成劣播/停播，嚴(yán)重時會燒毀天線乃至全部桅桿。

在廣播電視塔中，最核心的設(shè)備就是天饋線、多工器和天線交換機，其運行溫度是最直觀也是最重要測量指標(biāo)之一。四川廣播電視塔一直以來特別重視天饋線、多工器和交換機系統(tǒng)的溫度監(jiān)測，因此制定了非常完善的天饋線檢修制度和維護(hù)規(guī)程，定期進(jìn)行設(shè)備巡檢和維護(hù)，以確保天饋線工作溫度正常。四川廣播電視塔多工器和天線交換機，均位于下塔樓的播出機房內(nèi)，24小時有專人值守巡查，而天線和分饋線在232 m之上的天線桅桿上，一旦桅桿內(nèi)外的天線等設(shè)備發(fā)生故障，就會導(dǎo)致運行溫度過熱，因工作人員無法第一時間得知情況并觀察到故障點位，故只能根據(jù)機房內(nèi)的多工器、天線交換機和發(fā)射機的報警及參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行間接故障判斷，最后只能攀爬至桅桿內(nèi)尋找故障點并進(jìn)行維修。為了更好地服務(wù)于廣播電視安全播出，經(jīng)過多種設(shè)計方案對比后，四川廣播電視塔安裝了分布式光纖測溫系統(tǒng)，對四川廣播電視塔的天饋線系統(tǒng)進(jìn)行實時溫度監(jiān)測。該系統(tǒng)投入運行后，有效地保障了播出安全，大幅度地提高了工作效率和故障處置響應(yīng)速度。

作為國內(nèi)首個應(yīng)用于廣播電視塔的光纖測溫系統(tǒng)，其設(shè)計、安裝、調(diào)試都是非常具有挑戰(zhàn)性的。施工中，工作量最大、難度最高的兩項：一是感溫光纖的敷設(shè)，二是測溫主機的抗電磁干擾改造。敷設(shè)的6根感溫光纖中，最短的300 m，最長的一根達(dá)到了1500m ，電視塔特殊的建筑構(gòu)造，狹窄的桅桿空間，多達(dá)幾千個的測量點位和嚴(yán)格的施工要求都考驗著施工方的專業(yè)能力。安裝在播出監(jiān)控室的測溫主機因受臨近機房強大的電磁干擾，一度無法正常運行，直至技術(shù)人員對其進(jìn)行改造后方正常工作。最終，四川廣播電視塔成功地安裝了國內(nèi)首套廣播電視塔光纖測溫系統(tǒng)。

1 四川廣播電視塔DSC-DTS光纖測溫系統(tǒng)組成

四川廣播電視塔DSC-DTS光纖測溫系統(tǒng)由測溫光纖、光纖測溫儀、工控主機、測量軟件及附屬設(shè)備構(gòu)成。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)復(fù)用光在光纖中傳輸時產(chǎn)生的自發(fā)拉曼（Raman） 散射和光時域反射（Optical Time-domain Reflectometer，OTDR）原理，來獲取空間溫度分布信息。當(dāng)在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖時，系統(tǒng)復(fù)用光在光纖中向前傳輸時不斷產(chǎn)生后向拉曼散射光波，這些后向拉曼散射光波的強度與所在光纖散射點的溫度有關(guān)。

向后拉曼散射光波經(jīng)過光學(xué)濾波、光電轉(zhuǎn)換、模擬放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，送往信號處理器，系統(tǒng)便可以將溫度信息實時解調(diào)出來的同時，根據(jù)光纖中光波的傳輸速度和后向光回波的時間對溫度信息定位。由于后向拉曼散射光波的強度非常微弱，因此測溫儀需要非常高的處理增益和非常低的噪聲電平才能檢測到該信號。為了實現(xiàn)足夠高的空間定位精度，測溫系統(tǒng)必須具有足夠的時間分辨率，即帶寬和采樣頻率。

3 功能特點

（1）該系統(tǒng)能實時、精確、連續(xù)、全面地對位于機房內(nèi)和桅桿內(nèi)外的多工器、交換機、饋線、主饋線、分饋線、功率分配器、阻抗變換器、天線等設(shè)備進(jìn)行檢測。可以對一條測溫光纖進(jìn)行整體溫度的檢測，也可以對光纖上每臺設(shè)備和點位進(jìn)行分別的溫度檢測，這樣值守人員隨時能了解每個被測設(shè)備及點位的工況，在設(shè)備溫度過熱之前進(jìn)行早期預(yù)警并進(jìn)行處置。

（2）該系統(tǒng)和傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)不同，不需要單獨安裝溫度傳感器，測溫光纖既是信號線，也是傳感器，一條光纖可連續(xù)測量上百個設(shè)備和點位，安裝時只需要將測溫光纖按一定匝數(shù)緊貼于被測量體即可，不需要打孔固定，無需切斷，敷設(shè)完成之后繼續(xù)至下一個測量點進(jìn)行敷設(shè)，而且抗電磁干擾、耐高溫、高壓、防燃、防腐蝕，特別適合于對廣播電視塔這種特殊建筑和工作在特殊工況下的設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控。

（3）機房內(nèi)和桅桿內(nèi)只敷設(shè)測溫光纖，此外不安裝任何電子設(shè)備，測溫主機和工控機、顯示器等設(shè)備集中安裝在播出監(jiān)控室內(nèi)，系統(tǒng)簡潔可靠，利于維護(hù)。

