中波发射台发射系统防雷措施及实践综述

■新疆广播电视局节目传输中心2071台：孙宝才

1.引言

我台地处山区，夏季雷雨多发，前几年因雷击电流倒送发射机，致使发射机烧毁情况时有发生，不仅给我台造成了较大的财产损失，同时也给安全播出工作带来了严重的隐患，所以，发射系统防雷工作已经成为了工作中的重中之重，为有效应对雷击事件，我台技术人员会同设备厂家从天线网络到发射机再到馈线设置三重防雷装置，经过几年实验探索改进，成效显著，大大减少了因雷击造成的设备损坏以及停播，确保了安全播出的万无一失。

2.雷击造成的危害

雷电是一种自然界中常见的放电现象，它的破坏力极大。会产生热效应，冲击波效应、机械效应三种危害。而热效应通常可以在雷击点局部范围内产生高达8000~10000℃的高温，甚至可能更高的温度，高温可造成发射机内部的低压供配电路直接熔断；雷电冲击波效应和爆炸产生的冲击波效应类似，其在地网中产生的电位差会损坏电器设备，机械效应雷电流流过金属物体时产生的电动力可导致不可预知的发射机损坏，直击雷是雷电灾害最主要的一种形式，破坏力十分巨大，如果不能迅速将其泄放入地，将造成放电通道内的电子电气系统元器件及电路板烧毁、致使整个系统陷入瘫痪状态。

3.雷电天气对中波广播发射系统的影响

中波广播发射系统由中波广播发射机，天调网络、馈线、发射天线系统组成。天馈系统如果设计不理想、防雷措施不得当，会导致发射机频繁遭遇受雷击，造成停播事故。一般情况下，雷雨天气可产生大量的带电离子，所形成的雷击电流就会对中波广播发射系统造成比较严重的冲击，如果避雷、接地、防雷等措施应用不当，那么就会很容易遭受到雷击，从而对中波广播发射系统造成一定程度的破坏，影响到中波广播发射正常运转，同时，因为中波广播发射系统大多配置在相对开阔的地方，而且信号发射塔通常位置较高，又缺少遮挡，所以更容易遭受雷击。当雷电能量达到一定程度，发射塔附近的磁场、电介质也可能造成瞬时的电压、能量波动而引起发射机反射保护。对于固态发射机而言、由于MOSFET管工作于开关状态，内阻低，雷电窜入发射系统的高频回馈电压会对固态发射机产生较大危害，主要有两个方面，一是回馈电压送到功放电路，因为该电路工作于丁类开关状态，所以要求激励波形具有陡峭的前后沿，以减小管子的功耗，当回馈严重时，回馈的电压与本机激励电压叠加在一起，会破坏激励波形，使MOSFET管功耗过大，瞬间损坏大量的MOSFET管。而且也会由于本机激励与外界回馈电压相叠加，导致欠激、过激监测电路难以正常工作，同时，回馈电压过大时会使驻波比的监测电路报警产生动作，导致发射机瞬断或自动关机，造成播音缺字或中断。因此，对全固态机来说，必须采取措施抑制从天线方向反送回来的射频电压，无论这个电压是匹配不良所产生的反射，还是天馈线遭雷击产生的感生高频电压而产生的回馈，这样才能保护发射机的工作安全。

4.天馈系统的防雷

发射机自身的防雷包括发射机驻波比保护，天馈线驻波比保护，过流过压保护。这些保护只能有限地阻止雷电的破坏，并不能最大限度的消除和限制雷电的侵入，而天馈线系统的防雷是防雷的第一关，如果天馈线系统不能及时泄放掉雷电，将会严重损坏发射机，天馈线系统防雷包括∶天线调谐系统、接地铜网、馈线接地和接地桩地井等部分，天调网络系统中引入雷电泄放线圈，隔离电容和石墨放电球。考虑到雷电的主要成分是直流，因此在天线输入端并联一只微享级电感线圈下地，线圈对雷电流构成了良好的接地通路，可起到直接泄放雷击电流作用。在天线调配网络输入端串入一只大容量电容器（约1000pF至2200pF），它本身对高频输出通路无妨碍，但对雷电直流可起到良好的隔离作用。加装石墨放电器在天馈调配室内，从天线输入端加装一组石墨放电球，在其接地引线上，套上30～40只磁环。当天线遇雷击，石墨放电球放电，石墨本身具有一定的阻尼放电作用，如果发射机处于正常运行期间天线遭遇雷击，此时放电球放电时，巨大的电流量会通过接地引线，流进大地，穿在接地引线上的磁环就会产生反向电动势，就起到阻尼放电作用，此时对发射机的高频能量也不会完全短路，同时设计安装一组相移网络，当放电球短路时，通过相移网络，使得发射机负载阻抗的骤变，仍然在允许承受范围之内，保障了发射机的安全，这样，在发射机控制电路保护动作前，就已起到保护作用，而良好的二阶带通滤波器匹配网络，对各种杂波串扰起到良好的陷波、阻隔作用。

图1：石墨放电及泄放网络图

5.发射机内部防雷

早期上海明珠厂生产的PDM发射机本身在防雷效果上并不理想，在遇到雷雨、闪电等恶劣天气，很容易烧毁调制功放，加之当时并没有配备备用发射机，一旦烧调制功放管，只能停播抢修，给安全播出工作带来了很大影响，后来经与厂家协商在发射机加装一组50欧姆的避雷组件，相当于除了天调网络防雷以外又增加了一道防雷组件，该避雷组件根据电压击穿原理，当发射机正常工作时电压峰值是一定的当有雷电能量串入发射机时，发射机输出电压与输入电压叠加，电压峰值达到击穿电压临界点，两避雷组件放电球短路放电，电流通过高频接地入地，同时发射机检测电路因瞬时短路关闭发射机输出，发射机经1秒封锁过荷复位后恢复输出，避免了倒送电压串入功放，从而破坏功放管工作电压波形，引起功放管的烧毁，经一定时期检验，效果显著，但在强雷或连续多雷的情况，仍有时会烧调制功放，就较以前来说已有很大改善。

