民航雷达站防雷方法与对策

2020-07-21郝娜

通信电源技术 2020年8期

郝娜

（民航新疆空管局空管中心技术保障中心，新疆乌鲁木齐 830001）

0 引言

雷电是一种可以形成具有极强破坏力的大电流和高电压的强烈自然大气放电现象，其可在短时间内释放出巨大能量，严重威胁着人类的生命财产安全。近年来，随着我国计算机信息技术以及通信技术的迅猛发展，民航雷达站雷达系统成为集高频微电子技术、计算机网络技术、微波技术以及电子通信技术等为一体的电子设备，具有高精度、高频率、高灵敏性、复杂化等特点。但与此同时，民航雷达站内部仪器设备的绝缘性较差，并且存在过电压耐受能力差等致命弱点，在雷雨天气很容易受到雷电的威胁。因此，雷达站内的雷达系统成为防雷工程中重要、急需探讨的问题。倘若民航雷电站雷达系统受到雷击危害将会导致雷达站内部的电子系统以及通信系统破坏、损害，甚至可能导致整个雷达站雷达系统的瘫痪，最终影响民航的健康长远运行，对民航乃至社会发展造成不可估量的直接与间接的巨大经济损失。因此，相关部门已经开始提高对民航机场雷达站防雷方法的研究工作，以期保障雷达站长久健康运行，发挥最大的社会效益和经济效益。

1 雷击的种类和途径

1.1 雷击的种类

雷击主要分为直击雷和感应雷。当雷云直接接触到导体装置时，会产生极具破坏性的热效应和机械效应的强大电流，称为直击雷。感应雷指的是通过导线的静电感应作用，将位于导体上方的雷云电吸引到导体端，使导线带上强电荷，当雷云对大地放电，就会稀释导体上的电荷，进而形成雷电波并沿导体线路侵入设备，损害设备的性能。根据研究发现，感应雷更容易引起导航台、雷达站遭受雷击，也是民航站防卫雷击的重要类型[1]。

1.2 雷击途径

当感应电压达到10～20 kV，即使雷击发生在距保护目标3 000 m之外的区域，无屏蔽的线路也会感应到5～7.5 kV的过电压，光缆中心的金属屏蔽层会直接感应雷电电涌，如果不采取有效的防护措施，容易引发通信设备毁坏或者电力系统紊乱的问题[1]。常见的雷击途径有天馈线引入、光纤电缆引入、电力电缆引入、低电位反击引入四种。

2 民航雷达站雷击的危害

2.1 对电源系统的危害

面对复杂多变的雷雨天气，由于民航雷达站内部体系较为复杂多样，导致电源配电系统很容易受到雷击威胁。雷达站内部线路搭建较为复杂和随机，导致雷达站内外部的架空线路、金属管线较容易受到巨大的冲击电压。这会带来一系列的连锁反应，最终击穿雷达站线路的绝缘层，发生短路现象，破坏雷达站的供电系统；此外，击穿过程中一旦产生火花，还会导致雷达站附近发生爆炸等后果严重的事故。

2.2 对监控系统的危害

雷电的发生主要是因为雷雨云当中的电荷释放向大地，产生维持上百微秒、平均幅值在几万安培的电流脉冲。雷电电磁干扰通过如下两种形式来对雷达站的雷达监控体系产生相互作用。一是传导耦合作用，各类金属导线与监控系统内的电阻和电容阻容受到闪电的强烈干扰产生阻容耦合作用，损害电子设备乃至整个系统设备[2]；二是辐射耦合作用，民航机场的雷达站外部的电子设备电缆或天线受到闪电电磁辐射耦合作用危害，进而通过线路传输损毁系统内部设备。雷达站监控系统一旦遭到破坏，就会严重威胁整个雷达站甚至民航系统的正常运行。

3 雷达站防雷系统

防雷系统作为民航雷达站运行范畴中的重要方面，需要引起相关部门的高度重视，防雷系统主要分为外部防护和内部防护两大部分。

外部防雷发挥着雷电站建筑群“防护罩”的作用，搭建系统如图1所示。

内部防雷主要是通过截流、屏蔽、等电位连接、分流、接地等措施，均衡系统电位，限制过电压幅值。

4 民航雷达站的防雷方法

4.1 民航雷电站的综合防雷方法

4.1.1 供电系统防雷保护

供电系统的防雷保护在民航雷达站防雷工作中占据具重要地位，相关部分可以根据室内供电系统的实际情况采取分级保护，在供电体系的各个组成部分应用避雷器实施逐级防护，将雷电过电压降低到体系可以承受的水平。

