陳柳云 張俠義

摘 要：本文從湛江海事局VTS雷達(dá)站防雷和接地技術(shù)實(shí)際出發(fā)，闡述近年來防雷實(shí)踐、雷電侵入雷達(dá)站的四種途徑、雷達(dá)站綜合防雷設(shè)計(jì)和實(shí)施方法，明確加強(qiáng)雷電防護(hù)技術(shù)管理工作，以求最大限度地減少雷電對(duì)VTS的破壞，履行好海上交通安全通信職責(zé)，給予類似地區(qū)VTS雷達(dá)站防雷接地管理工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：VTS雷達(dá)站;防雷;接地

中圖分類號(hào)：TU856? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）02-0041-03

船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）雷達(dá)站是由岸基雷達(dá)、甚高頻（VHF）通信設(shè)備、雷達(dá)數(shù)據(jù)數(shù)字處理（DU）、頻分復(fù)用（PCM）等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、氣象設(shè)備、CCTV監(jiān)管設(shè)備、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控設(shè)備（空調(diào)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、溫濕度、水浸、UPS狀態(tài)監(jiān)控等等）以及機(jī)房環(huán)境設(shè)備（空調(diào)、除濕機(jī)、UPS穩(wěn)壓電源、發(fā)電機(jī)等）等多種專業(yè)精密電子設(shè)備集成的復(fù)雜系統(tǒng)，是VTS系統(tǒng)重要的組成部分。湛江VTS系統(tǒng)是船舶進(jìn)出湛江港的重要監(jiān)控手段，全年7×24 小時(shí)運(yùn)行，除因臺(tái)風(fēng)風(fēng)力達(dá)到雷達(dá)工作風(fēng)速需停止雷達(dá)天線運(yùn)行外，不能中斷，VTS雷達(dá)站多位于高山、海島等多雷暴、多強(qiáng)風(fēng)地區(qū)，年平均雷暴日達(dá)112日之多，最大風(fēng)力18級(jí)以上[1]，雷電對(duì)雷達(dá)站設(shè)備造成損壞從而導(dǎo)致VTS系統(tǒng)可用率大幅降低，進(jìn)而威脅設(shè)備和船舶航行安全。

湛江海事局VTS中心一直重視雷達(dá)站的雷電防護(hù)，在2000年廣東（湛江）就和海南、深圳的VTS中心聯(lián)合編寫了《VTS系統(tǒng)中心及雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范》，近年來亦逐步完善防雷系統(tǒng)和設(shè)備，目前運(yùn)轉(zhuǎn)良好，防雷效果明顯。2019年，湛江VTS海上大都匯雷達(dá)站正在遷建中，雷達(dá)站的雷電防護(hù)是遷建工程的重點(diǎn)，湛江海事局嚴(yán)陣以待，多次探討，力求將雷電影響降到最低。本文從湛江海事局VTS雷達(dá)站防雷和接地技術(shù)實(shí)際出發(fā)，闡述近年來防雷實(shí)踐、雷電侵入雷達(dá)站的主要途徑，具體介紹運(yùn)行良好的雷達(dá)站防雷系統(tǒng)，明確加強(qiáng)防雷技術(shù)管理工作，以求最大限度地減少雷電對(duì)VTS的破壞，給予類似地區(qū)VTS雷達(dá)站防雷接地管理工作提供參考和借鑒。

1 近年來湛江VTS雷達(dá)站防雷情況

湛江海事局VTS中心設(shè)備管理人員在管理維護(hù)過程發(fā)現(xiàn)的因雷暴過后引發(fā)的一些現(xiàn)象：①發(fā)生過一起TERMA雷達(dá)收發(fā)信機(jī)調(diào)制解調(diào)模塊損壞，需維修更換;②雷達(dá)天線停轉(zhuǎn)，雷達(dá)收發(fā)信機(jī)死機(jī)，重啟運(yùn)轉(zhuǎn)命令后解決;③PCM、VHF收發(fā)信機(jī)、UPS設(shè)備死機(jī)，重啟電源后恢復(fù)正常;④DU、維護(hù)終端等電腦主機(jī)進(jìn)程DOWN，重啟電腦后進(jìn)程恢復(fù)正常;⑤空調(diào)、航空燈被雷擊發(fā)生故障次數(shù)相對(duì)較多，需維修。

