广播电视高山台站防雷减灾措施与技术应用实践

李国成

（天祝藏族自治县毛毛山微波台，甘肃 武威 733299）

0 引言

作为广播电视节目传播的重要环节，高山台站由于其独特的位置和复杂的线路与系统而成为雷电灾害的高发部位[1]。虽然近年来的设备和系统升级提高了高山台站的运行安全性，但在防范雷击、降低雷击的灾害性等方面仍然存在较大的不足。基于此，需要结合当前广播电视高山台站布局和运行的实际情况，探寻更加科学有效的防雷减灾措施。

1 广播电视高山台站概述

高山台站是电视节目信号传输的中转站[2]。一般性的高山台站主要由发射塔、机房、监控系统、配电系统以及网络系统等几部分组成。其中，发射塔的塔架上配备有天线和同轴电缆等，机房内主要配备有机柜、走线架、信号接收设备、信号发射设备以及电源柜等。监控系统、配电系统、网络系统分别对应承担台站运行状态监控、台站供电以及台站网络运行等功能[3]。

通常情况下，高山台站的相关设备和系统主要是围绕机房进行布局和组装的。机房的选址和建设重点考虑气候、地形和信号传输实情[4]。在气候方面，高山台站的布局会充分考虑所在地的整体气候条件和规律，根据气候设计机房建筑风格，以保证机房建筑与所在地的雨季等情况相匹配，例如，南方地区的高山台站会按照欧式坡屋顶进行设计，目的在于保证雨季排水的速度。在地形方面，虽然高山台站会尽可能地选择在地势较高的位置建设，但会根据所选位置的地形特点对机房的功能房间进行相应的调整，尽可能保证机房布局与地形特点吻合。在信号传输实情方面，为确保广播电视信号的全覆盖，会尽可能地将高山台站安排在距离人口密集地区相对较近的地区，以保证信号传输的质量，降低信号中转的成本。

2 雷电对广播电视高山台站的危害

相关研究表明，虽然高山台站设备遭受雷电直击的概率比较小，但一旦发生雷击，会造成感应雷或者雷电波从线路侵入到台站内部电路和系统中，导致机房内部的熔断器、电源变压器、整流元件、三端稳压器等元器件出现损坏，进而导致设备和系统出现故障，无法正常运行[5]。高山台站遭受雷击的情况存在一定的差异，并且不同雷击现象造成的危害也不尽相同。下面主要对直击雷、感应雷及雷电波这3 种主要雷击现象对应的危害进行分析说明。

2.1 直击雷的危害

直击雷是在雷云同机房周围地面物体之间的电场强度达到空气的击穿强度时发生的一种放电现象。发生直击雷时，雷电会在瞬间释放出很大的能量，通过发生震动和产生高温等方式破坏机房周围的物体[6]。当直击雷的雷电电流传递到台站的电器设备时，会产生很大的感应电压，破坏电器既有的绝缘性质和功能，产生火花，引燃周围物体，甚至可能出现爆炸等情况，给周边的设备造成严重的破坏。另外，雷电产生的热量会对流过的物体进行加热，导致物体上的水分因为受热汽化原因而出现剧烈的膨胀，瞬间产生强大的冲击力，对台站周围的人、建筑物、电器设备等产生毁坏性的影响。

2.2 感应雷的危害

感应雷是一种过电压现象，一般是指当出现雷云时，台站周围地面的物体会由于静电感应而聚集起大量与雷电极性相反的束缚电荷，当雷云对地或者对另一雷云产生闪击放电后，云中的电荷就会转变成自由电荷，从而产生出大量的静电电压，形成过电压。相关研究表明，感应雷产生的过电压幅值可以达到几万甚至几十万伏，这足以造成高山台站周边建筑物内的导线以及存在接地不良现象的金属物导体和大型金属设备因为放电而发生电火花，从而引起火灾、爆炸等威胁台站设备、系统及人员安全的现象。除了上述情况下会发生感应雷以外，还有另外一种情况会引发感应雷现象，即当发生雷电闪击时，受较大变化率的雷电流的影响，雷电流通道附近会形成较强的感应电磁场，这种磁场会使周围的建筑物、设备中的金属构件出现感应电流，进而出现干扰和破坏系统与设备正常运行的情况。

2.3 雷电波的危害

雷电波指的是当高山台站内的输电线路遭受直击雷或者感应雷后，电流会沿着输电线路侵入到台站机房内的配电系统和电子设备中，进而造成设备与系统出现损坏，严重的可能引起人员触电伤亡的情况。显然，雷电波对高山台站的危害更多地体现在台站内与线路或者管网连接的设备或者系统以及接触线路或者管网的人员。

3 防范雷电对广播电视高山台站危害的措施

通过上述分析可以看出，目前广播电视高山台站可能遇到的雷击危险主要有直击雷、感应雷和雷电波。但就高山台站运行的实际情况来看，台站遭受直击雷的可能性比较低，且受台站内部电子设备较多、电路工作时的电压偏低情况的影响，台站很容易因为受较大电压、电流波动的影响而发生感应雷和雷电波的危害。因此，在实际的防雷减灾实践中，更多地是针对可能发生的感应雷和雷电波实施相应的措施和技术应用。

3.1 构建全方位防护措施，防止雷电侵袭

考虑到感应雷、雷电波是通过侵入设备和系统而引发破坏的情况，广播电视高山台站建设应当重点从技术方面做好电源线路和信号电缆的防护工作，构建包括接地、分流、屏蔽、等电位连接在内的一系列技术防护措施，防止雷电波侵入系统和设备[7]。

