高山台设备机壳与值班区域地面的零电位改造

■ 贵州省广播电视局七六四台：张汉明

为了扩大服务范围，我国的广播电视无线发射台都建设在高山上。贵州省广播电视局七六四调频电视转播台，就是建设在海拔2200米的苗岭主峰雷公山的山顶上。山脚的海拔650米，苗岭主峰雷公山的相对高度为1500米。苗岭是一岭横断南北，由于岭的相对海拔为1500米，所以造成山上雷击不规律。用图1解释：

图1：雷暴云在平行山顶南侧发生电荷中和

图1中，在雷雨天气时，雷暴云从南向北流动，低处的云层受到山的阻挡而向顶移动，最后雷暴云在平行山顶南侧高度密集而发生电荷中和现象，云层正负电荷瞬间中和而发生雷击。所以，在高山上，雷击是水平向的、有时从下往上击等等不规则现象。高山上的铁塔及避雷针，有时就是一个摆设物件。

卫星接收天线一般安装在山上南方的地面，因为无遮挡。但是，这恰恰成为引雷设备，一年中，卫星天线上的高频头损坏十多次，甚至引起卫星接收机损坏。最后把卫星天线安装到山的北面去，卫星天线高频头雷击故障为0。

海拔2000米以上的高山，有时一天的天气包括春夏秋冬。全年一半多是雷、雨交加的天气，春夏秋冬季节都有雷暴雨灾害日。雷击是高山台设备故障的主要原因，雷击时，由于地网接地电阻不达标，设备机壳对地面带电几十伏以上，这才是导致值班人员人身安全事故的重要根源。我们要求设备机壳对地面带电的电位为0伏，技术上就必须进行零电位改造。具体从以下几个方面进行。

1. 发射台机房供电系统零电位改造

1.1 2000年以前，供电系统是3相4线制。

那时没有使用隔离变压器。10千伏高压变压器与机房为长距离，所以在高压变压器处的地面建设一个地网1，天馈系统（铁塔地网）与机房设备（设备机壳）单独建设一个PE地网2。如图2所示。

图2：高山供电用架空线是最大的错误

图2在雷击时，高压变压器及其附属设备经常发生损坏；低压架空线路，有时被烧断；发射机设备，经常故障，甚至引发电气火灾。以前，在雷雨季节，工作人员是提心吊胆值班，总有处理不完的故障，维修任务繁重。

图2中，由于地网1与地网2有一定距离，所以机房设备机壳PE与变压器地线N之间有电位差。用万用电表测量VPE-N≤15V。说明发射机设备机壳不是零电位。由于工作地网（PE地网2）的接地电阻不达标，在雷雨季节的雷击瞬时，值班人员摸设备机壳，容易受到冲击雷电流波攻击而发生人身安全事故。

1.2 2000年以后，供电为3相5线制。

2000年以后，开始使用低压隔离变压器，安装高压变压器处地面建设的地网1与铁塔及机房地网PE地网2，全部连接为一个地网。如图3所示。图3中的N线与PE线连接在一起。

图3：三相五线制供电系统简图

在图3三相五线制供电系统简图中，安装了隔离变压器，安装了一体化智能稳压器（包括逆变器）。这时候新的故障又出来了。图3中有两根地线，就是N线与N1线。图3在工作中，隔离变压器之后连接的智能一体化电源（包括逆变器系统）经常容易损坏。经过找故障原因，发现VN-N1≤95V。就是设备机壳对地面带有高的电压。这个电压VN-N1值是随机的瞬时电压，高时上95V，直接造成设备故障与人身安全事故。具体原理由图3分析得到结果。

为了解决此问题，唯一办法就是在发射台机房中，直接将图3中的N线、N1线、PE线连接在一起。隔离变压器之后连接的智能一体化电源（包括逆变器系统）就不再损坏。这时候，供电系统实际成为3相4线制。

2. 屏蔽改造

2.1 机房与住房改造

高山台设备安全重要，人身安全更重要。机房、值班人员住房等所有房屋，房屋顶面、墙面全部重新用钢筋分布。发射机设备与人员活动的地方都设置在屏蔽室中。

图4：房屋顶面改造成为屏蔽房屋

2.2 三相高压供电线路，高压架空线技改成埋地线

架空线的缺点说明：雷雨天气时，在雷暴云下方高压正电荷静电电场的作用下，地面安装的高压架空线上聚集了相等量的负电荷高压静电场。雷暴云的正负电荷中和即发生“雷击”后。高压架空线上聚集了相等量的负电荷立即引发中和现在即产生负电荷冲击电流波，导致发射机设备故障。

现在在距离发射台两公里以上的地方，将高压架空线技改成为铠装三相高压电缆埋地线。在雷雨天气时，这时雷暴云下方的极高压正电荷电场不会导致深埋地下50厘米的铠装高压电缆线上集聚任何静电场。就是说：深埋地下的铠装高压电缆线上不存在雷电波。所以我台选择了用深埋地下50厘米以上的铠装高压电缆线实现消除雷电波的方法。我们通过试验，电缆长度一般为2000米，就能起到消除雷电波的作用。

计算高压电缆的单位电容和单位电感。工程上，需要计算电缆的LC参数值。计算根据如图5使用电缆实物图示。

图5：压电缆的单位电容和单位电感

图5是我台使用双铠装电缆的照片。工程实际测量：高压电缆单相金属护套内导体直径：D=28mm。高压电缆单相线的直径：d=13mm，聚氯乙烯：ε'=2.7。

根据传输线理论公式：

通过计算频率为10KHz以上的雷击电流波，都被铠装电缆的等效电容波段容抗约为0Ω而被短路入地。确保了供电系统无雷击。

3. 发射台地网的接地电阻为零欧姆的改造设计

发射台只建设一个地网。这个地网是铁塔的接地地网、也是各种设备的接地地网、同样是保障人身安全的工作地网。如果地网的接地电阻大，在雷击时，设备机壳带电，就会造成设备故障与造成人身安全事故。

4. 贵州省广电局七六四台安全地网实施方案

实际施工方案，如图6所示。

图6：发射台埋地地网

图6是贵州省广电局七六四台防雷地网的模型，防雷地网经过40年来不断重复建设，至今是占地面积10多万平方米。整个山头都是镀锌扁铁编制的环形地网，镀锌扁铁埋地50厘米以上，镀锌扁铁每延伸2米，都要连接一根1米的垂直扁铁。放电坑密集。

5. 所有施工的最后结果

我们所有施工要求达到的最后结果，电网接地电阻一定小于0.2Ω，等于就是设备机壳与值班区域地面，在雷击时，有效将冲击电流波瞬间直接入地，设备机壳及工作地面都为零电位。在雷雨天气，国家电网正常供电、设备安全播出、值班人员正常走动。高山台设备机壳与值班区域地面的零电位改造，圆满成功。