摘? 要：隨著我國廣播電視發(fā)射設(shè)備的日趨數(shù)字化和智能化，雷電對發(fā)射設(shè)備的危害和破壞力也進一步增大。本文將從探討雷電危害機理、廣播電視發(fā)射臺現(xiàn)有的防雷措施、存在的防雷管理問題，以及通過采用基于物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測技術(shù)，對現(xiàn)有的廣播發(fā)射臺防雷系統(tǒng)進行改造升級，進一步促進廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)的升級。

關(guān)鍵詞：發(fā)射臺防雷;物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測;直擊雷監(jiān)測;感應(yīng)雷監(jiān)測;智能SPD監(jiān)測;接地電阻監(jiān)測;建筑物防雷;低壓電源防雷智能監(jiān)測? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TM862? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2020）05-120-06? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.05.034

本文著錄格式：黃俞成 .基于物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)對廣電發(fā)射臺改造的探討[J].中國傳媒科技，2020（5）：120-125.

導(dǎo)語

湖州金蓋山廣播電視發(fā)射臺位于湖州城南 7 公里處金蓋山上，經(jīng)度 30o48′13.44″，緯度120o06′4.54″，金蓋山主峰海拔為 297 米，廣播電視發(fā)射臺有兩座 45 米和 25 米高的發(fā)射塔。金蓋山發(fā)射臺由兩座發(fā)射鐵塔、發(fā)射中心大樓，配電房、食堂和生活區(qū)組成，鐵塔南面為值機人員生活區(qū)，西面為發(fā)射機房，發(fā)射塔與機房之間的距離為 50 米，背面、東面均為山崖。

隨著廣播電視數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的迅速發(fā)展，廣播電視傳輸、發(fā)射的設(shè)備日益增多，信號傳輸暴露在室外的線路越來越長，遭受雷擊的概率顯著增大。加上現(xiàn)代電子設(shè)備中芯片的工作電壓越來越低，元器件布局的線間距離越來越小，使得設(shè)備抗雷擊能力越來越弱。由于金蓋山廣播電視發(fā)射臺地處湖州雷帶區(qū)，地形特殊，對于設(shè)在山頂上的發(fā)射臺遭受雷擊的概率非常大，更容易遭受雷擊。

雷電對廣播、電視發(fā)射設(shè)施傳輸系統(tǒng)危害極大，防雷與接地系統(tǒng)是否安全可靠關(guān)系到廣播、電視節(jié)目的安全播出及接收。廣電網(wǎng)絡(luò)龐大，有源器件多，遭雷擊的機會就多，每年因遭雷擊給廣電網(wǎng)絡(luò)造成的經(jīng)濟損失是無法估計的。因此，如何有效保證金蓋山廣播電視發(fā)射臺的防雷管理水平，減少雷電危害對發(fā)射臺廣播、電視節(jié)目的安全播出和接收成為安全管理工作的重中之重。本文就湖州金蓋山廣播電視發(fā)射臺容易受到雷擊的原因，以傳統(tǒng)防雷技術(shù)為基礎(chǔ)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，以先進的防雷監(jiān)測設(shè)備和管理平臺，實現(xiàn)廣播電視發(fā)射臺防雷系統(tǒng)的智能化監(jiān)測，保證防雷系統(tǒng)的安全可靠和智能化，提高發(fā)射臺的防雷管理水平進行探討。

1.雷電對廣播電視發(fā)射臺的危害形式

一般來說，雷電大致可分為直擊雷與感應(yīng)雷，其中直擊雷危害極大，任何通信設(shè)備直接遭受直擊雷都會損壞;感應(yīng)雷是雷電放電時在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。

雷電入侵危害發(fā)射臺的形式一般有以下幾種：

1.1直擊雷

直擊雷指帶電云層與地面目標（地面凸出物如建筑物頂部、鐵塔、天線等）之間的迅猛放電，其峰值電壓可達幾百千伏以上，峰值電流則達 100kA 以上，產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力的破壞性很強，主要危害發(fā)射臺機房等建筑物、鐵塔及其安裝的天線和機房內(nèi)設(shè)備。