主要存在以下原因和措施：

（1）廣東省湛江市的年平均雷暴日數(shù)Td=112，屬于雷暴區(qū)，雷達(dá)站雷擊計(jì)數(shù)器記錄的雷擊次數(shù)較多，特別越靠近外海越空曠位置受雷電影響越大;

（2）感應(yīng)雷防護(hù)不到位：如市電進(jìn)線端要多級(jí)防護(hù)、雷達(dá)天線、航空燈電源線、室外信號(hào)配電箱、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)入機(jī)房端加裝了電源電涌保護(hù)器進(jìn)行防護(hù);同時(shí)塔頂雷達(dá)控制線至機(jī)房收發(fā)信機(jī)柜前端、室外信號(hào)箱、（UPS信號(hào)線兩端）監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)入機(jī)房端都應(yīng)串聯(lián)安裝信號(hào)電涌保護(hù)器，全部雷達(dá)加裝后未再次發(fā)生調(diào)制解調(diào)器故障;

（3）等電位連接不規(guī)范：雷達(dá)站機(jī)房內(nèi)新增無線主干網(wǎng)、CCTV等等設(shè)備，未按照等電位連接入機(jī)柜和地板下均壓環(huán)銅帶上，機(jī)殼部分線路和電位地未連接，接線不規(guī)范、光端機(jī)沒有接地、使用的地線直徑不符合規(guī)格等，后期進(jìn)行了整改;

（4）空調(diào)、發(fā)電機(jī)未實(shí)現(xiàn)防雷防護(hù)，由于發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)瞬間啟動(dòng)功率較大，容易造成UPS、機(jī)房設(shè)備等電壓不穩(wěn)，故而空調(diào)電路采用單獨(dú)電源線路供電，在UPS前端就獨(dú)立出來，防雷保護(hù)力度較弱，且空調(diào)室外機(jī)和航空燈在機(jī)房外部，容易被雷擊，后在航空燈加裝電涌保護(hù)器，空調(diào)增加接地點(diǎn)，故障情況有所改善;

（5）各類型設(shè)備出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象，但未出現(xiàn)硬件性能故障，說明設(shè)備線路在雷暴甚至直擊雷情況下，經(jīng)過全方位的防雷保護(hù)，將過電壓降到了設(shè)備能承受的水平。

2 雷電侵入雷達(dá)站的主要途徑

2.1直接雷擊

雷電直接擊中雷達(dá)站鐵塔或混凝土塔、空中機(jī)房、變壓器，裸露在外部的雷達(dá)天線、VHF天線、氣象傳感器、能見度儀、微波、無線主干網(wǎng)設(shè)備、CCTV監(jiān)控頭、航空燈、空調(diào)室外機(jī)、線纜等，因高電壓、大電流引起的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)造成建筑物或設(shè)備破壞性損壞。

2.2電源雷電波沖擊

電力系統(tǒng)發(fā)生雷電感應(yīng)時(shí)，沿電力線路將有很大的不平衡電流流動(dòng)，雷電波沿著電源線路侵入，造成變壓器、UPS設(shè)備、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、照明、環(huán)境監(jiān)控等供電設(shè)備損壞。

