中波转播台防雷控制系统研究

【摘要】中波转播站在广播系统中扮演着重要角色，但易受雷电影响，导致设备损坏和信号中断。本文研究了中波转播台防雷控制系统的设计，分析了雷电的形成、特性及其对电子设备的危害，特别是中波转播台面临的雷电灾害。随后，提出了防雷控制系统的设计需求与目标，包括高效的雷电监测、预警及可靠的防护。系统整体架构涵盖雷电监测、预警系统、接闪装置、均压、泄流、接地及控制保护等多个环节，旨在全方位保护转播站设备和信号，确保在雷电活动频繁环境下广播信号的连续性和设备的安全性。

【关键词】中波转播台；防雷控制系统；信号传输

中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.18.012

1. 中波转播台概述

1.1 中波转播台的定义

中波转播台是专门用于接收、处理并转播中波广播信号的设施。它们在广播系统中起着重要的中继作用，通过接收来自主站的中波信号，再经过处理后，以增强信号强度和质量的方式向更广的区域进行二次传播。这类转播站对于覆盖大范围的广播服务至关重要，尤其在地形复杂或远离主站的区域，通过中波转播站的信号转发，能够有效弥补主站信号覆盖的不足，确保广播信息的及时传递和覆盖的全面性。

1.2 中波转播台的运行原理

中波转播台的运行原理主要包括信号接收、信号处理和信号转发三个环节[1]。转播站通过天线接收来自主站的中波广播信号。接收到的信号可能因距离或环境因素而有所衰减或失真，因此需要经过滤波和放大处理以恢复信号的原始质量。处理后的信号再通过发射装置重新传播出去，以更高的功率覆盖更广的区域。在这一过程中，转播站必须保持对信号的高保真度和稳定性，以确保最终传递给受众的广播内容清晰可听，不受干扰。

1.3 转播站的主要构成与功能

中波转播台的主要构成部分包括接收天线、信号处理器、功率放大器和发射天线[2]。接收天线负责捕捉来自主站的中波信号，并将其传送到信号处理器中。信号处理器的功能是对接收到的信号进行滤波、放大和解调，以消除干扰和增强信号强度。经过处理的信号进入功率放大器，进一步提升信号的输出功率，使其能够有效覆盖更大的区域。处理和放大后的信号通过发射天线进行广播，确保目标区域内的听众可以接收到清晰的广播信号。

2. 雷电及其对转播站的影响

2.1 雷电的形成与特性

雷电是大气中一种强烈的自然现象，主要由对流层中的强对流云系产生。雷电的形成过程涉及大量的空气上升运动，使得云层中水滴和冰晶的碰撞摩擦产生电荷分离[3]。云层内外电荷累积达到一定程度时，电场强度足够高，便会引发放电现象。雷电具有高电压、高电流和高温度的特性。放电时产生的电流可以达到数万安培，电压可高达数亿伏特，并伴随极高的温度，使空气瞬间膨胀，产生雷声。雷电的这些特性对地面上的建筑物和设备，尤其是电气设备，构成了极大的威胁。

2.2 雷电对电子设备的危害

雷电对电子设备的危害主要表现在三个方面：直击雷、雷电感应和雷电波入侵。直击雷是雷电直接击中建筑物或设备，造成严重的物理破坏和电气损坏。这种情况下，雷电产生的巨大电流和高温会直接导致设备烧毁，甚至引发火灾[4]。雷电感应则是雷电在附近放电时，产生的强电磁场在导体上感应出高电压，进而对电气设备造成损坏。这种电磁感应会在瞬间产生高电压，导致设备的绝缘击穿，电子元件损坏。雷电波入侵是指雷电在架空线路或金属管道上感应出高电压，通过电源线路或信号线路侵入设备内部，造成设备的功能失效或损坏。

2.3 中波转播台常见的雷电灾害

中波转播台作为重要的信号转播设施，极易受到雷电的影响。常见的雷电灾害包括设备直接损毁、信号传输中断和数据丢失等。直击雷会直接击中转播站的天线塔和其他暴露在外的设备，导致设备烧毁或功能丧失。雷电感应则可能通过天线系统和信号传输线路感应出高电压，导致设备内部的电子元件损坏，进而中断信号的正常传输。此外，雷电波入侵会通过架空线路将高电压传导至转播站内部，造成电源系统和信号处理系统的损坏，进而引发大范围的停电事故和信号中断。这些灾害不仅会影响广播信号的正常传输，还可能导致设备的高昂维修成本和长时间的服务中断。

3. 中波转播台防雷控制系统设计

3.1 系统需求与设计目标

中波转播台防雷控制系统的设计需要全面考虑雷电对设备和信号传输的多方面影响。系统需求包括高效的雷电监测、准确的预警、可靠的防护和迅速的故障恢复能力[5]。设计目标是建立一套能够全方位保护转播站设备和信号的防雷系统，确保在雷电活动频繁的环境下，广播信号的连续性和设备的安全性。

3.2 防雷控制系统的整体架构设计

防雷控制系统的整体架构设计需要涵盖从雷电监测到防护执行的各个环节。架构主要包括雷电监测模块、预警系统、接闪装置、均压装置、泄流装置、接地系统和控制保护系统，整体架构图如图1所示。

