复杂环境下中波发射台防雷接地系统设计

尼玛卓玛

（西藏广播电视局当雄中波转播台，西藏拉萨 851500）

0.引言

随着波段处理技术的进一步完善与发展，各种发射设备以及系统逐渐被应用在社会中的各个领域里，在实际执行的过程中取得了相对较好的结果。中波发射台实际上是一种长距离的波段控制装备，主要是对雷电接地工作进行辅助与操控的[1]。近几年来，在复杂的背景环境之下，由于自然灾害的频发，使得各个地区的雷电灾害对于经济的发展以及人们日常的生活安全造成极为严重的影响。传统的防雷接地系统无法满足现如今异常状况的需要，为了缓解这一现状，结合实际的需求设计更具多元化、灵活性的防雷接地系统[2]。

通常情况下，对于防雷接地系统的设计都是一项十分重要且繁杂的工作，具有较多的不确定性与不稳定性，系统一般是由集成化的处理设备以及精密化的执行程序所组成，必须具备一定的抗干扰能力，同时，当中波发射台处于雷电的攻击范围时可以对发射台进行合理地保护，在确保发射台安全的同时，也促使相关的发射工作可以稳定地执行，具有双向性[3]。在复杂环境之下，传统的防雷接地系统时常会受到外部因素的影响，同时，内部结构的混乱一定程度上也会造成系统的损坏，形成或多或少的经济损失，从而影响到最终的防雷效果，在新时代的背景之下，结合互联网以及大数据等智能化技术，设计更加贴合实际的防雷接地系统，从根本上提升中波发射台的实际安全效果。

1.复杂环境下中波发射台防雷接地系统硬件设计

1.1 I/O接地控制模块设计

在对防雷接地系统进行设计前，需要先搭建相关的硬件环境，进行硬件I/O接地控制模块的设计。中波发射台的电路一般会采用电位联结的方式设计，同时与防雷装备之间建立相应的联系，二者之间通过导线连接。由于防雷接地系统需要与中波发射台关联，所以，传统的电路连接方式已经不能再满足控制需求了，需要设计更加灵活、多变的控制电路[4]。防雷接地系统中控制模块是系统执行的核心，具有关键的作用。可以先对相关的模块关联，具体可以划分为I/O接地控制模块、电流衰减模块、输出转换模块以及中断模块等。

不同的模块具备不同的功能，同时，控制模块之间也是互为单一独立的，只有在实际应用的过程中才会产生关联协议[5]。在系统的电路中设定双向的控制电源，同时在核心I/O接地控制模块后方安装监控装置，以此来实现电流的传输与控制，将避雷针的控制设备接入I/O接地控制模块，在模块的控制区域连接嵌入式的ARM电流分解仪，将ADM706芯片作为主控制接地基准，在芯片的四周建立对应的硬件执行节点，用以对电路中的超额电流转换。防雷接地模块的控制区域安装小型的门限控制器，避免电路出现中断和掉电的情况，同时也起到一定的防干扰作用，具体的结构如图1所示。

图1 I/O接地控制模块关联结构图

根据图1可以了解到I/O接地控制模块关联的相关结构。随后，将其他模块接入I/O接地控制模块，形成并联的执行处理电路，为后续的系统执行奠定基础。

1.2 反控复合电路设计

在完成对I/O接地控制模块的设计之后进行反控复合电路设计。所谓的反控复合电路，主要是指在复杂的环境之下，面对多支电路同时防雷接地的情况，传统控制电路由于过于老旧单一，无法应对上述的问题，并且在持续高压的背景之下还极容易造成电路的崩溃。具体表现为爆电、断电、设备故障等情况。所以，对于电路的需要更加灵活[6]。

需要在电路中安装FIFO检波器，用以监测传输信号的变化情况，利用户外接地母线将防雷接地系统与避雷针等装置连接，将设备的通频设定为120 Hz，接入衰减模块，调整电路中的电流[7]。在电路的核心芯片位置前方设定15Ω的电阻，此时，控制电路形成反控结构，在初始复合电路的基础上，设定电阻的目的是缓和雷击电压对系统与相关设备的冲击与损坏，一定程度上起到保护的作用，同时，电阻的安装还可以帮助电路进行电流转换形成反控的执行结构，以此来进一步优化完善电路的应用效果。

2.复杂环境下中波发射台防雷接地系统软件设计

2.1 总控功能模块设计

在完成上述硬件的设计之后需要对相应的软件设计。在复杂的环境下，中波发射台所关联的系统需要进行多项控制与管理，并且在对防雷接地工作监控的过程中，还存在一定的预设区域，所以，系统功能控制模块的设计十分关键。通常情况下，系统功能模块可以划分为几个层级，分别为基础数据处理层级、指令接收转换层级、执行层级以及反馈层级。不同的层级具备对应的功能，相互之间具有较大的联系，总控功能模块是将上述的功能模块同时导入控制区域之中，通过一致的指令实现控制与管理。所以，需要先提取各个功能模块的层级特征，设定固定的执行范围，并计算出系统的总控平衡点，具体如公式1所示。

公式1中：K表示总控平衡点，D表示预设实际控制范围，β表示系统的平衡比，通过上述计算最终可以得出实际的总控平衡点，依据平衡点随控制的范围进行二次明确，并依据特定的执行指令将不同的功能模块关联在一起，完成总控功能模块的设计。