2.3感應(yīng)電磁脈沖

云層對(duì)地面或云層對(duì)云層之間流動(dòng)的雷電流，會(huì)在雷擊點(diǎn)附近的架空或地下線路中產(chǎn)生感應(yīng)電磁脈沖，電源線、光纜、雷達(dá)波導(dǎo)管、雷達(dá)電源及信號(hào)線、架空線纜、光纜、VHF饋線、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備傳輸線、金屬線槽，CCTV信號(hào)線等等架空或者其他金屬管線受到強(qiáng)大的電磁脈沖影響，導(dǎo)致連接在線路上的設(shè)備損壞。

2.4地電位反擊

雷擊時(shí)在接地裝置的地電位會(huì)瞬間增強(qiáng)到數(shù)萬或數(shù)十萬伏，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，形成的電勢差導(dǎo)致雷達(dá)站設(shè)備受損。

3? 雷達(dá)站綜合防雷設(shè)計(jì)和實(shí)施方法

按照《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 51120-2015規(guī)范和《海事系統(tǒng)助航設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行防雷系統(tǒng)建設(shè)，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備不受雷電損壞。圖1是湛江VTS雷達(dá)站現(xiàn)行電子收發(fā)設(shè)備的防雷系統(tǒng)的示意圖，在湛江雷暴區(qū)能夠保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，防雷效果比較明顯，可供參考。

3.1接地方式

雷達(dá)站及機(jī)房的接地和防雷系統(tǒng)首先要符合規(guī)范要求，電源接地、防雷接地、保護(hù)接地和信號(hào)接地采用聯(lián)合接地方式共用接地裝置，接地電阻應(yīng)小于1Ω。[2]

雷達(dá)站地網(wǎng)根據(jù)雷達(dá)站所在地地質(zhì)情況，雷達(dá)站離海比較近，土壤腐蝕性較強(qiáng)，埋入土壤中的人工垂直接地體間距宜為5m，宜選用熱鍍鋅角鋼或圓鋼。針對(duì)部分雷達(dá)站的石頭地或者沙地等高土壤電阻率區(qū)，可采用降阻劑、接地模塊以及接地體延伸到海中等措施降低接地電阻。

發(fā)電機(jī)房、儲(chǔ)油間、箱變電房、UPS設(shè)備間等大型設(shè)備房，直接或通過接地干線與基礎(chǔ)接地裝置連通，其接電點(diǎn)采用專用的接地干線穿塑料管與基礎(chǔ)接地連通。

雷達(dá)設(shè)備間、大型弱電機(jī)房、屋面提前放電避雷針等，其接地點(diǎn)采用40*4銅帶作為專用接地干線，暗敷于柱子內(nèi)，從專門接地裝置引至機(jī)房架空地板下方。所有電力設(shè)備、用電設(shè)備的金屬外殼、電器安裝金屬支架、電纜的金屬外皮、插座用接地專用接地保護(hù)線與接地系統(tǒng)連通。

機(jī)房的地線等電位連接還要消除高頻的電位差，高頻電流的趨膚效應(yīng)更明顯，要求銅帶等材料不僅要橫截面大，同時(shí)表面積也要比較大。機(jī)房防靜電地板下方布設(shè)高純度紫銅帶并與地網(wǎng)連接，紫銅帶呈井字網(wǎng)格狀鋪設(shè)，并用絕緣端子支撐。

3.2天線、饋線防雷

天饋系統(tǒng)防雷以預(yù)防直擊雷和空中的感應(yīng)雷為防雷的主要方向，采用安裝避雷針、同軸饋線避雷器、信號(hào)防雷器、屏蔽及防護(hù)接地方式。

饋線等同軸饋線進(jìn)入機(jī)房處采用串聯(lián)方式安裝饋線避雷器，VHF天線饋線避雷器接地接口端子，就近接到鐵塔室外饋線入口處接地地線上。[3]饋線上部、下部和入室折彎處三點(diǎn)就近接地，并在收發(fā)信機(jī)端接信號(hào)防雷器。VHF同軸電纜金屬外護(hù)層應(yīng)分別在兩端就近接地。另外在架空線建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮用抗風(fēng)、防腐強(qiáng)的材料。

