裴 煜

(霍邱縣廣播電視臺(tái)，安徽 六安 237400)

0 引言

隨著數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)和信息廣播、廣播和信號(hào)傳輸?shù)目焖侔l(fā)展，信號(hào)傳輸越來(lái)越長(zhǎng)，容易受到雷擊。再加上現(xiàn)代電子設(shè)備中芯片的工作電壓，元件布局中的線性距離越來(lái)越小，降低了設(shè)備的耐久性，有可能破壞通信系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，有源元件多，雷電容量大，網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)。在這方面，提供有效的防雷保護(hù)和減少?gòu)V播電視面臨的雷暴風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)。本文研究了基于傳統(tǒng)防雷技術(shù)的廣播易受防雷影響的原因以及防雷監(jiān)測(cè)態(tài)勢(shì)信息系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)代監(jiān)測(cè)手段和防雷監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用，廣播電視臺(tái)防雷系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)，防雷系統(tǒng)的安全保障和智能化發(fā)展，提高發(fā)射臺(tái)的防雷水平。

1 雷電對(duì)廣播電視發(fā)射臺(tái)的危害形式

雷電一般可分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊。任何電信設(shè)備都將直接受到防雷的影響。

1.1 直擊雷

直接沖擊是指帶電云與地面目標(biāo)(如建筑物頂部、鐵塔、天線等)之間的快速放電。直擊雷沖擊時(shí)，強(qiáng)雷擊電流沿接地線減小，接地后地電位瞬間升高，對(duì)接地電阻、設(shè)備或人員造成損害。

1.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是一種雷電放電，它在相鄰導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，即這種火花可以通過(guò)落在地上或在云中破裂的閃電獲得。靜電感應(yīng)是由雷暴云引起的，因此相鄰導(dǎo)體必須感受到與第一個(gè)傳輸通道符號(hào)相反的電荷。在雷電放電過(guò)程中，電荷在第一個(gè)傳輸通道中迅速被中和，如果導(dǎo)體不靠近地面，導(dǎo)體的感應(yīng)電荷將被釋放，從而產(chǎn)生高電位。電磁感應(yīng)是由周圍空間中電流的快速變化引起的，在導(dǎo)體附近產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)電磁場(chǎng)和高電場(chǎng)強(qiáng)度。接近雷擊點(diǎn)時(shí)，感應(yīng)波沖擊力大，作用半徑大。如果不能及時(shí)獲得感應(yīng)雷的電磁能量，放電會(huì)產(chǎn)生火花，可能會(huì)危及配電系統(tǒng)或干擾，損壞發(fā)射室內(nèi)的設(shè)備，甚至引發(fā)火災(zāi)。

1.3 雷電波侵入

如果傳輸線、通信電纜或金屬線或電源線直接受到感應(yīng)雷的沖擊或影響，雷暴的高壓電位將通過(guò)這些電線進(jìn)入機(jī)庫(kù)，設(shè)備或外殼中金屬釋放的損壞可能會(huì)危及人身安全。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)電子器件的損壞主要是由感應(yīng)電壓引起的。在電子設(shè)備中，信息通過(guò)各種組件或接口傳輸。

2 廣播電視發(fā)射臺(tái)現(xiàn)有防雷措施

(1)避雷針應(yīng)安裝在兩座鐵塔的頂部，以防止直接沖擊。(2)在中央配電樓屋頂周邊安裝避雷針和環(huán)形接地網(wǎng)，將避雷針與接地網(wǎng)連接。(3)在中央機(jī)械裝置的靜電地板下設(shè)置銅韌帶連接電位，形成電位連接系統(tǒng)。(4)銅排安裝在配電室靜電地板下方，可連接形成電氣通信系統(tǒng)。(5)配電柜和配電室供電系統(tǒng)的中央硬件配備了傳統(tǒng)的三相適配器，以保護(hù)發(fā)射站系統(tǒng)，免受電氣設(shè)備的影響。(6)配電室內(nèi)的電源將電纜引至地面，屏蔽殼連接至配電室內(nèi)的接地網(wǎng)。位于中央辦公室配電室的電纜也用于地面，屏蔽外殼連接到建筑物的接地網(wǎng)。建筑物之間的通信線路有效地防止雷暴波通過(guò)隧道，并通過(guò)接地屏進(jìn)行處理。塔架、配電盤和中央設(shè)備的接地電阻為10 Ω[1]。有可能遇到以下問(wèn)題：(1)當(dāng)氣候變化可能導(dǎo)致雷暴時(shí)，雷暴風(fēng)險(xiǎn)的不可預(yù)測(cè)性。(2)在雷暴波情況下，無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤直流沖擊電流、感應(yīng)電流和SPD狀態(tài)。(3)隨著接地網(wǎng)接地電阻的變化，接地電阻值無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤。因此，建議利用信息和通信技術(shù)在排雷行動(dòng)中發(fā)揮作用，并通過(guò)更新現(xiàn)有的防雷檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步促進(jìn)防雷檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)。