首先，注意室外信号电缆的防护。为防止高山台站使用的同轴电缆传输方式可能因为传输路径与雷电流引下线方向一致而出现过电压经同轴电路传输至机房设备的情况，在台站建设过程中，要对同轴电缆进行相应的防雷技术处理，即将同轴电缆的外皮接到发射塔的上部和天线离塔下部处，以减少雷电波通过电缆侵入机房设备和线路的情况。对于同轴电缆需要一端接地和双层屏蔽层时，要在电缆最外层的屏蔽层两端进行接地处理，并在未接地侧对芯线加装信号浪涌保护器（Surge Protection Device，SPD）。

其次，重视电源线路的防护。以往的高山台站电源线路多是通过从山底以架空的方式引入，这种长距离、露天架设电源线路的方式增加了线路遭受直击雷和感应雷侵袭的概率。为减少雷击情况的发生，在实际的电源线路布设过程中，应对入户附近的几根电线杆进行接地处理，处理方法为安装简易型羊角避雷装置后进行接地处理，并对线路的配套金属器件进行同步接地处理[8]。同时，为保证电源线路运行的安全性，要在机房内部配电室的变压器前端加装相应的高压电涌保护器，以达到保护变压器和泄放雷电流的目的。

最后，合理安装SPD，加强监控信号线路防护。监控系统是无人值守高山台站运行状态动态监控的关键。在监控信号传输线路的防护方面，可以在监控线路电缆的电源连接处安装三级电源SPD 或者防雷插座，提高防雷的性能[9]。同时，应根据台站的情况，在视频信号转换处加装SPD，以保证信号传输线路的安全性和稳定性。对于延伸到室外的电缆，要通过穿屏蔽管并进行接地处理的方式，或者加装网络电涌保护器的方式来保证室外电缆的安全性。

3.2 设置防雷接地网

雷电流分流是通过将雷击产生的雷电流引入远离设备、人员和各类接地线与线缆的地方，避免雷电反击现象的产生。结合雷电流产生的原理，可以在高山台站周边加设相应的防雷接地网，来实现雷电流分流的目的。

3.2.1 设置发射塔防雷接地网

通常情况下，高山台站周边海拔最高的应当是发射塔，并且发射塔在地面部分通常是孤立的，这就使得发射塔实际上承担了整个高山台站的避雷塔。故而，发射塔的防雷避雷设置成为防范直击雷等雷击灾害的重点所在。在发射塔防雷接地网的设置方面，应根据发射塔与机房的距离进行科学确定。当发射塔与机房的距离在5 m 以上时，可以设置单独的铁塔防雷接地网对铁塔的雷电流进行分流，降低或者消除天馈线屏蔽层的分流电流，避免将雷电流直接引入机房；当发射塔与机房的距离在5 m 及以下时，除了设置防雷接地网以外，还要适当地增加接地井，对雷电流进行隔离，减弱或消除雷电流进入机房的情况[10]。

3.2.2 共用接地网时不共接地引入线

不共接地引入线的措施是在遵循等电位接地原则的基础上，对环境受限的台站进行防雷的重要技术手段。当由于台站周围可用土地面积有限，不能分别配套建设机房地网、铁塔地网、变压器及配电房接地网时，应在台站的周边建设边界闭合的均压网格地网，并分别设置地网接入线。这种共用接地网但不共接地引入线的方式，可以较好地避免台站遭受雷击二次反击的现象。同时需要注意的是，台站的各类接地干线在地网上的接入点的距离应当保持在5 m 以上，以保证避雷分流的效果。

3.3 兼用屏蔽接地措施

当出现雷电闪击时，很有可能引起空间的高频电场，即雷电电磁脉冲，这就需要通过屏蔽和接地措施来加以防范。

3.3.1 做好穿管屏蔽措施

考虑到直击雷等发生时会产生强大的雷电流，且雷电波是在基本没有衰减的情况下直接侵入低压线路，很容易引起雷击点附近产生很强的瞬变电磁场，进而破坏台站的线路稳定和安全，因此，要对台站的各类线路进行穿管屏蔽，以防护瞬变电磁场产生的过电压、过电流。同时，要对暴露在地面的接地线进行相应的埋地敷设，以提高防护的能力和效果。

3.3.2 注意基本的接地防护

接地是避免或者减少雷击损害的有效措施。考虑到台站相关设备、系统、建筑物等物体状况的差异，应当根据物体的不同分别实施相应的接地处理。除了做好台站带电物体的接地处理外，还要对台站户外和外墙周边不带电的金属外壳、窗户、电缆桥架、楼梯、不锈钢护栏、金属管等进行接地。同时，还要对卫星接收高频头采取套屏蔽筒接地措施，对射频线路采取套屏蔽波纹管接地措施，以保证台站的接地防护效果。

4 结语

虽然近年来高山台站的选址和建设均充分考虑了雷击现象发生的概率和危害性，并将防雷减灾作为高山台站建设和运营维护的重点，但由于我国高山台站数量偏多，位置差异明显，在防雷减灾方面的水平和能力也参差不齐。针对高山台站可能发生的雷击现象，除了把握不同类型雷击可能造成的危害以外，还要通过构建全方位防护措施、设置防雷接地网、兼用屏蔽接地措施等来提高台站防雷减灾的能力，确保台站的安全性和稳定性。