雷達(dá)天線底座、雷達(dá)天線波導(dǎo)的兩端就近接地處理和等電位連接;雷達(dá)收發(fā)機(jī)與雷達(dá)天線間的控制信號(hào)線和電源線等外部纜線應(yīng)采用金屬屏蔽電纜線。[4]

2015 年“彩虹”登陸湛江，登陸風(fēng)力強(qiáng)度為15 級(jí)，瞬時(shí)風(fēng)力18級(jí)，造成部分雷達(dá)站線槽掀開，內(nèi)部走線線纜幾乎全部吹斷，臺(tái)損修復(fù)時(shí)已經(jīng)全部改裝成橫截面小一點(diǎn)的不銹鋼線槽，受風(fēng)面積變小，升級(jí)了線槽鎖扣，同時(shí)也加強(qiáng)了線槽的接地，這部分也是要注意的。

3.3電源系統(tǒng)防雷

供配電系統(tǒng)的交流電，采用電涌保護(hù)器（SPD）保護(hù)。在進(jìn)線端、分配端和設(shè)備端應(yīng)設(shè)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)防護(hù)，通過選擇多級(jí)保護(hù)電路和合理地設(shè)置各級(jí)元器件的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)整體保護(hù)性能的優(yōu)化[5]，針對(duì)專門的雷達(dá)站傳感器，室外設(shè)備部分也要加裝電源電涌保護(hù)器。

雷達(dá)站機(jī)房設(shè)備、雷達(dá)站配電房及雷達(dá)站內(nèi)建筑物（包括室外架設(shè)設(shè)備）等部位，從電力傳輸角度，自內(nèi)向外劃分為三級(jí)保護(hù)區(qū)，最內(nèi)層區(qū)最安全但雷電承受能力差，越往外，危險(xiǎn)性越高，最外層是最容易受直接雷擊區(qū)域。[5]而機(jī)房通信設(shè)備受電涌和感應(yīng)雷等雷電沖擊主要是通過電源線路竄入的，故從最內(nèi)層到最外層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分級(jí)過電壓保護(hù)，從而將過電壓降到雷達(dá)站設(shè)備所能承受的水平。[6]

3.4信號(hào)線路防雷

雷達(dá)信號(hào)控制和電源線、CCTV監(jiān)控線，UPS和視頻等環(huán)境監(jiān)控線、氣象傳感器采集線、網(wǎng)絡(luò)傳輸線等等外部纜線包括電源線纜，特別是架空線纜，應(yīng)采用金屬屏蔽纜線，如材料所限無金屬屏蔽，則電源和信號(hào)纜線應(yīng)分別加上金屬管道，并在金屬管道兩端就近接地，并根據(jù)管道長度添加接地點(diǎn)，所有備用的留空線兩端也均應(yīng)接地處理。[4]且在信號(hào)線設(shè)備端宜加裝信號(hào)電涌保護(hù)器，信號(hào)電涌保護(hù)器是串聯(lián)應(yīng)用于數(shù)據(jù)線路設(shè)備前端。

雷達(dá)站機(jī)房內(nèi)外所有的網(wǎng)線宜采且?guī)帘尉W(wǎng)線和接駁金屬屏蔽RJ45接頭，同時(shí)與網(wǎng)線相連的設(shè)備和交換機(jī)的接地接口必須就近接地。所有網(wǎng)絡(luò)線應(yīng)根據(jù)所其連接設(shè)備的重要性和價(jià)值、設(shè)備位置、設(shè)備自身防雷措施、電涌敏感度等選擇是否在設(shè)備端串聯(lián)加裝網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器。如網(wǎng)線或信號(hào)線較長，宜敷設(shè)在金屬屏蔽線槽內(nèi)，線槽兩端和中間部分就近接地。

