九号发射台防雷系统改造的思考

王崇辉

（陕西广播电视台发射部，陕西 西安 710061）

0 引 言

陕西广播电视台发射部九号发射台（以下简称发射台）地处秦岭山脉光秃山山顶，海拔高度2 886 m，冬季最低气温达-30℃。山顶以连山岩石为主，表层为砂石、风化土和腐质物组成的混合土壤，覆盖厚度约50～80 cm，土壤电阻率高达2 200～3 000 Ω/m。山区气候变化复杂，雷电活动频繁，附近没有高大建筑物和树木，发射台经常遭遇雷击导致停电或设备损坏。因此，完善的防雷系统可为发射台人身安全与设备运行安全提供最基本保障。

2007年发射台建设新机房和新生活楼，新建设施占用部分接地网位置，导致用来为发射机房、天线区、生活区以及发电机房提供防雷接地的完整接地网损坏，形成4个相互独立的接地网，分割成碎块的接地网接地电阻超标，原有防雷体系被打乱。近年来，雷击造成多次设备损坏，部分后果严重。2017年对发射台防雷系统进行彻底改造，增加部分接地网，把分割成块的地网连接在一起，使整个发射台所有区域处于完整接地系统之中。同时，补充完善其他防雷措施，经过2年运行，雷击损坏明显减少。

1 发射台防雷系统组成

发射台地处高山之顶，气候变化无常，夏季雷电天气频发，除阶段性雷雨天气外，更多的是热雷暴天气。雷击对人员、建筑物和设备安全造成严重威胁，尤其是雷电波入侵和电磁感应对发射台低压设备损害严重且出现较为频繁，是防雷工作的重点。

直击雷防护主要使用接闪塔。在发射天线区主要以发射塔本体为防雷接闪器，在一些重要区域，如高压配电室、库房等修建独立接闪塔。生活楼和工作楼基本处于发射塔和接闪塔包围中，屋顶设置接闪带辅助防雷。

雷电波入侵防护则主要采用在低压供电线路上安装多级电涌保护器，防止雷电流沿供电线路侵入，损坏设备。

沿天馈线侵入的雷电流无防雷措施，主要考虑天馈线有屏蔽层，侵入的雷电流较小，发射机可以承受。同时，防雷器不能分辨雷电流和发射电流，在技术上不可行。若勉强使用信号防雷器，会损失发射功率。

电磁感应防护主要采用电磁屏蔽，使发射机房所有设备外壳接地，将感应的雷电导流入地。

发射台所有接地（工作接地、安全接地、防雷接地以及静电接地等）全部接入发射台地网，地网遍布整个发射台区域并向外延伸。

2 整改前防雷系统中存在的问题

发射台土层薄，表层为砂石、风化土和腐质物组成的混合土壤，厚度约50～80 cm，地下岩石层的土壤电阻率高达2 200～3 000 Ω/m。接地体以水平扁钢为主体，土层较厚处有垂直接地体，数量较少，埋深小于1 m[1]。水平扁钢用降阻剂包裹，接地沟用黄土更换原土。由于埋地很浅，技术指标受降水和土层冻融影响较大。

近年来，发射台基建开挖对地网破坏较大，除占用拆除部分地网，使其永久失效外，挖断部分也很难恢复，导致发射台雷击损失日渐增加。通过近些年的地网数据测试分析，发现防雷系统已暴露出不少问题，具体情况如下：

（1）发射天线区地网基本上没有破坏，但地网阻值偏大到20～30 Ω，需增加接地模块，降低阻值；

（2）发射机房和老机房的地网测试最大阻值为116 Ω，远远大于国家标准4 Ω[2]；

（3）高压配电室的地网阻值最大可达28 Ω，远超国家标准，同时零地电压超标达6 V，应降到小于2 V[3]；

（4）生活楼和发电机房的地网损坏严重，同时该楼无防直击雷措施；

（5）油料库及卫星天线无无防直击雷措施；

（6）4#避雷塔的接地阻值无穷大，已锈蚀断裂；

部分供电线路需要加装电涌保护器。

3 九号发射台防雷系统的改造

3.1 整改总体思路

（1）分部整改接地网。对已经断裂为几块的原接地网增加接地体，使其接地电阻达到对应的标准值。

（2）增加接地网。对没有接地或接地严重超标的区域，新做接地网使其接地电阻达到对应的标准值。

（3）共网处理。将分割成块的地网连接成大网，将发射台所有接地连入大网之中。

（4）增补缺失的接闪带、避雷针，使所有建（构）筑物和室外设备处于接闪器的保护之中。

（5）低压供电线路上安装多级电涌保护器，防止雷电波入侵损坏设备。

（6）设备外壳接地，金属门窗接地，屏蔽电磁脉冲。

3.2 整改措施

3.2.1 接地网

开挖接地沟，沟深50～70 cm，土层深厚处尽量加深，沟底填入厚度5～10 cm的优质黄土，压实待用。

山顶土层较薄，垂直接地体无法打入，改用石墨接地模块代替垂直接地体，可有效增大雷电流散流面积。石墨接地模块间距5 m，用水平接地扁钢连接，地形不许可时，应增大模块间距。所有连接点均采用放热焊接，使用寿命超过20年。焊接处刷沥青漆三遍防腐。

