防雷保护技术在中波广播发射台的应用研究_姚迪.pdf

2023年第47卷第4期93Sound BroadcastinG声 学 制 播声 学 制 播文献引用格式：姚迪.防雷保护技术在中波广播发射台的应用研究 J.电声技术，2023，47（4）：93-95.YAO D.Research on the application of lightning protection technology in medium wave broadcasting transmitting stationJ.Audio Engineering，2023，47（4）：93-95.中图分类号：TN934 文献标识码：A DOI：10.16311/j.audioe.2023.04.026防雷保护技术在中波广播发射台的应用研究姚 迪（浙江省中波发射管理中心嘉兴广播转播台，浙江 嘉兴 314000）摘要：中波广播发射台的稳定运行是广播节目正常播出的重要依托。为了获得更加丰富的信号资源，发射台上的发射设备一般处于较高位置，且发射台周边通常不存在其他建筑，这一独特的建设特点使得中波广播发射台的防雷工作难度相对较高，很容易遭到雷击，进而影响广播信号发射与接收的正常实现。结合实际案例，对中波广播发射台的防雷现状进行综合分析，深入剖析其中存在的问题，最终提出防雷保护技术应用的具体策略，以此为中波广播发射台防雷保护技术的高质量应用提供一定理论支持。关键词：防雷保护技术；中波广播发射台；发射机；离子接地极Research on the Application of Lightning Protection Technology in Medium Wave Broadcasting Transmitting StationYAODi(JiaxingBroadcastingRelayStation,ZhejiangSatelliteLaunchandControlCenter,Jiaxing314000,China)Abstract:Thestableoperationofthemedium-wavebroadcastingtransmitterisanimportantsupportforthenormalbroadcastofradioprograms.Inordertoobtainmoreabundantsignalresources,thetransmittingequipmentonthetransmittingstationisgenerallyinahigherposition,andthereareusuallynootherbuildingsaroundthetransmittingstation.Thisuniqueconstructionfeaturemakesthelightningprotectionworkofthemedium-wavebroadcastingtransmittingstationrelativelydifficult,anditiseasytobestruckbylightning,thusaffectingthenormalrealizationofbroadcastingsignaltransmissionandreception.Combinedwithpracticalcases,thispapermakesacomprehensiveanalysisofthelightningprotectionstatusofChina-Polandbroadcastingtransmitter,deeplyanalyzestheexistingproblems,andfinallyputsforwardspecificstrategiesfortheapplicationoflightningprotectiontechnology,soastoprovidesometheoreticalsupportforthehigh-qualityapplicationoflightningprotectiontechnologyofChina-Polandbroadcastingtransmitter.Keywords:Lightningprotectiontechnology;mediumwavebroadcastingtransmitter;transmitter;iongroundingelectrode0 引 言雷电是大气中带有电荷的雷云放电产生的一种现象，放电位置具有不确定性，对人体、电器设施会产生比较严重的危害。