當受到直接雷擊后，強大的雷擊電流沿著接地引下線，經(jīng)接地體入地后地電位會瞬間升高產(chǎn)生高電位，引起地電位反擊，損壞設(shè)備或造成人員傷亡。

1.2感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是雷電放電時在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它能使金屬部件之間產(chǎn)生火花，雷電感應(yīng)可以來自對地雷擊，也可以來自云間放電。

靜電感應(yīng)是由于雷云先導(dǎo)的作用，使附近導(dǎo)體上感應(yīng)出與先導(dǎo)通道符號相反的電荷，雷云主放電時，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，在導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷得到釋放，如不就近泄入地中就會產(chǎn)生很高的電位。

電磁感應(yīng)是由于電流迅速變化在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強電磁場，使附近的導(dǎo)體產(chǎn)生很高的電動勢。

感應(yīng)雷對地雷擊由于距雷擊點較近，產(chǎn)生的感應(yīng)浪涌電壓較大，作用半徑也大，一般500 米范圍的電子信息設(shè)備均是其破壞對象;云中放電的感應(yīng)浪涌電壓雖然較小，但發(fā)生概率較高。感應(yīng)雷的電磁能量若不及時泄放入地，就會放電造成火花，危害供配電系統(tǒng)或干擾、破壞發(fā)射機房內(nèi)的設(shè)備，甚至引發(fā)火災(zāi)。

1.3雷電波侵入

當輸電線、通信電纜等架空導(dǎo)線或金屬管道遭受直擊雷或產(chǎn)生感應(yīng)雷時，雷電的高電位以波的形式沿著這些管線侵入機房內(nèi)，對設(shè)備造成損害或使機房內(nèi)的金屬物品放電，進而可能危及人身安全。

經(jīng)雷電電磁脈沖防護理論和實踐經(jīng)驗證明，電子信息設(shè)備損壞的主要原因是雷電感應(yīng)浪涌電壓造成的，它可以通過各種引線把感應(yīng)的浪涌高電壓波引入電子信息設(shè)備內(nèi)部，破壞其芯片或接口。

2.廣播電視發(fā)射臺現(xiàn)有防雷措施

湖州金蓋山廣播電視發(fā)射臺現(xiàn)有的雷電防護措施如下：

（1）在兩座鐵塔最高端安裝有防直擊雷避雷針，并通過接地引下線引至接地裝置，將雷電流瀉放入地。

直擊雷監(jiān)測主要由柔性羅氏線圈傳感器和智能雷電流監(jiān)測模塊組成，最多可監(jiān)測四路直擊雷電流，監(jiān)測模塊將傳感器采集到的雷電流信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。

當接閃器/線路一旦發(fā)生雷擊侵入時，通過柔性羅氏線圈傳感器采集發(fā)生的雷電流。智能雷電流監(jiān)測模塊能準確采集到雷擊能量、強度、雷擊次數(shù)、雷擊的極性、雷擊時間，并上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)，實現(xiàn)所有監(jiān)測信息的遠程管理。

雷電流監(jiān)測模塊可在第一時間將雷擊數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心運維人員接到雷擊事故信息后可迅速采取相應(yīng)措施，保證設(shè)施的安全穩(wěn)定運行。

柔性羅氏線圈可用于避雷針（塔）、地線雷電流波形或峰值采集，線圈的采集雷電流范圍：0.5～100KA，線圈的采集精度：±5%，線圈的頻率范圍：20Hz—10MHz?？筛鶕?jù)不同的安裝直徑要求定制不同規(guī)格大小的線圈。

3.5.3感應(yīng)雷監(jiān)測

感應(yīng)雷監(jiān)測主要由柔性或剛性羅氏線圈傳感器和智能雷電流監(jiān)測模塊組成，最多可監(jiān)測四路感應(yīng)雷電流峰值，監(jiān)測模塊將傳感器采集到的雷電流信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。

