摘 要：雷達(dá)站電源作為主要的動(dòng)力能源，但也容易遭受到雷電攻擊。這就需要全面做好雷達(dá)站電源防雷設(shè)計(jì)工作，采用綜合性手段，快速降低雷電流幅值、隔離電磁脈沖能量、消除殘留電流電壓，這樣才能夠確保最終的保護(hù)效果。基于此，本文首先分析雷電危害以及雷達(dá)站電源防護(hù)現(xiàn)狀，進(jìn)而探究雷達(dá)站電源綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)站;綜合防雷;系統(tǒng)設(shè)計(jì);電源

引言

由于雷達(dá)站的特殊性，通常都設(shè)置在高山、海島等區(qū)域，這些區(qū)域具有強(qiáng)雷、強(qiáng)風(fēng)特點(diǎn)，這的雷達(dá)站電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高要求。雷達(dá)站電源大體上可以分為是市電供電、油機(jī)供電兩種形式，無論是哪種形式都有可能導(dǎo)致電源遭受雷擊，雷電大電流、強(qiáng)電磁脈沖會(huì)通過電源線進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備損壞甚至是人員傷亡，這就要設(shè)計(jì)一套完善、可靠的電源防雷系統(tǒng)，有效減少雷電對(duì)雷達(dá)站的負(fù)面影響。很多雷達(dá)站防雷系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)保護(hù)、釋放大量雷電流，但依然存在一定量殘壓，威脅著后續(xù)電路安全。這就需要在多級(jí)防護(hù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)隔離系統(tǒng)，進(jìn)一步消除殘壓，提高安全系數(shù)。

1.雷電危害以及雷達(dá)站電源配置現(xiàn)狀

1.1雷電危害

空氣中充滿著物理、化學(xué)、生物物質(zhì)，在云的聚集下、風(fēng)的帶動(dòng)下，這些物質(zhì)在云層中會(huì)相互摩擦產(chǎn)生電荷，并不斷累積形成巨大的雷電能量。而雷電是帶電云雷對(duì)地面放射雷電的一種自然現(xiàn)象，大體上可以分為直擊雷、雷電磁脈沖、雷電感應(yīng)、雷電反擊四種情況[1]。直擊雷的破壞性最大，但是發(fā)生概率最低，雷達(dá)站電源主要是受到雷電磁脈沖、雷電感應(yīng)威脅。雷電反擊是指金屬物受到雷擊產(chǎn)生的接閃瞬擊和大地之間的電壓，因此被擊金屬以及線纜會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)情況。雷達(dá)站電源和相關(guān)設(shè)備多數(shù)都是弱電設(shè)備，對(duì)電涌沖擊、電磁感應(yīng)更加敏感一些。

1.2雷達(dá)站電源配置以及設(shè)備配置情況

絕大部分雷達(dá)站都是采用高壓電源進(jìn)站，站內(nèi)的變壓器將10kV的高壓電轉(zhuǎn)化為380V的交流弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)站設(shè)備的電能供給。同時(shí)還配有油機(jī)供電機(jī)組，配備了交互界面切換市電和油機(jī)供電方案。電能先是進(jìn)入到60kVa的UPS并機(jī)系統(tǒng)中，之后為弱電設(shè)備、附屬直流電源提供電能。在雷達(dá)站設(shè)備方面，雷達(dá)和高頻設(shè)備都配備了室外天線，雷達(dá)信號(hào)、高頻信號(hào)輸出線纜分別連接MODEM、PCM設(shè)備。傳輸設(shè)備通過光纖、微波將信號(hào)傳遞給目標(biāo)地。

2.雷達(dá)站電源綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文提出一種SPD多級(jí)保護(hù)與隔離變壓器的綜合防雷系統(tǒng)，可以有效起到雷達(dá)設(shè)備的保護(hù)作用。具體如下：

2.1SPD多級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)

《雷電電磁脈沖的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》中提出了一類防雷建筑電源系統(tǒng)三級(jí)SPD防護(hù)措施。作為典型的一類防雷建筑體系，雷達(dá)站電源防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考該方案。SPD三級(jí)保護(hù)主要是采用總配電柜、分配電柜、設(shè)備三級(jí)防護(hù)方法。一級(jí)SPD防護(hù)可以將大部分雷電流釋放，采用開關(guān)型SPD設(shè)備，使用要求為額定釋放雷電流在40kA以上，響應(yīng)時(shí)間在100±10ns、保護(hù)電壓為500V;二級(jí)SPD防護(hù)主要是用作低能雷電流吸收以及浪涌過電壓限制作用，選擇限壓型SPD保護(hù)設(shè)備，使用要求釋放電流在40kA以上，響應(yīng)時(shí)間為20ns、保護(hù)電壓為350V;三級(jí)SPD防護(hù)主要是負(fù)責(zé)進(jìn)一步加強(qiáng)低能雷電流吸收和浪涌過電壓抑制，同樣是選擇限壓型SPD裝置，使用條件為釋放電流在20kA以上，響應(yīng)時(shí)間為20ns，保護(hù)電壓為320V。