租用的電信運(yùn)營商光纜線路的所有金屬接頭、加強(qiáng)芯等，在機(jī)房入戶處接地，光貓或光端機(jī)殼接地。

3.5信息設(shè)備防雷

應(yīng)將各類機(jī)柜、設(shè)施和信息化設(shè)備等通過接地系統(tǒng)安全接地，在機(jī)柜內(nèi)部設(shè)置，匯流排與多股銅線之間的連接形成等電位連接，接入地板下方銅帶上。

4 防雷技術(shù)管理

4.1重視完善雷達(dá)站建設(shè)初期方案

現(xiàn)在雷達(dá)站存在的一些缺陷與不足都是雷達(dá)站在建造之初就埋下的，比如防雷引下線的設(shè)置問題，接地系統(tǒng)的建設(shè)情況等等，最近某雷達(dá)站出現(xiàn)雷電事件，主要原因就是在雷達(dá)站設(shè)計(jì)雷達(dá)塔頂避雷針時(shí)采用鐵塔結(jié)構(gòu)鋼材代替，依靠鐵塔本身接地，無專門的下引線連接地網(wǎng)。因此在建設(shè)方案初期就要與土建設(shè)計(jì)公司、主要設(shè)備設(shè)計(jì)公司、防雷公司進(jìn)行充分溝通，重點(diǎn)參考雷達(dá)站所處地理、地質(zhì)、氣象、環(huán)境等條件的實(shí)際環(huán)境情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與修改工作，并嚴(yán)格根據(jù)方案中的具體要求來進(jìn)行相關(guān)器材的選擇與使用，保證雷達(dá)站的防雷設(shè)備符合國家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范以及相關(guān)要求。

4.2扎實(shí)日常防雷維護(hù)工作

堅(jiān)持“預(yù)防為主，安全第一”的原則，做實(shí)做細(xì)日常防雷維護(hù)工作。日常維護(hù)管理過程中，要定期對(duì)相關(guān)的設(shè)備、地阻值進(jìn)行檢測工作并記錄到維護(hù)、巡檢記錄本上，在雷雨天氣之后一定要進(jìn)行防雷設(shè)備的檢查與維修工作，及時(shí)做好檢測、維護(hù)和保養(yǎng)，避免接地網(wǎng)在使用過程中逐漸老化和腐蝕，針對(duì)地質(zhì)條件為石頭、沙地等高土壤地租率區(qū)的雷達(dá)站，更要重點(diǎn)關(guān)注，當(dāng)接地電阻值升高無法達(dá)到要求時(shí)，需采用添加降阻劑、回填土等方法使接地電阻降低。[7]

4.3 雷達(dá)站機(jī)房設(shè)計(jì)布置與防雷吻合

雷達(dá)站機(jī)房防雷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和安裝布設(shè)階段，就要充分考慮走線和防雷器的安裝位置，不能因?yàn)樽呔€符合某種美學(xué)，看起來比較統(tǒng)一和規(guī)整而延長走線，實(shí)際布線安裝過程中盡可能就近安裝防雷裝置，特別是機(jī)房電子通信設(shè)備精密度比較敏感的場所，盡量縮短設(shè)備、防雷器和接地引線的長度，以縮短防雷器與被保護(hù)端口連線及防雷器與接地匯接板連線的長度，主要是引線電感會(huì)產(chǎn)生額外的殘壓。

VTS雷達(dá)站防雷和接地是一個(gè)系統(tǒng)工程，是保證VTS系統(tǒng)正常工作、信號(hào)傳輸通暢、人員和設(shè)備安全的重要工作。做好VTS雷達(dá)站的防雷管理工作，應(yīng)根據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)防雷規(guī)范，做到既有針對(duì)性，又有全面性，需要加強(qiáng)對(duì)雷達(dá)站工程的整體設(shè)計(jì)、施工和日常管理維護(hù)，才能提高雷電保護(hù)工作的成效，確保船舶交通管理系統(tǒng)正常，保障海上船舶交通安全，服務(wù)好當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

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