民航雷達站防雷方法與對策

郝 娜

（民航新疆空管局空管中心技術保障中心，新疆 烏魯木齊 830001）

0 引 言

雷電是一種可以形成具有極強破壞力的大電流和高電壓的強烈自然大氣放電現(xiàn)象，其可在短時間內(nèi)釋放出巨大能量，嚴重威脅著人類的生命財產(chǎn)安全。近年來，隨著我國計算機信息技術以及通信技術的迅猛發(fā)展，民航雷達站雷達系統(tǒng)成為集高頻微電子技術、計算機網(wǎng)絡技術、微波技術以及電子通信技術等為一體的電子設備，具有高精度、高頻率、高靈敏性、復雜化等特點。但與此同時，民航雷達站內(nèi)部儀器設備的絕緣性較差，并且存在過電壓耐受能力差等致命弱點，在雷雨天氣很容易受到雷電的威脅。因此，雷達站內(nèi)的雷達系統(tǒng)成為防雷工程中重要、急需探討的問題。倘若民航雷電站雷達系統(tǒng)受到雷擊危害將會導致雷達站內(nèi)部的電子系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)破壞、損害，甚至可能導致整個雷達站雷達系統(tǒng)的癱瘓，最終影響民航的健康長遠運行，對民航乃至社會發(fā)展造成不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟損失。因此，相關部門已經(jīng)開始提高對民航機場雷達站防雷方法的研究工作，以期保障雷達站長久健康運行，發(fā)揮最大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 雷擊的種類和途徑

1.1 雷擊的種類

雷擊主要分為直擊雷和感應雷。當雷云直接接觸到導體裝置時，會產(chǎn)生極具破壞性的熱效應和機械效應的強大電流，稱為直擊雷。感應雷指的是通過導線的靜電感應作用，將位于導體上方的雷云電吸引到導體端，使導線帶上強電荷，當雷云對大地放電，就會稀釋導體上的電荷，進而形成雷電波并沿導體線路侵入設備，損害設備的性能。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，感應雷更容易引起導航臺、雷達站遭受雷擊，也是民航站防衛(wèi)雷擊的重要類型[1]。

1.2 雷擊途徑

當感應電壓達到10～20 kV，即使雷擊發(fā)生在距保護目標3 000 m之外的區(qū)域，無屏蔽的線路也會感應到5～7.5 kV的過電壓，光纜中心的金屬屏蔽層會直接感應雷電電涌，如果不采取有效的防護措施，容易引發(fā)通信設備毀壞或者電力系統(tǒng)紊亂的問題[1]。常見的雷擊途徑有天饋線引入、光纖電纜引入、電力電纜引入、低電位反擊引入四種。

2 民航雷達站雷擊的危害

2.1 對電源系統(tǒng)的危害

面對復雜多變的雷雨天氣，由于民航雷達站內(nèi)部體系較為復雜多樣，導致電源配電系統(tǒng)很容易受到雷擊威脅。雷達站內(nèi)部線路搭建較為復雜和隨機，導致雷達站內(nèi)外部的架空線路、金屬管線較容易受到巨大的沖擊電壓。這會帶來一系列的連鎖反應，最終擊穿雷達站線路的絕緣層，發(fā)生短路現(xiàn)象，破壞雷達站的供電系統(tǒng)；此外，擊穿過程中一旦產(chǎn)生火花，還會導致雷達站附近發(fā)生爆炸等后果嚴重的事故。

2.2 對監(jiān)控系統(tǒng)的危害

雷電的發(fā)生主要是因為雷雨云當中的電荷釋放向大地，產(chǎn)生維持上百微秒、平均幅值在幾萬安培的電流脈沖。雷電電磁干擾通過如下兩種形式來對雷達站的雷達監(jiān)控體系產(chǎn)生相互作用。一是傳導耦合作用，各類金屬導線與監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的電阻和電容阻容受到閃電的強烈干擾產(chǎn)生阻容耦合作用，損害電子設備乃至整個系統(tǒng)設備[2]；二是輻射耦合作用，民航機場的雷達站外部的電子設備電纜或天線受到閃電電磁輻射耦合作用危害，進而通過線路傳輸損毀系統(tǒng)內(nèi)部設備。雷達站監(jiān)控系統(tǒng)一旦遭到破壞，就會嚴重威脅整個雷達站甚至民航系統(tǒng)的正常運行。

3 雷達站防雷系統(tǒng)

防雷系統(tǒng)作為民航雷達站運行范疇中的重要方面，需要引起相關部門的高度重視，防雷系統(tǒng)主要分為外部防護和內(nèi)部防護兩大部分。

外部防雷發(fā)揮著雷電站建筑群“防護罩”的作用，搭建系統(tǒng)如圖1所示。

內(nèi)部防雷主要是通過截流、屏蔽、等電位連接、分流、接地等措施，均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。

4 民航雷達站的防雷方法

4.1 民航雷電站的綜合防雷方法

4.1.1 供電系統(tǒng)防雷保護

供電系統(tǒng)的防雷保護在民航雷達站防雷工作中占據(jù)具重要地位，相關部分可以根據(jù)室內(nèi)供電系統(tǒng)的實際情況采取分級保護，在供電體系的各個組成部分應用避雷器實施逐級防護，將雷電過電壓降低到體系可以承受的水平。