3 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，全球防雷行動(dòng)領(lǐng)域正在形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括防雷設(shè)施的探測(cè)、防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)以及一系列防雷產(chǎn)品的建設(shè)和生產(chǎn)。閃光信號(hào)由雷達(dá)和大型氣田儀器發(fā)出。然而，特別是由于系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性和成本，目前還沒(méi)有針對(duì)單個(gè)建筑物、設(shè)備和場(chǎng)所進(jìn)行針對(duì)性雷暴災(zāi)害報(bào)警、電流點(diǎn)監(jiān)測(cè)和接地電阻監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。每年，世界各地的人、建筑物和設(shè)備都是雷電爆炸的受害者。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的

(1)評(píng)估建筑物內(nèi)的防雷風(fēng)險(xiǎn)，尋找建筑物內(nèi)的防雷設(shè)施，評(píng)估排雷行動(dòng)的有效性，為調(diào)整排雷工作提供可靠依據(jù)；(2)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，有針對(duì)性的防雷供電措施可以有效提高排雷行動(dòng)效率，減少用戶投資；(3)為電力保護(hù)設(shè)施的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用建立可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)；(4)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，以確保危險(xiǎn)區(qū)域和雷暴環(huán)境中危險(xiǎn)區(qū)域的雷區(qū)安全[1]。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

具體涉及智能云平臺(tái)控制系統(tǒng)、智能防雷報(bào)警系統(tǒng)、智能防雷監(jiān)測(cè)器、智能傳感器、防雷探測(cè)器、智能SPD監(jiān)測(cè)器、智能接地電阻傳感器等平臺(tái)和智能終端?！盎诶纂姷闹悄墉h(huán)境監(jiān)測(cè)”系統(tǒng)包括云連接、智能傳輸、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)連接等的使用和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)突破；在這種模式下，數(shù)據(jù)中心可以大大節(jié)省用戶的投資，而無(wú)需創(chuàng)建硬件。系統(tǒng)可通過(guò)PC、手機(jī)或其他移動(dòng)終端訪問(wèn)。移動(dòng)登錄終端采用App登錄，提供便捷界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。該系統(tǒng)是一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。用戶不僅可以管理相應(yīng)的智能設(shè)備，還可以管理四級(jí)用戶。管理每個(gè)操作員或用戶的級(jí)別，管理設(shè)備和相應(yīng)的低級(jí)用戶。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)暴雨預(yù)警，感應(yīng)雷電。

3.4 廣播電視發(fā)射臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能

3.4.1 智能雷電預(yù)警

智能雷電預(yù)警主要由電氣傳感器和智能控制模塊組成。智能監(jiān)控模塊將傳感器電場(chǎng)和電磁場(chǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送至智能控制系統(tǒng)，并上傳至主機(jī)?？刂浦行奶峁﹫?bào)警信息，操作員可采取相應(yīng)措施。探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器，形成和傳播本地和遠(yuǎn)程閃電，并能及時(shí)探測(cè)和分析直徑為30～80 km的閃電相關(guān)影響。雷暴預(yù)警電場(chǎng)傳感器探測(cè)范圍：50 kV/M+50 kV/M，分辨率：20 V/M，精度：<5%，響應(yīng)時(shí)間：1 s。當(dāng)雷雨準(zhǔn)備就緒時(shí)，智能雷雨報(bào)警器能及時(shí)提醒用戶提前做好雷雨防護(hù)準(zhǔn)備[1]。

3.4.2 直擊雷監(jiān)測(cè)

直接脈沖控制主要包括線圈傳感器和智能電流監(jiān)測(cè)模塊，可以跟蹤4種直接脈沖電流。控制模塊將傳感器接收到的電流信息通過(guò)柔性線圈傳感器傳輸?shù)街悄芸刂葡到y(tǒng)，電流波形可以通過(guò)避雷器采集。當(dāng)控制中心操作員第一次獲得雷暴事故信息時(shí)，雷暴流量監(jiān)測(cè)模塊可接入監(jiān)測(cè)中心，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，確保設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行。柔性羅茲線圈可用于避雷器、波形或峰值電流。線圈的采集雷電電流范圍0.5～100 kA，線圈的采集精度：±5%，線圈的頻率范圍：20 Hz～10 MHz，可根據(jù)不同的安裝尺寸調(diào)整不同的線圈尺寸。

3.4.3 感應(yīng)雷監(jiān)測(cè)

