RBN-DGNSS台站的防雷技术

文/杨弘曧

RBN-DGNSS的全称为无线电指向标-差分全球卫星定位系统，英文为radio beacondifferential global navigation satellite system，RBN-DGNSS台站是我国重要的航海无线电指向标播发台，通过将DGNSS差分信息以特定格式播发给用户，向用户提供高精度的助航定位服务。

1 RBN-DGNSS台站防雷的必要性

众所周知，雷电是在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流，直击雷可导致人员伤亡，雷电产生的热效应会导致建筑物构件或各类设备的瞬间热量过大导致爆炸。由此可见，雷电流对于人员、物体具有较大的危害。沿海RBN-DGNSS台站除了拥有建筑物、设备和人员之外还有其特殊性，具体如下：

（1）RBN-DGNSS台站是为船舶进出港口及沿海航道航行安全服务的重要设施。因其发射信号的需要，为保证发射天线的高度，台站通常选址在沿海岛屿、岛边等高耸、孤立的地区。这些地区是雷电多发地区，台站设施较为容易遭受雷害。

（2）台站的发射天线场附近地面土壤导电性将影响雷电的传导。如果地面下层为岩石，则导电性能较差，地阻较大，不利于雷击电流的扩散，容易造成发射天线设备的雷击损坏。

（3）如果台站的雷击防护措施不当，发生雷击后，不但会导致设备停机、信号发射中断，还会造成站内值班人员的伤亡和台站设备的财产损失。

根据中华人民共和国海事局2005年发布的《海事系统助航设施防雷技术规范》，台站属于第一类防雷助航设施。因此，RBNDGNSS台站的雷电防护工作是十分必要的。

2 RBN-DGNSS台站防雷工作现状

RBN-DGNSS台站防雷主要包括防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。对于直击雷，一般考虑安装避雷针、避雷带或避雷网；对于雷电感应和雷电波侵入电气线路引起的过电压，一般在电气设备或信息设备上安装避雷器或电涌保护器来进行防护。不论何种防雷方式，都必须考虑接地装置，以保障设备和人员的安全。目前存在的问题如下：

2.1 发射天线机房的雷击防范措施不够完善

发射天线机房又称天线调谐机房，是台站发射数据信号的重要设施，数据信号通过天线调谐机房中的天线调谐器处理后经馈线传输至发射天线铁塔。如果未对馈线采取有效的屏蔽接地措施，雷击发生后，天线铁塔引下的雷电流极容易从馈线侵入天线调谐机房而直接导致设备的损坏，因此迫切需要完善天线调谐机房的防雷措施。

2.2 台站的接地地网无法达到预期的泄流导电效果

台站的防雷区域有两个，分别为发射天线区域和数据机房区域。根据防雷规范，这两个区域都应配套防雷接地装置。台站早期的接地装置的布设过于简易，接地线径和布局不规范，可能仅有垂直接地体和接地井，或者接地地网年久残损，缺乏整修，致使接地网的接地电阻值过大，超过标准值（一般为4.0Ω），一旦遭受雷击，将无法达到预期的泄流导电效果。

2.3 台站机房内部未按规范安装三级防雷保护装置

传统的建筑防雷措施主要针对直击雷，包括接闪器、引下线和接地体等防雷装置，而对于过电压的防护措施考虑较少。台站机房的信息系统和电子设备极易受到感应雷和雷电波侵入而产生过电压，需通过安装避雷器、防浪涌保护器的方式来达到避雷的效果。目前，部门台站的数据机房和天调机房内部未安装避雷装置，机房配电柜、机柜未采取分级电源防雷保护，给机房设备增加了雷击损坏的概率，影响机房设备和人员的安全。

2.4 防雷施工单位未完全按照设计要求进行现场作业，存在“防雷投资大，却见效少”的现象

一般来说，防雷工程须由具有防雷施工资质的公司负责实施，但在现场施工过程中，如果管理松懈，会导致施工人员为图方便应付了事，比如地网挖沟不够深，接地井位置太近、地网布局不合理等。由于防雷接地工程大部分是隐蔽工程，因此施工过程管理很大程度将决定工程的质量和台站防雷的最终效果。

3 RBN-DGNSS台站防雷技术实务分析

防雷是一项复杂的系统工程，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害侵入途径和各类可能产生雷击的因素，采用综合防治的现代防雷手段，才能将雷害减轻到最低。下面从四个方面对RBN-DGNSS台站防雷技术实务进行分析：

3.1 发射天线系统的防雷保护

发射天线系统的防雷保护是要将整个天线工作系统作为一个整体保护对象来进行考虑。既要考虑各个子系统的防雷保护，又要考虑各个子系统之间的有效衔接，做到系统配置、经济合理、安全可靠、适当冗余。主要措施如下：