图2：发射机内部防雷组件实物图

6.馈线避雷器

在尝试在天调网络以及发射机内部加装防雷组件外，又在馈线末端连接处加装避雷器，我台采用的是杭州雷立斯电视设备有限公司生产的lakes系列中波发射机射频避雷器，它分为浪涌侧和设备侧，可直接安装在网络和馈线之间也可以装在发射机与馈线之间，采用的一体化设计，便于安装使用，该避雷器由LC阻断器和多级放电模块组成，LC阻断器起直流阻隔作用，发射机发射的高频射频信号能顺利通过，而静电和低频的雷击浪涌电流则被阻断器隔断，从而达到保护发射机目的，厂家测试数据表明，在3KV8/20us的测试条件下，避雷器的残压小于±150mv合理的残压设计符合IEEE国际标准，频带宽、驻波比低、插入损耗小于0.1dB，回波损耗小于-28dB。能够满足要求，在发射台站得到了广泛应用，进一步降低了雷电对发射机的危害。

图3：避雷器实物连接图

图4：射频避雷器实物图

7.新型中波发射天线防雷放电装置

为进一步提高发射机防雷效果，保证发射机的安全稳定运行，我台近期又加装升级了发射天线防雷装置，该防雷设备由咸阳广通电子科技有限公司生产，该组件在正对天线的一个立面，在距离该面900毫米距离的地方埋设中波天线防雷放电装置底座，底座长∶宽∶高=400∶400∶340，底座埋入地下240毫米，天线防雷放电装置与底座间用4套M12X35的不锈钢螺丝连接，在天线铁塔上选择与防直击雷接入点在一个水平面上的横档（铜材质管夹），将防直击雷接入点与天线铁塔间用ø22的铜管连接，两放电球间距离7--8毫米。

图5：天线避雷器安装图

图6：密封式放电球

该中波天线防雷放电装置优点是采用多重防雷措施，放电球采用模具一次冲压完成，放电球面进行抛光处理，放电球表面更加光滑，放电效果更好。放电球进行密封处理，放电球放电打火后不易氧化，提高了放电球的使用寿命，放电球安装在密封腔内，两球处在一个固定的平台上，可以保证放电球面之间的距离保持不变，放电电压稳定放电球安装在密封腔内，可以保证在下雨天气或湿度较大时，密封腔内始终保持干燥，防雷放电效果受天气变化的影响小。同时可以保证昆虫、小动物及飞鸟等不会到达放电球上，防止放电球误放电，影响发射机的正常工作。

通过对防雷技术不断的探索和实践，从发射天线、调配网络、发射机内、馈线终端四道防雷环节层层设防，防雷效果大大增强，从近年统计数据来看，因雷击造成的设备损害和停播事故大大减少，效果还是显而易见的。

8.中波广播发射系统的定期维护

做好防雷工作对于中波发射台而言，是一项系统而复杂的工作，技术手段只是其中一种，虽然加装了几道防雷，但也不能完全做到万无一失，必须做到技防和人防相结合，所以，对防雷设施的维护和保养也至关重要，在日常维护过程中要注意以下几点：

当放电电极之间的距离比较近时，很容易由于堆积灰尘，或爬入小动物，导致正常工时的打火，为了防止这种问题的出现，可把石墨放电装置密封起来，但该密封装置应能打开，以便检查和调整更换石墨放电极。同时还要经常观察有无打火痕迹，及时用砂纸将打火痕迹打磨，增加放电灵敏度。

雷击时，由天线引进的雷电能量经打火隙入地。设放电电流为100A，若地阻是5Ω，则塔基地电位就在瞬时上升到5kV，而离它远处的地才是真正的地电位，因此，就会有很大的电流流入发射机。为减少流入电流就要减小接地电阻，天线地网是为射频信号提供回路，同时它也为雷电提供通畅的入地点，地阻越小，分流越好，所以，要注意地网的保护和维护，对有损坏的地网要及时修复，同时保证接地电阻阻值在最小范围。

在运行维护、巡视中应注意经常检查天线铁塔避雷装置的连接点有无松动、接触不良现象，下线连接点有无烧伤的痕迹，存在问题的应退出运行，及时进行检修更换，春季应对与避雷器连接的接地电阻进行测试，阻值应不大于4欧姆。

要定期对中波广播发射机内部防雷组件检查维护，查看放电球有没有发生锈蚀、损毁和变形的情况，如果有要进行及时的修复或者是进行更换。损坏的避雷器更换新品要与原型号、规格相一致，尺寸一致，新避雷器安装前要做浸水试验，检查密封性能，检测合格方可进行安装投入使用。要及时清理中波广播发射设备周边杂物，确保周边环境整洁有序，以排除可能对发射系统带来的不良影响。

9.结语

雷电天气是影响中波广播发射的一个非常重要的因素，而防雷工作的好坏将直接影响到台站的安全播出。所以做好中波广播发射系统的防雷工作十分重要，随着科技的进步和技术的发展，防雷技术相比以前已经有了很大的发展，但要完全消除雷击对发射台的危害和影响，目前还不能完全做到，只能将雷击造成的危害降低到最小，通过不断提高应对中波广播发射系统的防雷能力和技术手段，加强防雷设备、设施的保养维护，从而保障中波广播发射系统的平稳运行，确保发射台站不间断、高质量的完成安全播出任务。