卫星地面接收站可行性防雷改造方案研究

2019-02-13赵喜永

数字通信世界 2019年5期

赵喜永

（国家卫星海洋应用中心牡丹江站，牡丹江 157000）

随着我国卫星通信和卫星遥感事业的快速发展，卫星数据的接收已经呈现出快速、准确、稳定、连续的特点，地面站作为数据接收的第一关，保证地面站的稳定连续工作尤为重要。地面站的功能属性决定它是雷击灾害的高发部门，完善其雷电防护措施，提升雷电防护能力，是保证卫星地面接收系统稳定连续运行的重点工作。

1 雷电对设备损害途径及防护措施

1.1 雷电对电子设备损害途径

我站近几年发生的雷电灾害中被损坏的设备多为线缆端的终端设备，如马达驱动器、工控机主板、显示器、变频器及弱电设备等，经过对我站机房外线连接分析和总结，机房与外部连接主要在是电源线、信号线及设备地线引线三种，被雷电损害的设备均是这三种连接方式中的组成部分。初步判断我站雷电损害途径为以上三种，进而归纳为过电压在线路中的传导和地电位产生的反击是造成设备损坏的主因。

1.2 常见雷击存在的主要形式

1.2.1 直击雷击

直击雷击是两个带电荷的云层直接对大地的某一地点直接放电的现象。直击雷击可以对地面的人蓄、高大建筑物、树木等直接放电，从而产生人员伤亡、建筑物损坏、山火等雷击灾害。对于卫星地面站对于直击雷的防护主要采取建设避雷塔、尽量减少线缆的架空和裸露等。

1.2.2 感应雷击

感应雷击是由雷电发生后通过产生强大的变化电磁场对周围设备造成损坏的一种雷击现象。近年来发生雷击现象表明这种雷击破坏性更大，范围更广，危害程度更深。在地面站建设中要做好感应雷的防护，减少裸露金属与机房内的连接，特别是弱电设备的连接，因为感应雷击对弱电设备危害较大。

2 牡丹江站雷击案例分析

经过同本站没有遭受雷击天线系统的对比分析发现：一是雷击天线与机房之间的连接采用通信电缆并全部处于管沟的水中，在两端入户处没有将电缆的外护层金属接地，并且雷击天线距离控制机房距离较远地面空旷，其他天线均采用光纤作为信号传导，避免了雷电袭击。二是天线的供电配电箱没有安装SPD。三是机房设备没有有效的进行等点位连接，此外机房等电位连接采用的是普通接地线连接静电地板下的金属支架，泄放雷电性能较差。

3 牡丹江站雷电防护可行性改造方案

3.1 配电系统防雷改造

根据我站防雷实际，我们设计方案是三级防雷。站区总配电入户处为一级防护，进入业务楼、业务机房、天线塔基、UPS 等处的为二级防护，直接为核心设备供电前端为三级防护。在设计防护时要注意各级SPD 中的UP 值要依次减小，如二级防护UP值大于一级防护UP 值，会导致在雷电发生时二级防护先启动保护，一级防护后启动保护，这样一级防护失去了保护的意义。

3.2 机房等电位改造方案

根据我站机房的设备较多、布局分散的特点，等电位方案采用星状－网状混合型等电位结构。采用以上等电位连接主要考虑我站设备分布于不同机房、设备间连线复杂，所以在设备机房采用就近连接等电位系统。这种布局可以在高频时获得于一个低阻抗网络，对外界电磁场有一定的衰减作用，同时星状接地结构可以干扰电流不能形成回路，减少环路的干扰。

3.3 业务楼雷电泄放地网的改造方案

为提高业务楼现有防雷系统的性能，在业务楼四周加装一圈防雷地网，并在地网中每隔一定间距下埋一根垂直接地体，外接地网与业务楼基础内的金属结构相连组成一个完整防雷地网。水平和垂直接地体埋深离地面70cm 以上（同时考虑冻土层），水平接地体用4mm×40mm 或以上规格的扁钢，垂直接地体用40mm×40mm×4mm 或以上规格长2.5m 的角钢。通过这种改造提高了雷电泄放的能力，可以更好保护设备。

3.4 入户线屏蔽改造和安装站内场强中和装置

入户线的屏蔽也是防雷应有的措施，通信电缆和光缆从外面或地下进入业务楼或机房内时，需在入口处把外护层金属和金属加强芯等接地，防止把雷电引入到机房。在站内安装雷电电磁中和器，构建雷电电磁中和矩阵，降低站域内雷电电磁场强度，减少雷电下行通道的形成，雷电中和装置易选取在重点保护位置，如我站的业务楼楼顶和三座天线避雷处。