中波广播发射台为了获取更加稳定的信号，往往需要建设在较高的位置，更容易受到雷电影响。通过在中波广播发射台应用防雷保护技术，为整个发射台的正常运行提供保障。1 案例分析以江苏省的某中波广播发射台（以下简称 X 发射台）为例，该发射台所处位置雷电天气高发，直接雷暴每年达到 5 6 次。X 发射台的发射天线高度为 76 m，在雷雨天气下很容易受到雷电侵袭，由雷击引发的设备损坏问题经常出现。X 中波广播发射台在实际遭遇的雷电类型主要包括直击雷、感应雷、雷电侵入波等，其具体表现和危害如表 1 所示。2 中波广播发射台防雷问题分析2.1 四级放电装置问题中波铁塔高度一般为100 m左右，在方圆10 km范围内属于绝对制高点，在雷电天气下极易成为落雷点。中波广播发射台结构中，电视、调频发射塔直接接地，塔体只起到支撑作用，各种天线均在塔体上部。中波广播发射台与其他类型的发射塔存2023年第47卷第4期94声 学 制 播声 学 制 播ound BroadcastingS在一定差异，其铁塔底部存在绝缘柱，自立塔底部存在 3 个高度为 40 cm 的绝缘柱与地面支撑，如果没有有效的放电措施，将会导致雷电流沿着塔体直接进入发射机，进而造成严重的经济损失。因此，设计四级放电装置非常重要。四级放电装置的结构包括发射天线、金属放电球、石墨放电球、隔直电容、匹配网络、馈管、馈管避雷器以及发射机内放电球。其中，金属放电球、石墨放电球、发射机内放电球的间距设计非常重要，能够直接影响其功能。由于该地区气候潮湿，空气中存在较多的盐分，在此背景下很难实现高质量的防雷效果1。2.2 地网问题中波地网主要承担两个任务，一是广播信号发射，二是为雷电提供畅通的入地点。在现代广播发射背景下，单独的水平地网很难实现较好的泄放效果，往往需要添加垂直地网来提升电流泄放质量。通过对 X 中波广播发射台进行分析，其铁塔底部仅存在单根铜管接地极与水平地网，缺乏垂直地网，雷电流泄放质量相对较差2。此外，在对 X 中波广播发射台地网的基本情况进行分析后，发现该发射台周边为典型的农业场地，地网遭到了严重破坏。2.3 放电球问题分析 X 中波广播发射台的放电球维护情况，该铁塔接地线、接地球支撑直杆对地电阻为 0.3，放电球横杆处电阻则为 75，两者差异显著。在对该结构进行拆解后，发现放电球横杆、放电球支撑直杆连接处的接触面存在相当严重的锈蚀问题，在放电球导通放电时，很容易导致铁塔、馈线对地电位极高，进而击穿发射机功放管3。3 中波广播发射台防雷保护技术应用策略3.1 中波发射机内部防雷保护第一，防雷电路设计。在内部设计基础上充分考虑一般性防护，尽量减少金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）的负载，使其冗余。当天线内部存在比较明显的不规则电压反馈时，直流供电部分的保护电流合成器应当在短时间内断开发射机、天线的连接，避免不规则电压导致设备损坏。第二，射频（Radio Frequency，RF）保护。当发射器关闭后，RF 插头应当能够连接地线。此外，采用精确校准的避雷器进行 RF 保护。第三，接地系统防护。地网网格最大值应当控制在 2.0 m，发射器、地网之间的阻抗应当严格按照相关规定进行设计，保证电阻相对较低。接地系统设计应当尽量保证电源、电缆以及其他设备之间电压的一致性，尽量防止出现不同设备的地电压不同，否则很容易对中波广播发射台防雷保护质量造成严重影响4。3.2 中波发射机外部防雷保护第一，优化地网布置。增加垂直接地极，并引进铜板接地极构成的地井，通过两者的结合实现较高质量的电流泄放效果。第二，修补地网。相关单位应及时对地网进行修补，同时加强与社管执法部门的沟通，避免地网破坏情况继续发生5。第三，接地保护。在高压线路的上端安装架空地线，其总体长度应当控制在 1 km 以上。根据电力系统的要求，应当保证接地系统的安全接地，变压器需要安装压敏电阻，对浪涌现象进行有效控制。所有附属设备均应连接到地网6。3.3 中波发射机天调网络防雷保护在 X 中波广播发射台中，中波发射机天调网络采用的基本都是 型网络和倒 型网络，串臂端为感性元件，并臂端为容性元件。