感應(yīng)雷電流峰值采集記錄與直擊雷在線監(jiān)測工作原理相同，在基于直擊雷在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上，采集監(jiān)測可使用柔性羅氏線圈，也可使用剛性羅氏線圈。將柔性或剛性線圈安裝在浪涌入地匯集點，即可輕松地實現(xiàn)電涌峰值采集記錄。

智能防雷箱簡介：

電源一體化數(shù)據(jù)采集智能防雷箱（簡稱智能防雷箱）集防雷和在線監(jiān)測與一體，通過連接柔性或剛性羅氏線圈可在線監(jiān)測感應(yīng)雷電流的峰值大小、發(fā)生時間、發(fā)生次數(shù)和外部 SPD 狀態(tài)檢測，也是感應(yīng)雷監(jiān)測的一種，專為廣播電視發(fā)射機房防雷工程、網(wǎng)絡(luò)通信機房防雷工程、天然氣閥站防雷工程、鐵路交通防雷工程、建筑電氣防雷工程以及工業(yè)自動化防雷工程等低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)場的雷電流參數(shù)在線監(jiān)控而設(shè)計。其技術(shù)業(yè)界領(lǐng)先、性能穩(wěn)定、安全可靠，為用戶提供近端人機界面監(jiān)控，具備運行狀態(tài)和歷史信息的近端查詢功能。遵循 RS485 協(xié)議通訊，通過監(jiān)測模塊將傳感器采集到的雷電流信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。

智能防雷箱雷擊浪涌防護能力：Imax 100kA，電壓保護水平：Up 1.2kV，感應(yīng)雷電流峰值采集范圍：0.5～100KA。

3.5.4智能 SPD 監(jiān)測

智能 SPD 監(jiān)測主要由傳感器模塊和監(jiān)測模塊組成，可監(jiān)測 SPD 的運行電壓、交流漏電流、外殼溫度、環(huán)境溫度、空開狀態(tài)、劣化狀態(tài)等。根據(jù)不同現(xiàn)場應(yīng)用，可對運行電壓和交流漏電流進行告警閾值設(shè)置。傳感器模塊通過 RS485 接口連接至監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊將傳感器模塊采集到的 SPD 狀態(tài)信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。

3.5.5發(fā)射塔、建筑物和機房接地電阻監(jiān)測

3.5.5.1接地電阻監(jiān)測現(xiàn)狀

接地系統(tǒng)由垂直接地體和水平接地體通過線型、網(wǎng)狀型、扇型等結(jié)構(gòu)組成。在土壤電阻率高的地方配合以降阻劑、專用接地體、深井施工等方式降低接地電阻。一般在接地工程施工完成后，通過人工使用專用接地電阻測試儀進行現(xiàn)場接地電阻測試。工程竣工驗收完成后，根據(jù)不同的場所，以后每半年或一年按國家相關(guān)規(guī)定，由工程所在地防雷設(shè)施檢測所進行人工檢測。檢測之前，中間很長一段時間接地電阻的狀況都不清楚，在這個時間段，存在接地出現(xiàn)故障而不能及時了解的隱患，尤其是在易燃易爆的?；瘓鏊赡軙a(chǎn)生嚴重的后果。

3.5.5.2接地電阻監(jiān)測的目的

通過對具體建筑物、鐵塔、設(shè)備、場地等接地電阻數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析，可以做到：

（1）實時了解建筑物或設(shè)備的接地狀況;

（2）通過對接地電阻的長期監(jiān)測，了解接地體是否存在腐蝕情況，接地線是否連接可靠;

（3）及時消除重要設(shè)施、易燃易爆?；瘓鏊纫蚪拥夭涣级斐傻碾[患。

3.5.5.3智能接地電阻監(jiān)測

智能接地電阻監(jiān)測主要由接地測試棒和監(jiān)測模塊組成，采用三點接地法對建筑物、機房、桿塔、設(shè)備裝置等的接地電阻進行監(jiān)測，提供接地電阻數(shù)據(jù)，監(jiān)測模塊將采集到的接地電阻數(shù)據(jù)信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。利用互聯(lián)網(wǎng)云平臺遠程進行監(jiān)測和分析，便于實時查閱接地狀況，及時排除因接地不良引起的故障，避免事故的發(fā)生。

