广电发射台的物联网智能防雷监测系统改造

裴 煜

(霍邱县广播电视台，安徽 六安 237400)

0 引言

随着数字、网络和信息广播、广播和信号传输的快速发展，信号传输越来越长，容易受到雷击。再加上现代电子设备中芯片的工作电压，元件布局中的线性距离越来越小，降低了设备的耐久性，有可能破坏通信系统的安全性和可靠性。由于宽带网络覆盖范围广，有源元件多，雷电容量大，网络的经济损失难以估计。在这方面，提供有效的防雷保护和减少广播电视面临的雷暴风险是一个优先事项。本文研究了基于传统防雷技术的广播易受防雷影响的原因以及防雷监测态势信息系统技术、现代监测手段和防雷监测平台的应用，广播电视台防雷系统的智能监测，防雷系统的安全保障和智能化发展，提高发射台的防雷水平。

1 雷电对广播电视发射台的危害形式

雷电一般可分为直接雷击和感应雷击。任何电信设备都将直接受到防雷的影响。

1.1 直击雷

直接冲击是指带电云与地面目标(如建筑物顶部、铁塔、天线等)之间的快速放电。直击雷冲击时，强雷击电流沿接地线减小，接地后地电位瞬间升高，对接地电阻、设备或人员造成损害。

1.2 感应雷

感应雷是一种雷电放电，它在相邻导体上产生静电感应和电磁感应，即这种火花可以通过落在地上或在云中破裂的闪电获得。静电感应是由雷暴云引起的，因此相邻导体必须感受到与第一个传输通道符号相反的电荷。在雷电放电过程中，电荷在第一个传输通道中迅速被中和，如果导体不靠近地面，导体的感应电荷将被释放，从而产生高电位。电磁感应是由周围空间中电流的快速变化引起的，在导体附近产生瞬时强电磁场和高电场强度。接近雷击点时，感应波冲击力大，作用半径大。如果不能及时获得感应雷的电磁能量，放电会产生火花，可能会危及配电系统或干扰，损坏发射室内的设备，甚至引发火灾。

1.3 雷电波侵入

如果传输线、通信电缆或金属线或电源线直接受到感应雷的冲击或影响，雷暴的高压电位将通过这些电线进入机库，设备或外壳中金属释放的损坏可能会危及人身安全。结果表明，数据电子器件的损坏主要是由感应电压引起的。在电子设备中，信息通过各种组件或接口传输。

2 广播电视发射台现有防雷措施

(1)避雷针应安装在两座铁塔的顶部，以防止直接冲击。(2)在中央配电楼屋顶周边安装避雷针和环形接地网，将避雷针与接地网连接。(3)在中央机械装置的静电地板下设置铜韧带连接电位，形成电位连接系统。(4)铜排安装在配电室静电地板下方，可连接形成电气通信系统。(5)配电柜和配电室供电系统的中央硬件配备了传统的三相适配器，以保护发射站系统，免受电气设备的影响。(6)配电室内的电源将电缆引至地面，屏蔽壳连接至配电室内的接地网。位于中央办公室配电室的电缆也用于地面，屏蔽外壳连接到建筑物的接地网。建筑物之间的通信线路有效地防止雷暴波通过隧道，并通过接地屏进行处理。塔架、配电盘和中央设备的接地电阻为10 Ω[1]。有可能遇到以下问题：(1)当气候变化可能导致雷暴时，雷暴风险的不可预测性。(2)在雷暴波情况下，无法实时跟踪直流冲击电流、感应电流和SPD状态。(3)随着接地网接地电阻的变化，接地电阻值无法实时跟踪。因此，建议利用信息和通信技术在排雷行动中发挥作用，并通过更新现有的防雷检测系统，进一步促进防雷检测系统技术。

3 物联网智能防雷监测技术

3.1 防雷监测系统现状

目前，全球防雷行动领域正在形成一个完整的产业链，包括防雷设施的探测、防雷设施的设计以及一系列防雷产品的建设和生产。闪光信号由雷达和大型气田仪器发出。然而，特别是由于系统建设的复杂性和成本，目前还没有针对单个建筑物、设备和场所进行针对性雷暴灾害报警、电流点监测和接地电阻监测的系统。每年，世界各地的人、建筑物和设备都是雷电爆炸的受害者。

3.2 物联网智能防雷监测系统的目的

(1)评估建筑物内的防雷风险，寻找建筑物内的防雷设施，评估排雷行动的有效性，为调整排雷工作提供可靠依据；(2)通过对监测数据的分析，有针对性的防雷供电措施可以有效提高排雷行动效率，减少用户投资；(3)为电力保护设施的开发和应用建立可靠的数据库；(4)提供精准的数据，以确保危险区域和雷暴环境中危险区域的雷区安全[1]。

3.3 物联网智能防雷监测系统简介

具体涉及智能云平台控制系统、智能防雷报警系统、智能防雷监测器、智能传感器、防雷探测器、智能SPD监测器、智能接地电阻传感器等平台和智能终端。“基于雷电的智能环境监测”系统包括云连接、智能传输、大数据、移动连接等的使用和应用，实现系统突破；在这种模式下，数据中心可以大大节省用户的投资，而无需创建硬件。系统可通过PC、手机或其他移动终端访问。移动登录终端采用App登录，提供便捷界面，实现远程控制、远程访问、远程维护等功能。该系统是一个智能网络控制系统。用户不仅可以管理相应的智能设备，还可以管理四级用户。管理每个操作员或用户的级别，管理设备和相应的低级用户。该系统可以实现实时暴雨预警，感应雷电。