在实践中，为了提升其防雷性能，需要将网络中的串臂端改为容性元件，并臂端改为感性元件。在更改完成后，电容连接到馈线处，能够实现较好的防雷击效果7。表 1 X 中波广播发射台常见雷电类型和危害雷电类型具体表现危害直击雷带电云层与建筑、防雷器之间直接发生迅猛放电产生极高的电压，使建筑线路、设备升温，严重情况下甚至会直接对人体造成危害感应雷地面建筑在静电感应导体之间产生大量感应电荷产生极高的电压，严重损坏建筑内部电子设备雷电侵入波从输电线、通信电缆、等金属引入线引入建筑物内部，发生频率最高通过导体、线路进入建筑内部，对建筑内部人员的生命安全造成威胁2023年第47卷第4期95Sound BroadcastinG声 学 制 播声 学 制 播以 10 kW PDM 中波发射机为例，天线电阻大于馈线特性阻抗，因此应当选择倒 型网络。将天线阻抗等效于并联阻抗进行转换，采用 型网络计算方法进行电抗转换。在等效电路中，存在一个视在电抗，因此需要在天线下地端并联电容，以此来抵消电抗影响，提高网络调整的便捷性。在计算完成之后，重复调整电容量。通过阻抗桥对输入端进行阻抗测量可知，天线阻抗与馈线阻抗相匹配，发射机的安全性能够得到充分保障8。3.4 天线防雷保护中波发射台正常运行过程中，发射台天线设备是最常遭受雷击的设备，对天线设备进行防雷保护非常重要。技术人员需要对天线位置进行适当调整，保证其位置合理，同时在天线上安装避雷针，降低雷电对设备的影响。雷击会导致各个部位钢结构存在电位不平衡的情况，此时应当对设备进行过压调节。接收天线的防雷保护也很重要，通过将接收天线的电阻控制在较小范围内，在提升中波辐射率的同时，实现电流消散。同时还可以采用单支避雷针降低雷电对信号的干扰，从而实现较好的避雷 效果9。3.5 中波发射机其他防雷保护技术应用策略为了进一步提升发射台的防雷质量，相关单位对 X 发射台的整体防雷工程进行了针对性优化。优化改造的主要内容为：增加不等深综合电网，改进等电位联结，并在电源线上安装电源防雷器；对发射机机房地网进行改造，增加了不等深综合电网，改进等电位联结；安装封闭式间隙放电装置；采用火熔焊接工艺；接地采用长效降阻剂。发射机输出端是最容易吸引雷电的位置，为了降低该位置的受损概率，技术人员在该位置安装了中波馈线避雷器。除此之外，引进先进技术，如离子接地极技术，解决了接地电阻过高的弊端，在保证导线性能的同时，有效减小了接地单元的占地 面积10。4 结 语雷电是一种无法进行人工干预、抑制的自然现象，会对中波广播发射台的正常运行造成严重影响。通过对 X 中波广播发射台防雷保护设计方面存在的问题进行分析，提出了针对性的优化策略。在科学技术高速发展的时代背景下，中波广播发射台的设备与技术均在不断发展，相关单位需要充分结合实际情况，不断总结防雷经验，科学应用并更新防雷技术，从而减少雷电造成的损失，保证广播发射系统能够正常运行，为用户提供更加稳定的广播服务。同时，在理论研究过程中，相关技术人员应当注意中波广播电视台内部设备的特殊性，如设备机械化特征明显，容易累积雷电损害，进而导致设备功能受到影响，并在此基础上进行防雷技术应用。参考文献：1杨惠生.中波广播发射台的防雷保护技术 J.西部广播电视，2018（2）：238-239.2郑宏.大兴安岭林区应用“外移式防雷保护技术”预防森林火灾的设想 J.森林防火，2017（2）：37-39.3刘育军，邱文彬，夏添良.浅析电力调度自动化系统中防雷保护技术的应用 J.科技风，2016（19）：141.4林思源.防雷保护技术在建筑弱电系统中的应用 J.科技展望，2016，26（25）：107.5王秋荣.移动通信基站防雷保护的技术应用与优化 J.通讯世界，2016（14）：3-4.6曾峰.高压输电工程中的防雷保护技术应用浅析 J.中国新技术新产品，2016（7）：174-175.7陈健，王斌.对通信电源设备防雷保护技术的研究C/2020万知科学发展论坛论文集（智慧工程二），2020.8罗凯，唐小波，熊亮，等.对通信电源设备防雷保护技术的研究 J.中国新通信，2019，21（21）：33.9张洪.通信机房防雷接地保护技术研究 J.电脑知识与技术，2019，15（19）：269-270.10 林旭升.中波广播发射台防雷保护技术分析 J.新闻研究导刊，2019，10（2）：247-248.编辑：郭芳园