（4）系統(tǒng)可以根據(jù)每個設(shè)備運行溫度的不同單獨設(shè)置溫度報警閾值，可設(shè)置過熱報警，也可設(shè)置過冷報警。比如，對于天饋線、功分器、交換機等設(shè)備只需設(shè)置過熱報警，但對多工器此種較特殊的設(shè)備，鑒于其工作原理和運行狀態(tài)，既要設(shè)置過熱報警，也要設(shè)置過冷報警，才能確保多工系統(tǒng)和發(fā)射機的運行良好。

（5）該系統(tǒng)的圖形顯示界面友好，廣播電視塔圖形顯示界面，各樓層、桅桿層、天線層清晰準(zhǔn)確，簡潔易操作。主界面上標(biāo)有各測溫區(qū)域和即時溫度，用鼠標(biāo)點擊即可進(jìn)入查看區(qū)域內(nèi)部各測溫點的溫度。

（6）該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、刷新快，每0.2 s采集并刷新一次數(shù)據(jù)，能夠非常快速地服務(wù)于廣播電視安全播出。

（7）能夠長期記錄并保存每個測量點的溫度數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對比環(huán)境溫度進(jìn)行智能分析，既能對每個測量點出具報表，也能對每條線路出具報表，

（8）光纖測溫主機采用模塊化設(shè)計，一條測溫光纖連接一張測溫數(shù)據(jù)采集卡，主機內(nèi)的一張卡出現(xiàn)故障僅僅只會影響連接上的那一條光纖上的溫度數(shù)據(jù)采集，不會對同主機上其他光纖的溫度數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生影響，有利于后期的保養(yǎng)和維修。

4 光纖測溫系統(tǒng)監(jiān)測范圍

17.2 m調(diào)頻機房調(diào)頻十工器、天線交換機、饋管；17.2 m電視機房電視合路器、交換機、饋管；21.7 m調(diào)頻機房調(diào)頻二工器、三工器、饋管；21.7 m電視機房電視合路器、饋管、充氣機；17.2 m和21.7 m垂直敷設(shè)至232 m天線平臺的共12根主饋管；232～339 m 所有調(diào)頻天線、電視天線單元和分饋線接頭；232～ 339 m的阻抗變換器、功率分配器。

5 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由測溫光纖、分布式光纖測溫儀、工控機和顯示終端構(gòu)成。其中，測溫光纖、分布式光纖測溫儀如圖1、圖2所示：

圖1 測溫光纖

圖2 分布式光纖測溫儀

6 操作運行

6.1 溫度監(jiān)測

在監(jiān)測軟件界面，左鍵點擊溫度框可跳轉(zhuǎn)至監(jiān)測溫度點，右鍵點擊可查看內(nèi)部所有溫度點，如圖3、圖4所示：

圖3 溫度監(jiān)測軟件界面

6.2 報警及解除

若現(xiàn)場出現(xiàn)高溫情況，主機右側(cè)顯示報警位置，并發(fā)出報警聲音，點擊查看自動跳轉(zhuǎn)至選中的報警區(qū)域。

故障排除后，故障點溫度重新降低到報警值，報警聲及報警燈會自動取消。取消勾選的報警音，可以手動消音復(fù)位，再次勾選恢復(fù)到監(jiān)測狀態(tài)。

6.3 數(shù)據(jù)查詢

點擊“文件”→“數(shù)據(jù)查詢”可進(jìn)入歷史查詢界面。選擇“段式區(qū)域查詢”，再選擇需要查詢歷史信息的“段式分區(qū)”，選擇好起始時間及終止時間后，點擊查詢可顯示區(qū)域范圍在選定時間內(nèi)的溫度；選擇“報警記錄查詢”，選定時間范圍后，可列出所在時間內(nèi)的所有報警信息；點擊生成報表，可將當(dāng)前界面信息自動生成表格。

7 維護(hù)和使用

為了更好地使用與維護(hù)這套溫度報警系統(tǒng)，四川廣播電視塔技術(shù)人員每季度都進(jìn)行系統(tǒng)測試和線路巡查，變換點位對被測點進(jìn)行人工加溫測試，確保每根測溫光纖、每個測溫點均能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度報警。通過測試，技術(shù)人員積累了大量的溫度數(shù)據(jù)，并依此對溫度報警閾值進(jìn)行調(diào)整，確保報警的可靠性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

8 結(jié)語

該系統(tǒng)投入運行已兩年，有3次報警，分別是位于機房內(nèi)的調(diào)頻廣播十工器吸收負(fù)載過熱報警、天線桅桿內(nèi)的調(diào)頻廣播功率分配器過熱報警和調(diào)頻廣播天線分饋線接頭過熱報警。值班員收到系統(tǒng)聲光報警后，第一時間查看系統(tǒng)自動彈出的報警信息，將準(zhǔn)確的故障點和溫度值報告技術(shù)人員，技術(shù)人員到達(dá)報警點位進(jìn)行故障檢修，經(jīng)實地檢查，點位準(zhǔn)確，報警及時。在2022年9月5日瀘定地震后，在還有余震的情況下，值守技術(shù)人員無法立即去機房和桅桿內(nèi)查看天饋線多工器運行狀況，此時光纖測溫系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、即時性和可靠性再一次發(fā)揮了重要作用，技術(shù)人員在值班室內(nèi)就能查看各個天饋設(shè)備的運行溫度，再結(jié)合其他監(jiān)測系統(tǒng)，判斷四川廣播電視塔天饋線系統(tǒng)未受地震影響。