4.1.2 天线防雷防护

将民航雷达站的天线与屋顶上的防雷装备通过多个连接点连接在一起，根据雷达站天线的数量和防雷装备的防护范围，考虑是否对天线装设单独的避雷针进行防雷保护。同时，相关工作人员需要严格把控雷达站天线防雷接地装置与避雷针的引下线的安装过程，要确保二者紧密结合。

4.1.3 针对各项金属管、线缆等进行防雷保护

由于雷达站内存在极易受到雷电威胁的各种调控信息体系以及错综复杂的金属管道、电缆以及引入、引出线，相关部门要加强各类金属管、线缆的防雷措施，严格控制线缆在进出口处与建筑物的防雷接地装置紧密连接[3]。

4.2 民航雷达站的抗电磁干扰方法

图1 外部防雷搭建系统流程图

随着科学技术的不断发展以及雷击威胁的不断增大，提高民航雷达站防雷电电磁干扰的能力至关重要，也成为雷达站不可缺少的技术措施。雷击会在民航雷达站周边产生强烈的电磁干扰，给民航雷达站中供电系统、计算机信息传输系统以及监控系统等电子信息设备产生错误的代码和指令，干扰雷达站的信号系统正常运行，甚至可以直接击中民航雷达站，进而导致雷达站的多个系统设备遭受严重影响。因此，在民航雷达站钢架互连结构施工时，施工部门需要严格把控，对民航雷达站内的进出线路应尽量采用屏蔽线缆，连通焊接室内的全部钢筋，确保电气紧密相连，并且要提高屏蔽层接地的可靠性。此外，为了提高民航雷达站供电电压在受雷击时的稳定性以及安全性，单独屏蔽和隔离屋顶天线、监控探头等容易被干扰的电路，配电间及控制机房应采取稳压电源供电。最后，在雷达站设备的电源端采用低通滤波器，要防止各种接地之间的互相干扰，应用先进的隔离及光纤数字传输技术进行雷达站上下走线的安装以及改造工作。

4.3 民航雷达站的防雷击接地方法

在雷击发生时，雷电流会通过民航雷达站内大量的各类电子设备和网络布线系统，特别是被各类线缆所覆盖室内的顶板、吊顶、底板等迅速的引入大地。为确保民航雷达站各项设备的正常运行，相关部门需要设计细致、严谨、科学、合理的防雷接地系统。首先，为保障计算机系统的安全，屏蔽铠装处理供电电缆，采用联合接地装置将民航雷达站机房内的计算机控制系统的接地和建筑物的防雷接地连接，防止雷击时遭受反击。其次，将雷达站内的控制系统接地和民航雷达站建筑物本身的防雷接地分开，根据雷达站内部的实际大小进行调整，尽量控制两者间距离在20 m左右，并适当减小抗干扰能力强设备之间的距离。民航雷达站在安装一些重点设备时，要确保设备与地网之间形成良好导通，并且严格检查连接处有无锈蚀、折角情况。

4.4 民航雷达站的信号系统防护措施

雷达天线承担着雷达站雷达信号采集和发射的功能，并且天线塔是雷达站周围最高的建筑物，十分容易受到雷击危害。为了减少通信信号与雷达信号之间的干扰，需要在雷达站的通信信号发射器跟天线塔之间维持一定的距离，实现天线塔周围的净空要求，民航雷达站的信号系统防护措施主要是架设独立的避雷针。

民航雷达站的计算机机房内集中了集成度敏感度高的雷达监控设备、交换机以及传输设备网络等重要设备，雷雨天气很容易受到电磁感应作用，电击脉冲经过接口电路传进对机房相关设备产生危害。因此，需要根据民航雷达站的实际情况，在机房内各种信号线前端安装与通频带宽及传输速率相匹配的，并且插入损耗、驻波比较小的电涌保护器，并使用长度小于0.5 m的接地线就近与等电位体连接。信号电涌保护器的安装数量要充分考量民航雷达站的实际情况以及计算机信号系统的运行情况，确保实现雷达站信号系统正常的运行的前提下发挥最佳的防雷效应。