單個監(jiān)測模塊可同時監(jiān)測 3 處接地電阻，接地電阻監(jiān)測范圍：0～300Ω，精度：±2%， 顯示 300Ω則表示接地斷路，需現(xiàn)場檢查接地體連接狀態(tài)。接地測試棒 C 端（電流端）和 P 端（電壓端）與待測接地點間應(yīng)各相距 5～10 米。

3.5.6智能云平臺管理系統(tǒng)

3.5.6.1智能云平臺管理系統(tǒng)簡介

智能云平臺是一款基于WEB架構(gòu)的工業(yè)級云平臺，用戶可以使用它來創(chuàng)建任何規(guī)模的數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析系統(tǒng)。創(chuàng)建好的工程項目可以直接供網(wǎng)絡(luò)上的PC、智能手機、平板電腦等多種設(shè)備訪問，服務(wù)器無需IIS等WEB服務(wù)器，客戶端無任何基礎(chǔ)安裝，僅需要一個瀏覽器即可。智能云平臺為那些需要在多種平臺上應(yīng)用數(shù)據(jù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)分析的項目提供了理想的解決方案，

3.5.6.2智能云平臺管理系統(tǒng)的特點

（1）基于公有云/私有云的部署策略：基于Web架構(gòu);無需任何安裝和部署，無需中心服務(wù)器，僅僅需要網(wǎng)頁瀏覽器或者移動終端。

（2）跨平臺項目訪問：跨操作系統(tǒng)平臺項目訪問，無限制點數(shù)、客戶端數(shù)、設(shè)備數(shù)、連接數(shù)。

（3）安全性與穩(wěn)定性：現(xiàn)代化的安全與數(shù)據(jù)存儲機制實時保護您的數(shù)據(jù)。

（4）實時控制與監(jiān)測：隨時隨地獲取您所需的數(shù)據(jù)與信息，利用云平臺的實時控制和分析功能，用戶可以輕松快速地分析和顯示設(shè)備的狀態(tài)以及及時查看數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

（4）功能強大易于擴展：指揮調(diào)度;預(yù)案管理;遠程維保;在線升級。

（5）與傳統(tǒng)組態(tài)比較：無需本地軟件;支持移動端;變化靈活。

（6）為客戶提供私有云的部署服務(wù)：客戶需要申請獨立的網(wǎng)址;客戶服務(wù)器需要固定的IP地址;提供一整套的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)私有云解決方案。

4.湖州金蓋山廣播電視發(fā)射臺物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測實施方案

本實施方案結(jié)合湖州金蓋山廣播電視發(fā)射臺容易受到雷擊的原因，旨在以傳統(tǒng)防雷技術(shù)為基礎(chǔ)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，先進的防雷監(jiān)測設(shè)備和管理平臺，實現(xiàn)廣播電視發(fā)射臺防雷系統(tǒng)的智能化監(jiān)測，保證防雷系統(tǒng)的安全可靠和智能化，提高發(fā)射臺的防雷管理水平。

4.1智能雷電預(yù)警實施方案

智能雷電預(yù)警設(shè)備安裝方案、現(xiàn)場和參數(shù)圖。

智能雷電預(yù)警如果只安裝單臺電場探測傳感器裝置，所感應(yīng)采集的電場數(shù)據(jù)不能有效覆蓋整個金蓋山廣播電視發(fā)射臺，采集的數(shù)據(jù)沒有比對性，探測精度也不高，容易增大誤報的機率。為了減小誤報率，提高電場的探測精度，本實施方案采用安裝兩臺電場探測傳感器裝置。由于智能雷電預(yù)警電場探測傳感器需要比較空曠的周邊環(huán)境，因此，選擇在發(fā)射臺中心機房的房頂上和發(fā)射臺配電機房的房頂上各安裝一臺電場探測傳感器裝置和智能監(jiān)測模塊安裝防護箱?，F(xiàn)場安裝如圖 4.1-1 和 4.1-2，云平臺實時參數(shù)界面如圖 4.1-3。