（1）天线发射塔的避雷系统由避雷针、放电装置和底部避雷球组成。在天线根部安装一对避雷球，在无雷电的正常工作电压下，避雷球处于开路，发射机正常工作。当雷电压加到天线上之后，避雷球瞬间被击穿而处于短路，雷电压经下部避雷球而接地，大量雷电流经接地系统而得到及时泄放，保护了发射机及天线底座绝缘子不致损坏。

（2）在天线调谐机房的屋顶采用热镀锌圆钢上做一圈闭合圈避雷带，对角接引下线引致接地装置。机房内部沿着内墙做屏蔽网处理，设计采用热镀锌圆钢做屏蔽网格，焊接成一个屏蔽笼固定在内墙上，让设备处在这个等电位笼里，确保设备安全。在机房內安装一个等电位接地排，提供设备外壳及防雷器接地，室外接地网对角两点引入机房。

在发射信号传输馈线接出天线调谐设备的前端安装一个一级防雷器，确保机房配电设施的安全。安装时连接导线长度满足规范要求，并在防雷器前加装防浪涌保护器。

（3）对接收和发射馈线的线路进行屏蔽接地处理，采用钢管通长连接并进行通长接地处理。对发射信号的控制线及电源线路进行穿钢管屏蔽接地处理，并与地网连通。

3.2 发射天线区域和数据机房区域的防雷接地网建设

接地网建设是台站防雷最重要的环节，目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。因此，在发射天线塔和数据机房周边的适当位置应布设接地装置，一般由外层接地环（网）、水平接地体和垂直接地体组成。

天线场所处周边的土壤电阻率通常较高，为了达到降低接地网接地电阻之目的，首先需要从理论上研究降低接地电阻的方法。由公式接地电阻计算公式R=ρε/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径：

第一种途径是通过增大接地体几何尺寸，即扩大地网面积，以增大接地体的电容C，从而达到降低接地电阻的目的，这不但需要耗费大量的征地费用，而且还增加了地网建成后的维护成本。

第二种途径是通过在地网中增加降阻模块来以改善地质电学性质，降低电阻率ρ和介电系数ε，进而降低接地电阻。降阻模块内置的防腐金属电极、周围密实包裹这物理化学性质稳定的低电阻导电材料，保证了降阻模块的导电性不受季节影响。它具有吸湿、保温特性，接地模块电阻低且能保持长期稳定，在高土壤电阻率地区，能有效降低地网接地电阻。埋设降阻模块时，应尽量选择适合的土层。

3.3 机房设备电源系统的三级防雷保护

建筑物内信息设备的电源系统防雷是以建筑物为一个供电单元，在供电线路的各部位（防雷区交接处）逐级安装雷电保护装置，以消除雷击过电压。一般来说，第一级保护设置在总配电柜处，第二级保护设置在分配电柜线路输入端，第三级保护设置在电子信息设备电源进线端。

台站机房设备的电源系统防雷的具体步骤如下：

（1）在台站的总配电房市电供电线路上设计安装一级防雷器和防浪涌保护器，确保机房配电设施的安全。

（2）在中心机房配电总开关处安装二级电源防雷器和防浪涌保护器，将工作区内电源线路与地线之间形成等电位，保护工作区间内的人身安全，顺便保护设备安全。

（3）在中心机房各机柜上防雷插排代替机柜上的普通插排，作为机房电源线路三级防雷保护。

3.4 加强防雷工程施工现场监管

防雷工程不同于其他的建筑工程，防雷施工必须保证专业的施工工序和施工工艺，才能确保防雷工程防雷效果的可靠性。建议考虑以下两点：

（1）施工前必须进行设计交底和现场确认，现场确认内容包括地网布设走向、接地井位置、防雷装置规格等。如设计方案与现场实际情况不符，需设计、施工、业主三方共同确认才能进行设计变更。

（2）防雷工程中隐蔽项目的施工质量很大程度上决定了项目竣工后的整体防雷效果，参建各方应严格执行隐蔽项目签证制度。

4 结束语

RBN-DGNSS台站防雷工作是台站管理的重要内容，直接影响台站业务运行和人员设备安全。本文从台站防雷的现状出发，分别就发射天线系统防雷、机房设备电源系统防雷、防雷接地网建设以及防雷施工过程监管等技术实务进行分析，以有效提升RBN-DGNSS台站防雷工作水平。

参考文献

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[2]胡珍仁,曾红娟,郭日明.高山广播电视发射台防雷及接地系统设计与实施[J].广播与电视技术,2015,42(07):116-119.