淺談RBN_DGNSS臺站防雷優化改造探討及應用

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、機械破壞、人員傷亡、電氣、電子系統設備損壞，還可能危及供電、計算機控制及調節系統，造成供電中斷、數據丟失、生產停頓。建筑物的重要敏感電子設備需要特殊的防雷保護，因而需采用外部避雷和內部避雷一綜合防雷。

1）外部避雷

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

2）內部避雷

內部避雷系統是防止雷電和其他形式的過電壓侵入設備中造成毀壞，這是外部避雷系統無法保證的，電子設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。為了適應這種需要，必須采用多類型設施、技術共同防雷，以防止和減少雷電對建筑物、電氣、電子系統造成的危害。

1臺站現況

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，從現場的土壤和土質情況、防雷接地網裸露與腐蝕以及連通情況、防雷系統設施設備使用情況、機房接地系統安全情況、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）根據當地氣象部門發布的主要城鎮年平均雷暴日數統計資料，屬于高雷區，臺風頻繁；

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

3）天線場早年制作的防雷接地網，由于臺風摧殘、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）天調房的防雷設備設施存在損壞、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，防止助航設備設施遭受雷害，確保站內設備設施的正常工作，需對RBN-DGNSS臺站進行防雷優化改造，以確保人員的安全，提高設備設施運行的安全系數。

2改造原則

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

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

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

3）綜合防治：根據被保護物所在地理、氣象環境、雷電活動規律，以及從被保護物的重要性、復雜性、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”等傳統的防雷技術措施，選用可靠的接閃裝置，實施安全可靠、先進全面及經濟合理的技術方案，防止雷擊建筑物發生的人身傷害、財產損失。

圖1防雷保護區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，另一種是感應雷。一般來說，直擊雷擊中臺站內的電子設備的可能性小。感應雷即是由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓、過電流形成雷擊。感應雷入侵電子設備及計算機系統主要有以下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，都會使電子設備及計算機系統受到不同程度的損壞或嚴重干擾。本次RBN-DGNSS臺站防雷優化改造采用綜合防雷系統，如圖2所示：

圖2綜合防雷系統示意圖

3.2天線發射場接地裝置改造

3.2.1接地降阻

為了達到降低接地網接地電阻之目的，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；二是改善地質電學性質，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）增大接地網面積、增加垂直接地體；

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

（2）人工改善土壤電阻率。

3.2.2天線發射場接地裝置改造

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

圖3改造前的防雷接地網

改造內容：首先在RBN-DGNSS臺站天線發射場新建一個接地裝置，其次在原有接地網的基礎上進行改造優化，提升整個天線場接地網接地導電率，給雷電提供更加順暢的泄流通道。

（1）以天調房為中心，新建一個 15m 為半徑的閉合接

地網；（2）閉合接地網的接地母線每隔 6m 左右加設1根垂

直銅包鋼接地體；（3）從閉合接地網，同時向內引2處至天調房對角進

入天調房與法拉第籠屏蔽網連接、內引1處進入天線塔基礎

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，把新舊兩個接地網連接起來；

（4）用新技術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，坑內布設 2×1m 接地網格、安裝2套DK-AGc離子接地極、敷設降阻劑包裹接地體，加大泄流通道，提高防雷效果；

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

新建接地網以及改造部分舊地網，采取新技術、新材料設計，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結構，所有銅包鋼接地材料采用熱熔焊接技術進行磨具熱熔焊接，見圖 4

3.2.3地埋警示樁

圖4熱熔焊接技術圖

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

改造后：接地網改造后，接地體導電能力增強，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天線調諧房防雷改造

圖6改造前防雷設備

3.3.1一級電源防雷保護

進入天線調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

改造內容：

（1）新增一個配電箱，箱內安裝2排排架，一排安裝電源開關，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，確保機房配電設施的安全。

通防雷設備、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據，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天線調諧房內屏蔽措施處理

改造前：天線調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范要求，見圖8。

圖8改造前的天線調諧機房

改造內容：

（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，在進行十字加密網格，機房內部5面墻壁采用 20×2 銅帶進行600×600 網格屏蔽雷電電磁場；四面墻壁網格與地面及天面相互可靠連接；在機房等電位接地網的對角線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，利于通風透氣，防止導通，確保機房人員安全。改造后：美觀規范，效果提升，安全可靠。

4結論與展望

總的來說，該RBN-DGNSS臺站主要通過安裝氧化鋅避雷器、優化布設接地系統、安裝智能防雷器等措施進行防雷治理。實踐結果表明，應用該防雷治理技術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、電子系統造成的危害，能有效保障RBN-DGNSS臺站設備的安全穩定運行。

參考文獻

[1]葉飛，許軼.建筑物防雷措施中外部防雷系統的試驗研究[].電工技術.2025，（5）.

[2]吳朝祥.關于設備防雷和防靜電幾個問題的探討].石油化工自動化.2025，（1）.

[3]劉思漢.江西氣象站雷擊風險與防護設計Ⅲ.氣象水文海洋儀器.2025，（1）.

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