控制器主要由柔性或剛性傳感器和智能電流控制模塊組成。它提供了一個(gè)感應(yīng)電流跟蹤控制模塊，通過(guò)從傳感器端口傳輸接收到的信息，形成一個(gè)通用的智能控制系統(tǒng)。它可以通過(guò)柔性羅盤線圈、剛性羅盤線圈和在線觀測(cè)進(jìn)行采集和控制。當(dāng)在峰值采集點(diǎn)安裝柔性或剛性線圈時(shí)，達(dá)到峰值電流。一套完整的電氣數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括智能防雷箱和在線防雷監(jiān)控器，可通過(guò)連接柔性或剛性羅盤繞組，對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行定量和外部檢測(cè)，并可在線跟蹤。網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)射機(jī)的空氣閥和鐵路防雷裝置，可用于防雷，并在該低壓配電系統(tǒng)中建設(shè)電流參數(shù)控制系統(tǒng)，作為一種機(jī)電防雷設(shè)施。該技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，性能穩(wěn)定可靠。它為用戶提供簡(jiǎn)單的界面訪問(wèn)、操作狀態(tài)和歷史信息。根據(jù)RS485協(xié)議，傳感器通過(guò)控制模塊收集當(dāng)前信息，下載到云平臺(tái)的智能控制系統(tǒng)。智能防雷箱：IMAX 100 kA，電壓保護(hù)水平：Up 1.2 kV，感應(yīng)雷電流峰值采集范圍：0.5～100 kA[2]。

3.4.4 智能 SPD 監(jiān)測(cè)

SPD智能控制主要由傳感器模塊和控制模塊組成，可以控制工作電壓、交流泄漏、外殼溫度、環(huán)境溫度、空載狀態(tài)。傳感器模塊通過(guò)RS485接口與監(jiān)控模塊連接，并將SPD狀態(tài)信息從傳感器模塊下載至智能平臺(tái)控制系統(tǒng)。

3.5 發(fā)射塔、建筑物和機(jī)房接地電阻監(jiān)測(cè)

接地系統(tǒng)包括在土壤電阻率較高的地方，通過(guò)降阻、特殊接地、深井施工等方式降低接地電阻。一般情況下，接地施工完成后，使用專用接地電阻傳感器手動(dòng)檢查接地電阻。驗(yàn)收后，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的位置，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定，施工現(xiàn)場(chǎng)的防雷設(shè)施每6個(gè)月或1年進(jìn)行一次人工檢測(cè)。試驗(yàn)前，接地電阻長(zhǎng)期處于不確定狀態(tài)，存在無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的隱蔽接地缺陷，尤其是在有爆炸危險(xiǎn)可能的場(chǎng)所。

3.6 智能云平臺(tái)管理系統(tǒng)

智能云平臺(tái)基于工業(yè)云平臺(tái)的Web結(jié)構(gòu)。用戶可以使用它創(chuàng)建任何管理和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。良好的工程設(shè)計(jì)可直接用于PC和其他設(shè)備服務(wù)器，不需要IIS Web服務(wù)器類型，客戶端也不需要安裝基本服務(wù)器，不需要瀏覽器。智能平臺(tái)提供了一個(gè)理想的解決方案，需要在不同平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和分析。無(wú)需安裝智能管理平臺(tái)的功能，且無(wú)需推薦服務(wù)器、瀏覽器中心或移動(dòng)終端。存儲(chǔ)系統(tǒng)安全監(jiān)控是在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以及使用非現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和分析平臺(tái)進(jìn)行必要的信息監(jiān)控。用戶可以查看設(shè)備狀態(tài)，分析、管理和規(guī)劃強(qiáng)大的時(shí)間和空間數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)設(shè)置不同，本地軟件不需要支持在線遠(yuǎn)程升級(jí)。為客戶托管私人網(wǎng)站：客戶必須申請(qǐng)建立獨(dú)立網(wǎng)站；客戶端服務(wù)器必須設(shè)置IP地址；為民營(yíng)企業(yè)提供全套解決方案。

4 廣播電視發(fā)射臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測(cè)實(shí)施方案

4.1 智能雷電預(yù)警實(shí)施方案

在智能防雷預(yù)警方面，如果只安裝傳感器檢測(cè)模塊，通過(guò)感應(yīng)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)無(wú)法有效覆蓋整個(gè)電臺(tái)。收集的數(shù)據(jù)不具有可比性，檢測(cè)精度不高，這可能會(huì)增加錯(cuò)誤概率。本研究的目的是提高測(cè)量精度的誤差。由于對(duì)獨(dú)立環(huán)境要求較高。電場(chǎng)探測(cè)器保護(hù)箱和智能控制模塊安裝在發(fā)射站中心樓和發(fā)射場(chǎng)配電樓的屋頂上[3]。

4.2 智能 SPD 監(jiān)測(cè)實(shí)施方案

安裝在發(fā)射中心主入口配電柜內(nèi)的SPD和SPD監(jiān)控模塊可以控制工作電壓、交流泄漏電流、外殼溫度、環(huán)境溫度和空氣負(fù)載狀態(tài)。監(jiān)控模塊將傳感器模塊收集的SPD狀態(tài)信息加載到智能平臺(tái)控制系統(tǒng)中。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文討論了無(wú)線電發(fā)射機(jī)防雷系統(tǒng)現(xiàn)代化的概念。通過(guò)升級(jí)后的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)雷電預(yù)警等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。雷暴觀測(cè)可以確保公共安全和發(fā)射臺(tái)的正常運(yùn)行和信息共享。