由于不同等級(jí)防護(hù)的額定響應(yīng)時(shí)間差異，確保一、二、三級(jí)按照順序作出響應(yīng)，必須要確保兩個(gè)SPD設(shè)備之間留有一定距離。通過分析可知，電纜中電磁波傳播速度為1.5*108m/s，已知不同等級(jí)保護(hù)響應(yīng)時(shí)間，最大的間距方案為一、二級(jí)防護(hù)間距為15m;二、三級(jí)防護(hù)間距為3m。這是由于《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出兩個(gè)限壓型SPD設(shè)備間距最大距離為5m，為了保證二、三級(jí)防護(hù)體系的有效性，可以將二者距離提升到5m。此外，SPD引線上會(huì)產(chǎn)生寄生電感，會(huì)直接影響過電壓，而過電壓提升則難以實(shí)現(xiàn)保護(hù)效應(yīng)[2]。這就需要盡可能保證SPD引線兩端為最短設(shè)計(jì)，最大長(zhǎng)度不超過50cm，這樣即可確保引線長(zhǎng)度、提高SPD保護(hù)作用。

SPD多級(jí)防護(hù)只是綜合防雷系統(tǒng)的一個(gè)分支，雷電流通過三級(jí)防護(hù)后電壓幅值會(huì)大幅度下降，但依然有較高的殘壓，影響雷達(dá)站電源安全性。所以多級(jí)SPD防護(hù)更多是降低雷電流幅值，不能將殘壓全部消除，所以還要增設(shè)隔離變壓器消除雷電流殘壓。

2.2隔離變壓器防護(hù)

隔離變壓器在實(shí)際應(yīng)用中可以有效消除線圈之間的分布電容，這樣可以降低共模雷達(dá)過壓耦合作用。還可以將繞組方式進(jìn)行優(yōu)化，提高共模抑制比，這樣會(huì)增加共模雷電壓轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅＠纂妷?，起到防護(hù)作用。在隔離變壓器電路設(shè)計(jì)過程中，考慮到三級(jí)SPD防護(hù)之后依然有較大的殘壓，通常在1200V左右，超出了隔離變壓器的承受范圍內(nèi)，這就需要配套一個(gè)電涌保護(hù)器，將二者結(jié)合進(jìn)一步消除殘壓。電涌保護(hù)器的可以降低殘壓值，之后殘壓會(huì)進(jìn)入到變壓器，借助電涌保護(hù)器進(jìn)一步限制過電壓。變壓器輸出端與雷達(dá)設(shè)備連接、輸入端與電源內(nèi)連接，在電流通過時(shí)，電涌保護(hù)器動(dòng)作，減少與SPD防護(hù)之間的電位差，并將大部分殘壓電流釋放到大地。在隔離變壓器輸出端安裝電容吸收裝置，主要負(fù)責(zé)吸收過電容，進(jìn)一步降低殘壓能量，確保雷達(dá)設(shè)備處于安全范圍內(nèi)[3]。

當(dāng)今，新型隔離變壓器中都加入了計(jì)數(shù)控制體系，雷電每次對(duì)隔離變壓器進(jìn)行雷擊，感應(yīng)線圈會(huì)計(jì)數(shù)一次，并且內(nèi)部的SPD指示燈可以顯示SPD多級(jí)防護(hù)的運(yùn)行情況，避免SPD防護(hù)損壞造成變壓器損壞，變壓器旁還可以設(shè)置電流指示儀、電壓指示儀，可以時(shí)刻關(guān)注雷電造成的電流電壓量，保證系統(tǒng)可以安全運(yùn)行。

2.3綜合防護(hù)體系

通過上述兩點(diǎn)我們可以看到，雷電通過SPD多級(jí)防護(hù)之后依然會(huì)留有大量的殘壓，會(huì)對(duì)后續(xù)雷達(dá)設(shè)備產(chǎn)生影響;隔離變壓器可以進(jìn)一步限制殘壓，隔離脈沖能量，但在較大雷電沖擊下，會(huì)超出變壓器承受范圍。因此，必須要將SPD三級(jí)防護(hù)、隔離變壓器綜合設(shè)計(jì)，可以在SPD二級(jí)、三級(jí)之間增設(shè)隔離變壓器，這樣可以避免變壓器受到較大殘壓供給，還可以有效降低殘壓。確保SPD三級(jí)防護(hù)后雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)行安全性[4]。

電源系統(tǒng)線纜雷達(dá)陣地采用金屬鎧裝埋地電纜，也可以采用鋼管作為防護(hù)套直接埋入地下，埋地超度不得低于15m，進(jìn)入到雷達(dá)塔樓中，電源線纜外皮、鋼管、塔樓接地裝置采用等電位連接方法。配電變壓器兩側(cè)均要安裝一套氧化鋅避雷器。SPD多級(jí)保護(hù)按照2.1設(shè)定釋放電流量、響應(yīng)時(shí)間、保護(hù)電壓、配置距離。在二級(jí)SPD、三級(jí)SPD之間安裝三相隔離變壓器，設(shè)計(jì)方法和單相變壓器類似，但在接線上存在差異，需要注意。

結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了一種雷達(dá)站電源綜合防雷系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過仿真和試點(diǎn)應(yīng)用證明，可以有效防護(hù)雷電流、電磁脈沖等，雷電殘壓在通過三級(jí)SPD防護(hù)之后，完全在雷達(dá)設(shè)備的可承受范圍內(nèi)，使用效果很少，保證了雷達(dá)設(shè)備正常運(yùn)行、操作人員安全，適合進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]夏亮， 楊江平， 鄧斌. 雷達(dá)站電源綜合防雷系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2019（16）：555-556.

[2]李志江， 王偉， 王華. 沈陽新一代天氣雷達(dá)站防雷工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 建筑電氣， 2019（01）：620-625.

[3]張凡. 雷達(dá)站防雷措施研究[J]. 科學(xué)與財(cái)富， 2012（10）：724-725.

作者簡(jiǎn)介：姓名：尹垚（1993.10.9-），性別：男、民族：漢、籍貫：山西朔州、就職單位：無、學(xué)歷：大專。