2.2 接引指令设计

在完成总控功能模块的设计之后需要设计相应的接引指令。接引指令主要是在中波发射台被雷击之后，关联防雷接地装置形成的一种安全保护指令。通常情况下，系统会将接引指令设定为较高的程度，这样避免占用过多的系统应用程序，但是一旦中波发射台出现雷击现象，通过防雷接地装备，结合系统的控制，再加上接引指令的执行，便可以进一步确保系统的稳定运行，同时也提升了中波发射台的运行安全程度，接引协议需要与功能模块的层级相对应，同时，根据特定的接引波段融合，形成具有执行性的指令，添加在系统之中，完成对接引指令的设计。

3.系统测试

本次主要是对复杂环境下中波发射台防雷接地系统的实际应用效果进行验证，测试在较为真实的环境之下进行，并且为了确保最终系统测试结果的稳定性与可靠性，设定统一的系统执行结构，对得出的结果分析与验证。

3.1 测试准备

在对系统进行测试前进行测试环境的搭建。本次选取一处中波发射台作为系统测试的目标对象。将测试的系统与发射台的主控制系统相关联，随后，结合相应的执行范围，在合理的防雷接地覆盖范围之内，设定统一的执行指令。需要先计算出实际的覆盖均值，具体如公式2所示。

公式2中：L表示覆盖均值，ℜ表示执行信号的变化距离，α表示防雷范围。通过上述计算，最终可以得出实际的覆盖均值。根据覆盖均值设定系统所覆盖执行的防雷接地覆盖面积。结合得出的数值，设定传输系统的程序与结构，将中波发射台的数据信息导入新的控制系统之中，并且形成相应的控制测试模型，在测试模型之中，构建相应的防雷接地结构，每一个结构均是独立的，在执行的过程中具有特定的标准与应用性能。此时，可以按测试的系统模型设定。执行的电压设定为220V，电流需要控制在1200A～1600A，额定电流需要设定为1450A即可。将系统的控制电路更改为具有双向处理能力的复合电路，同时，设定具体的转换机制。

本次对防雷接地系统的测试，雷击是通过三维模拟的信号来实现的，避免对系统造成破坏或者影响。将雷击的三维模拟信号划分为不同的层级，每一个层级的雷击强弱以及信号的处理均是不同的，当电流经过系统时，通常会从R1向C1两端双向积累，同时在接地系统的辅助之下，中波发射台所承受的电流程度会得到一定的缓解。另外，在对系统进行控制的过程中，考虑到信号传输的不稳定性，可以结合指令编制平台，将相关的目标信息编制成对应的执行指令或者协议传输至系统之中，并在复杂的环境之下对相应的相位值进行调整，具体如表1所示。

表1 复杂情况下系统相位值调整标准设定表

根据表1中的数据信息，最终可以完成对复杂情况下系统相位值调整标准的设定。随后，结合三维模拟技术，在预设的雷击范围之内，雷击电压的峰值控制在2000V，同时脉宽为15ms，将不同的执行设备的电流进行统一设定，避免对系统造成损坏以及故障。对中波发射台的相关装备以及系统进行监测，安装小型的监控设备，同时设定低压和高压的处理模式，在电路电源中安装固态元件，电路处于高压时，分离超额电压，确保系统应尽的安全与稳定运行。核定上述测试设备以及系统是否处于稳定的运行状态，同时，确保不存在影响最终测试结果的外部因素，核查无误后，开始具体的测试与分析。

3.2 测试过程及结果分析

在上述所搭建的测试环境之中进行具体的系统测试。依据实际的测试需求，将雷击的三维模拟信号设定为6个层级，结合电压的幅值，确定具体的数值，分别为380V、450V、730V、825V、1050V，分为5组测试，在相同的测试环境之下同时进行。将测试所用的系统与中波发射台的控制系统关联，同时，设定好雷击的信号，依据顺序进行三维模拟测试。此时，开始防雷接地系统，就进行第一组测试，对系统的防雷接地警示速度进行记录，依据上述方式对其余4组继续测试，将复杂环境划分为低压、高压、和混低压混高压状态，得出相应的测试结果，进行具体的分析与研究，如表2所示。

表2 系统测试结果分析表

根据表2中的数据信息，最终可以完成对防雷接地系统的测试与验证：在相同的环境之下，对不同雷击电压的复杂环境下系统的报警时间进行测算。经过汇总整合，报警的时间均保持在0.5s以下，这表明系统在对中波发射台执行任务的过程中，控制检测的效果相对较好，一旦出现雷击现象，会立刻启动程序接地，以此同时进行系统的警示，提醒相关人员及时处理维护，具有实际的应用价值。

4.结语

本文是对复杂环境下中波发射台防雷接地系统的设计与分析，对比于传统的防雷接地系统，本文所设计的系统在实际应用的过程中更加稳定、灵活，具有较强的可控性。同时，在结构上也更加贴合现如今防雷接地的处理要求，在执行程序上也得到了最大的简化，对于中波发射台的安全维护具有更为深远的影响，系统本身的兼容性得到扩展延伸，实际的应用意义更高，原则上逐渐智能化、信息化，未来将迈入新的发展台阶。