用抗冻土的物理降阻剂（石墨降阻剂）完全包裹接地扁钢和接地模块，扩大接地体的散流效果。

待降阻剂固化后，用优质黄土填埋，分层压实，恢复地貌。

对直击雷接地网雷电流入地处3 m范围内实施均压处理，防止跨步电压。

接地材料规格、性能的要求为：垂直接地极需采取石墨接地模块，工频接地电阻7 Ω，可垂直埋设，也可水平埋设；水平接地体则选用50 mm×5 mm热镀锌扁钢。

3.2.2 共网处理

所有独立地网达到各自技术标准后，将独立地网用50 mm×5 mm热镀锌扁钢连接，组成大网，大网接地电阻不大于1 Ω，每组独立地网间连接点不少于2处。

3.2.3 避雷针

高度9 m，热镀锌钢管，抗风40 m/s，镀锌厚度符合国家标准。

3.2.4 避雷塔

高度15 m，热镀锌钢材，抗风40 m/s，镀锌厚度符合国家标准。

3.2.5 接闪带

直径10 mm的热镀锌圆钢，高度不小于150 mm。

3.2.6 等电位处理

金属门窗用BVR6mm2做接地处理。

3.3 整改实施情况

经过2个月的施工，发射台的防雷改造按照预期完成，经过验收，达成设计要求，对之前存在的问题也都进行了升级改造。

3.3.1 发射台西部发射天线区地网改造

原地网十几年前进行过维修，当前地网阻值偏大到20～30 Ω。对原接地网进行整改，选用石墨接地模块，并对原有水平接地母线实施网格化连接处理，接地阻值小于5 Ω。

3.3.2 发射机房和老机房接地整改工程

发射机房和老机房区间的地网阻值较大，测试阻值达116 Ω。对原接地网进行整改，选用石墨接地模块，并对原有水平接地母线实施网格化连接处理，接地阻值小于5 Ω。

3.3.3 生活楼和发电机房防雷工程

（1）建立一组接地网，接地阻值皆小于30 Ω；

（2）在生活楼顶设置避雷带防直击；

（3）在安装卫星锅的楼顶两端，安装两支9 m的避雷，实施直击雷保护，避雷针的接地就近与避雷带连接；

（4）对生活楼的金属门窗做接地处理。

3.3.4 发射台北部油库的防直击雷

油库附近（至少距离油库3 m）架设高达15 m的避雷塔开展保护，同时建立一组接地网，接地阻值小于30 Ω，如图1所示。

图1 油库避雷针

3.3.5 发射台东部高压配电室地网和零地电压的处理

东边高压配电室的地网阻值为28 Ω，超过国家标准，需建立一组接地网，接地阻值小于10 Ω，同时零地电压超标达6 V，需降到小于2 V。

3.3.6 4#避雷塔的接地网整改

4#避雷塔的接地阻值为∞，判断已锈蚀断裂，需建立一组接地网，接地阻值小于30 Ω，如图2所示。

3.3.7 电源部分防雷工程

（1）在低压总配电柜加装一套FLT35/3+1通流量100 kA（10/350 μs）的电涌保护器，作为第一级防护。

（2）在生活楼的配电箱中加装一套VAL-MS 230通流量40 KA的电涌保护器，作为第二级防护。

（3）在计算机机房等设备用电的前端配电箱中加装6套PT2-PE/S 230AC-ST通流量10 kA的电涌保护器，作为第三级防护。

图2 4#避雷接地

3.3.8 接地网共用处理

在机房地网、各发射天线的地网满足各自设计要求后，需对其进行网格化处理，连接成一个大型地网，各地网间至少有两处连接，接地电阻小于4 Ω。

3.3.9 中性线（零线）电压超标调试

全面检测设备的中性线（零线）和安全接地线，除主配电处（变压器）中性线和安全接地线共用外，其他任何位置中性线（零线）和安全接地线必须分开，全面检查设备的中性线（零线）和安全接地线有无接反现象。

根据三相线路负荷情况，调整各相负载，使各相线负载功率保持相近，减少零点漂移，将原来6 V的零地电压调整到2 V以下。

4 结 论

高山台站雷电防护工作异常重要，完善的防雷设施可防止或减少雷电灾害，保障工作人员和设备设施安全。

接地系统是高山台站雷电防护的重点和难点。由于地质条件的限制，制作符合技术标准的接地网特别困难，如应用传统的材料和方法，施工难度高，工程量浩大，造价昂贵。

使用石墨接地模块取代垂直接地角钢，辅助使用石墨降阻剂与黄土，可大大减少工程量，降低施工难度，显著降低工程造价成本。

采用以上方法制作接地网，具备使用寿命长、接地电阻稳定以及温度和湿度变化对接地电阻影响小的优势。

通过对防雷系统的改造升级，发射台预防雷电破坏的能力得到极大提升，设备被雷击的几率大大降低，从而保证设备的正常运行，减少更换被雷击坏的昂贵设备的费用支出。

在日常工作中，应坚持定期开展地阻测试，严格按照标准进行对比参照，确认每一片区域的地阻都在标准之内，对不符合标准的区域及时进行汇报和改造。