4.1.2 天線防雷防護

將民航雷達站的天線與屋頂上的防雷裝備通過多個連接點連接在一起，根據(jù)雷達站天線的數(shù)量和防雷裝備的防護范圍，考慮是否對天線裝設單獨的避雷針進行防雷保護。同時，相關工作人員需要嚴格把控雷達站天線防雷接地裝置與避雷針的引下線的安裝過程，要確保二者緊密結(jié)合。

4.1.3 針對各項金屬管、線纜等進行防雷保護

由于雷達站內(nèi)存在極易受到雷電威脅的各種調(diào)控信息體系以及錯綜復雜的金屬管道、電纜以及引入、引出線，相關部門要加強各類金屬管、線纜的防雷措施，嚴格控制線纜在進出口處與建筑物的防雷接地裝置緊密連接[3]。

4.2 民航雷達站的抗電磁干擾方法

圖1 外部防雷搭建系統(tǒng)流程圖

隨著科學技術的不斷發(fā)展以及雷擊威脅的不斷增大，提高民航雷達站防雷電電磁干擾的能力至關重要，也成為雷達站不可缺少的技術措施。雷擊會在民航雷達站周邊產(chǎn)生強烈的電磁干擾，給民航雷達站中供電系統(tǒng)、計算機信息傳輸系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等電子信息設備產(chǎn)生錯誤的代碼和指令，干擾雷達站的信號系統(tǒng)正常運行，甚至可以直接擊中民航雷達站，進而導致雷達站的多個系統(tǒng)設備遭受嚴重影響。因此，在民航雷達站鋼架互連結(jié)構施工時，施工部門需要嚴格把控，對民航雷達站內(nèi)的進出線路應盡量采用屏蔽線纜，連通焊接室內(nèi)的全部鋼筋，確保電氣緊密相連，并且要提高屏蔽層接地的可靠性。此外，為了提高民航雷達站供電電壓在受雷擊時的穩(wěn)定性以及安全性，單獨屏蔽和隔離屋頂天線、監(jiān)控探頭等容易被干擾的電路，配電間及控制機房應采取穩(wěn)壓電源供電。最后，在雷達站設備的電源端采用低通濾波器，要防止各種接地之間的互相干擾，應用先進的隔離及光纖數(shù)字傳輸技術進行雷達站上下走線的安裝以及改造工作。

4.3 民航雷達站的防雷擊接地方法

在雷擊發(fā)生時，雷電流會通過民航雷達站內(nèi)大量的各類電子設備和網(wǎng)絡布線系統(tǒng)，特別是被各類線纜所覆蓋室內(nèi)的頂板、吊頂、底板等迅速的引入大地。為確保民航雷達站各項設備的正常運行，相關部門需要設計細致、嚴謹、科學、合理的防雷接地系統(tǒng)。首先，為保障計算機系統(tǒng)的安全，屏蔽鎧裝處理供電電纜，采用聯(lián)合接地裝置將民航雷達站機房內(nèi)的計算機控制系統(tǒng)的接地和建筑物的防雷接地連接，防止雷擊時遭受反擊。其次，將雷達站內(nèi)的控制系統(tǒng)接地和民航雷達站建筑物本身的防雷接地分開，根據(jù)雷達站內(nèi)部的實際大小進行調(diào)整，盡量控制兩者間距離在20 m左右，并適當減小抗干擾能力強設備之間的距離。民航雷達站在安裝一些重點設備時，要確保設備與地網(wǎng)之間形成良好導通，并且嚴格檢查連接處有無銹蝕、折角情況。

4.4 民航雷達站的信號系統(tǒng)防護措施

雷達天線承擔著雷達站雷達信號采集和發(fā)射的功能，并且天線塔是雷達站周圍最高的建筑物，十分容易受到雷擊危害。為了減少通信信號與雷達信號之間的干擾，需要在雷達站的通信信號發(fā)射器跟天線塔之間維持一定的距離，實現(xiàn)天線塔周圍的凈空要求，民航雷達站的信號系統(tǒng)防護措施主要是架設獨立的避雷針。

民航雷達站的計算機機房內(nèi)集中了集成度敏感度高的雷達監(jiān)控設備、交換機以及傳輸設備網(wǎng)絡等重要設備，雷雨天氣很容易受到電磁感應作用，電擊脈沖經(jīng)過接口電路傳進對機房相關設備產(chǎn)生危害。因此，需要根據(jù)民航雷達站的實際情況，在機房內(nèi)各種信號線前端安裝與通頻帶寬及傳輸速率相匹配的，并且插入損耗、駐波比較小的電涌保護器，并使用長度小于0.5 m的接地線就近與等電位體連接。信號電涌保護器的安裝數(shù)量要充分考量民航雷達站的實際情況以及計算機信號系統(tǒng)的運行情況，確保實現(xiàn)雷達站信號系統(tǒng)正常的運行的前提下發(fā)揮最佳的防雷效應。

5 結(jié) 論

民航雷達站的防雷方法和策略是一項重要而復雜的研究，涉及到眾多領域。雖然雷擊屬于小概率事件，但是一旦發(fā)生就會造成不可彌補的損失，相關部門需要高度重視民航雷達站的防雷工作，分類分析民用航空雷達站的防雷措施，進而確保民航雷達站的正常運行。