4.2直擊雷監(jiān)測實施方案

直擊雷監(jiān)測設(shè)備安裝方案、現(xiàn)場和參數(shù)圖。

發(fā)射中心最高的發(fā)射塔最容易接閃，如果在發(fā)射塔的塔基上只安裝一路柔性羅氏線圈傳感裝置，所采集的雷電流數(shù)據(jù)沒有比對性，監(jiān)測精度也不高。為了提高雷電流的監(jiān)測精度， 本實施方案采用四路柔性羅氏線圈傳感裝置，分別安裝在發(fā)射塔的四個塔基上，智能監(jiān)測模塊安裝在防護箱內(nèi)?，F(xiàn)場安裝如圖 4.2-1，云平臺實時參數(shù)界面如圖 4.2-2。

4.3感應(yīng)雷監(jiān)測實施方案

感應(yīng)雷監(jiān)測設(shè)備安裝方案、現(xiàn)場和參數(shù)圖。

在中心機房四個配電柜的電源供電系統(tǒng)安裝電源一體化數(shù)據(jù)采集智能防雷箱（簡稱智能防雷箱），該智能防雷箱集防雷和感應(yīng)雷在線監(jiān)測于一體，通過連接柔性或剛性羅氏線圈可在線監(jiān)測電源線路上感應(yīng)雷電流的峰值大小、發(fā)生時間、發(fā)生次數(shù)和外部 SPD 狀態(tài)檢測， 保護發(fā)射臺系統(tǒng)的設(shè)備安全?，F(xiàn)場安裝如圖 4.3-1-4，云平臺實時參數(shù)界面如圖 4.3-5。

4.4智能SPD監(jiān)測實施方案

智能SPD監(jiān)測設(shè)備安裝方案、現(xiàn)場和參數(shù)圖。

在發(fā)射中心配電房主進線配電柜安裝一級SPD和智SPD監(jiān)測模塊，可監(jiān)測SPD的運行電壓、交流漏電流、外殼溫度、環(huán)境溫度、空開狀態(tài)、劣化狀態(tài)等。監(jiān)測模塊將傳感器模塊采集到的 SPD 狀態(tài)信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)?，F(xiàn)場安裝如圖 4.4-1，云平臺實時參數(shù)界面如圖 4.4-2。

4.5發(fā)射塔、建筑物和機房接地電阻監(jiān)測實施方案

發(fā)射塔、建筑物和機房接地電阻監(jiān)測設(shè)備安裝方案、現(xiàn)場和參數(shù)圖。

為了全面監(jiān)測發(fā)射中心的接地狀態(tài)，分別在發(fā)射中心的發(fā)射塔底、中心機房、配電房安裝三套接地電阻監(jiān)測設(shè)備，并將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到智能云平臺管理系統(tǒng)。監(jiān)測模塊安裝在防護箱內(nèi)?，F(xiàn)場安裝如圖 4.5-1-3，云平臺實時參數(shù)界面如圖 4.5-4-6。

結(jié)語

本文通過對基于物聯(lián)網(wǎng)智能防雷監(jiān)測技術(shù)的探討，提出廣播電視發(fā)射臺防雷系統(tǒng)進行改造升級的設(shè)計思路，在現(xiàn)有防雷措施的基礎(chǔ)上對智能防雷監(jiān)測技術(shù)進行了設(shè)計說明，從雷電預(yù)警到接地電阻監(jiān)測，進行了較全面的智能防雷監(jiān)測工程設(shè)計。通過對項目改造升級的建設(shè)實施，建立了統(tǒng)一的在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了雷電預(yù)警、直擊雷監(jiān)測、感應(yīng)雷監(jiān)測、SPD 監(jiān)測、接地電阻監(jiān)測等實時監(jiān)測功能。有效保障了人民生命財產(chǎn)安全和廣播電視發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換等弱電設(shè)備的正常投入使用，降低了雷擊等風險的概率，也為新建臺站提供了相關(guān)的智能防雷監(jiān)測設(shè)計參考。

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作者簡介：黃俞成（1964-），男，浙江湖州人，高級工程師，研究方向：廣播電視技術(shù)設(shè)備。