3.3 防雷装置的选型与配置

防雷装置的选型与配置是防雷控制系统设计中的关键环节。首先需要选择适合转播站特点的接闪器和避雷针，确保其能够覆盖整个转播站的防护范围，并能够有效引导雷电。均压装置需要根据转播站的结构和设备布局进行合理配置，以减少雷电感应电压。泄流装置应选择高效、耐用的材料，确保雷电电流能够迅速、安全地导入地下。接地系统的设计需要考虑土壤电阻率、接地电阻等因素，采用多点接地和分层接地等技术，确保雷电电流的有效泄流。

3.4 雷电监测与预警模块

雷电监测与预警模块是防雷控制系统的核心组件之一，工作示意图如图2所示。监测系统将雷电的电场、磁场和电流等数据传输至预警系统，预警系统在分析数据后，如果检测到雷电即将发生或雷电活动增强，会发出预警信号，通知操作人员和自动控制系统。

3.5 防雷控制与保护模块

防雷控制与保护模块包括多种防护装置和控制系统，主要负责在雷电发生时，自动执行各种防护措施，模块架构图如图3所示。

4. 案例分析

4.1 成功案例

4.1.1 案例背景与系统设计

某中波广播转播站位于雷电高发地区，常年受到雷电的威胁。为了保障广播信号的稳定性，该站于2019年开始实施防雷控制系统的改造工程。整个系统设计包括引雷装置、浪涌保护器和接地系统三大部分。引雷装置采用了多点引雷技术，通过在天线塔周围布设多个避雷针，确保雷电能够被有效引导至地面。浪涌保护器安装在关键设备的电源入口和信号线入口，实时监测电压变化，迅速切断异常电流。接地系统则采用了深埋接地网，确保电流能够快速散逸。

4.1.2 防雷效果与经验总结

自防雷系统投入使用以来，该转播站再未发生因雷电导致的设备损坏和信号中断。实际观测数据显示，每次雷电活动后，浪涌保护器均能有效工作，阻挡了高压电流对设备的冲击。通过这次改造工程，该站总结了几条重要经验：首先，多点引雷技术显著提高了引雷效率，降低了单点引雷的风险；其次，浪涌保护器的高灵敏度和快速响应时间是防雷系统成功的关键；最后，深埋接地网的设计保证了雷电流能够迅速、安全地散逸。这些经验为其他中波转播站的防雷工作提供了宝贵的参考。

4.2 失败案例

4.2.1 案例背景与问题分析

某中波转播站在实施防雷系统后依然出现了多次设备损坏和信号中断的情况。该站位于平原地区，雷电活动较频繁。2018年，该站按照常规设计安装了防雷系统，包括单点引雷装置、普通浪涌保护器和浅层接地网。然而，系统在第一次雷电季结后便暴露出诸多问题，设备损坏严重，广播信号多次中断。经过详细调查，发现引雷装置的引雷效果不佳，雷电多次直接击中天线塔，未能有效引导至地面。浪涌保护器在电流冲击下频繁失效，未能保护关键设备。接地系统由于设计过浅，无法快速散逸雷电流，导致电流在设备内部积聚，造成严重损坏。

4.2.2 失败原因与改进措施

失败的主要原因在于系统设计的不足和安装质量的问题。首先，单点引雷装置未能充分覆盖整个天线区域，导致部分雷电无法被引导。其次，普通浪涌保护器的反应速度和耐压能力不足，无法应对强烈的雷电冲击。最后，浅层接地网的电阻过大，无法有效分散电流。

针对这些问题，该站进行了全面的系统升级。引雷装置升级为多点引雷技术，确保雷电能够被全面引导。浪涌保护器更换为高灵敏度、高耐压型号，保证设备在任何情况下都能得到保护。接地系统重新设计为深埋接地网，降低电阻，确保电流能够快速散逸。升级后的防雷系统在随后的雷电季节中表现良好，再未出现设备损坏和信号中断的情况。通过这次改进，该站总结了防雷系统设计和安装的关键点，为其他转播站的防雷工作提供了重要的借鉴。

5. 结束语

中波转播台在广播系统中具有举足轻重的地位，能有效覆盖广泛区域，确保信息的及时传递[6]。雷电作为一种强大的自然现象，对转播站具有严重威胁，可能导致设备损坏和信号中断。因此，设计一套高效的防雷控制系统至关重要。本文对防雷控制系统的需求和设计目标进行了探讨，提出了包括雷电监测、预警、防护和故障恢复等功能的整体架构，并对设计防雷控制系统提出了一些有价值的建议和思路。未来，随着技术的不断进步，防雷技术将进一步优化，成本将逐步降低。我们将继续关注新技术在防雷控制系统中的应用，以更好地应对雷电防护需求，确保中波转播台的稳定运行。同时，更多实际案例的研究和总结也将为防雷系统的设计和改进提供宝贵的经验和参考。

参考文献：

[1]邵正.中波发射台天馈线系统建设[J].电声技术，2023，47（7）：15-17，21.

[2]达瓦多吉.中波转播台卫星接收天线的安装与调试[J].中国科技纵横，2022（14）：102-103，109.

[3]张鹏.初探现代防雷技术在中波发射台站的实践应用[J].数码设计（下），2020，9（11）：273.

[4]林瑛，张磊.中波发射台雷电防护措施探讨[J].黑龙江广播电视技术，2019（1）：51-54.

[5]李令军.中波转播台站的防雷保护措施[J].商情，2014（23）：299.

[6]王木沙.广播中波转播站防雷控制系统技术研究[J].无线互联科技，2013（7）：156-157.

作者简介：史园（1990—），女，陕西西安人，工程师，研究方向：广播转播。