3.4 广播电视发射台物联网智能防雷监测系统监测功能

3.4.1 智能雷电预警

智能雷电预警主要由电气传感器和智能控制模块组成。智能监控模块将传感器电场和电磁场的数据发送至智能控制系统，并上传至主机。控制中心提供报警信息，操作员可采取相应措施。探测现场传感器，形成和传播本地和远程闪电，并能及时探测和分析直径为30～80 km的闪电相关影响。雷暴预警电场传感器探测范围：50 kV/M+50 kV/M，分辨率：20 V/M，精度：<5%，响应时间：1 s。当雷雨准备就绪时，智能雷雨报警器能及时提醒用户提前做好雷雨防护准备[1]。

3.4.2 直击雷监测

直接脉冲控制主要包括线圈传感器和智能电流监测模块，可以跟踪4种直接脉冲电流。控制模块将传感器接收到的电流信息通过柔性线圈传感器传输到智能控制系统，电流波形可以通过避雷器采集。当控制中心操作员第一次获得雷暴事故信息时，雷暴流量监测模块可接入监测中心，并及时采取相应措施，确保设施安全稳定运行。柔性罗兹线圈可用于避雷器、波形或峰值电流。线圈的采集雷电电流范围0.5～100 kA，线圈的采集精度：±5%，线圈的频率范围：20 Hz～10 MHz，可根据不同的安装尺寸调整不同的线圈尺寸。

3.4.3 感应雷监测

控制器主要由柔性或刚性传感器和智能电流控制模块组成。它提供了一个感应电流跟踪控制模块，通过从传感器端口传输接收到的信息，形成一个通用的智能控制系统。它可以通过柔性罗盘线圈、刚性罗盘线圈和在线观测进行采集和控制。当在峰值采集点安装柔性或刚性线圈时，达到峰值电流。一套完整的电气数据采集设备包括智能防雷箱和在线防雷监控器，可通过连接柔性或刚性罗盘绕组，对感应电流进行定量和外部检测，并可在线跟踪。网络电视发射机的空气阀和铁路防雷装置，可用于防雷，并在该低压配电系统中建设电流参数控制系统，作为一种机电防雷设施。该技术处于行业领先地位，性能稳定可靠。它为用户提供简单的界面访问、操作状态和历史信息。根据RS485协议，传感器通过控制模块收集当前信息，下载到云平台的智能控制系统。智能防雷箱：IMAX 100 kA，电压保护水平：Up 1.2 kV，感应雷电流峰值采集范围：0.5～100 kA[2]。

3.4.4 智能 SPD 监测

SPD智能控制主要由传感器模块和控制模块组成，可以控制工作电压、交流泄漏、外壳温度、环境温度、空载状态。传感器模块通过RS485接口与监控模块连接，并将SPD状态信息从传感器模块下载至智能平台控制系统。

3.5 发射塔、建筑物和机房接地电阻监测

接地系统包括在土壤电阻率较高的地方，通过降阻、特殊接地、深井施工等方式降低接地电阻。一般情况下，接地施工完成后，使用专用接地电阻传感器手动检查接地电阻。验收后，根据施工现场的位置，按照国家有关规定，施工现场的防雷设施每6个月或1年进行一次人工检测。试验前，接地电阻长期处于不确定状态，存在无法及时发现的隐蔽接地缺陷，尤其是在有爆炸危险可能的场所。

3.6 智能云平台管理系统

智能云平台基于工业云平台的Web结构。用户可以使用它创建任何管理和数据分析系统。良好的工程设计可直接用于PC和其他设备服务器，不需要IIS Web服务器类型，客户端也不需要安装基本服务器，不需要浏览器。智能平台提供了一个理想的解决方案，需要在不同平台上进行数据管理和分析。无需安装智能管理平台的功能，且无需推荐服务器、浏览器中心或移动终端。存储系统安全监控是在任何时间、任何地点以及使用非现场监控和分析平台进行必要的信息监控。用户可以查看设备状态，分析、管理和规划强大的时间和空间数据。与传统设置不同，本地软件不需要支持在线远程升级。为客户托管私人网站：客户必须申请建立独立网站；客户端服务器必须设置IP地址；为民营企业提供全套解决方案。

4 广播电视发射台物联网智能防雷监测实施方案

4.1 智能雷电预警实施方案

在智能防雷预警方面，如果只安装传感器检测模块，通过感应场采集的数据无法有效覆盖整个电台。收集的数据不具有可比性，检测精度不高，这可能会增加错误概率。本研究的目的是提高测量精度的误差。由于对独立环境要求较高。电场探测器保护箱和智能控制模块安装在发射站中心楼和发射场配电楼的屋顶上[3]。

4.2 智能 SPD 监测实施方案

安装在发射中心主入口配电柜内的SPD和SPD监控模块可以控制工作电压、交流泄漏电流、外壳温度、环境温度和空气负载状态。监控模块将传感器模块收集的SPD状态信息加载到智能平台控制系统中。

5 结语

综上所述，本文讨论了无线电发射机防雷系统现代化的概念。通过升级后的在线监测平台，可以实现雷电预警等实时监测功能。雷暴观测可以确保公共安全和发射台的正常运行和信息共享。