船舶交通管理系統（VTS）雷達站是由岸基雷達、甚高頻（VHF）通訊裝置、雷達資料數字處理（DU）、頻分複用（PCM）等網路傳輸裝置、氣象裝置、CCTV 監管裝置、機房環境監控裝置（空調監控、影片監控、溫溼度、水浸、UPS 狀態監控等等）以及機房環境裝置（空調、除溼機、UPS 穩壓電源、發電機等）等多種專業精密電子裝置整合的複雜系統，是 VTS 系統重要的組成部分。湛江 VTS 系統是船舶進出湛江港的重要監控手段，全年 7×24 小時執行，除因颱風風力達到雷達工作風速需停止雷達天線執行外，不能中斷，VTS 雷達站多位於高山、海島等多雷暴、多強風地區，年平均雷暴日達 112 日之多，最大風力 18 級以上 ［1］，雷電對雷達站裝置造成損壞從而導致VTS 系統可用率大幅降低，進而威脅裝置和船舶航行安全。
湛江海事局 VTS 中心一直重視雷達站的雷電防護，在2000 年廣東（湛江）就和海南、深圳的 VTS 中心聯合編寫了《VTS 系統中心及雷達站防雷技術規範》，近年來亦逐步完善防雷系統和裝置，目前運轉良好，防雷效果明顯。2019 年，湛江 VTS 海上大都匯雷達站正在遷建中，雷達站的雷電防護是遷建工程的重點，湛江海事局嚴陣以待，多次探討，力求將雷電影響降到最低。本文從湛江海事局 VTS 雷達站防雷和接地技術實際出發，闡述近年來防雷實踐、雷電侵入雷達站的主要途徑，具體介紹執行良好的雷達站防雷系統，明確加強防雷技術管理工作，以求最大限度地減少雷電對 VTS 的破壞，給予類似地區 VTS 雷達站防雷接地管理工作提供參考和借鑑。
1 近年來湛江 VTS 雷達站防雷情況
湛江海事局 VTS 中心裝置管理人員在管理維護過程發現的因雷暴過後引發的一些現象：發生過一起 TERMA 雷達收發信機調製解調模組損壞，需維修更換；雷達天線停轉，雷達收發信機宕機，重啟運轉命令後解決； PCM、VHF 收發信機、UPS 裝置宕機，重啟電源後恢復正常； DU、維護終端等電腦主機程序 DOWN，重啟電腦後程序恢復正常；空調、航空燈被雷擊發生故障次數相對較多，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 Td=112，屬於雷暴區，雷達站雷擊計數器記錄的雷擊次數較多，特別越靠近外海越空曠位置受雷電影響越大；
（2）感應雷防護不到位：如市電進線端要多級防護、雷達天線、航空燈電源線、室外訊號配電箱、監控系統等裝置進入機房端加裝了電源電湧保護器進行防護；同時塔頂雷達控制線至機房收發信機櫃前端、室外訊號箱、（UPS 訊號線兩端）監控系統等進入機房端都應串聯安裝訊號電湧保護器，全部雷達加裝後未再次發生調變解調器故障；
（3）等電位連線不規範：雷達站機房內新增無線主幹網、CCTV 等等裝置，未按照等電位連線入機櫃和地板下均壓環銅帶上，機殼部分線路和電位地未連線，接線不規範、光端機沒有接地、使用的地線直徑不符合規格等，後期進行了整改；
（4）空調、發電機未實現防雷防護，由於發電機、空調壓縮機瞬間啟動功率較大，容易造成 UPS、機房裝置等電壓不穩，故而空調電路採用單獨電源線路供電，在 UPS 前端就獨立出來，防雷保護力度較弱，且空調室外機和航空燈在機房外部，容易被雷擊，後在航空燈加裝電湧保護器，空調增加接地點，故障情況有所改善；
（5）各型別裝置出現宕機等現象，但未出現硬體效能故障，說明裝置線路在雷暴甚至直擊雷情況下，經過全方位的防雷保護，將過電壓降到了裝置能承受的水平。
2 雷電侵入雷達站的主要途徑
2。1 直接雷擊
雷電直接擊中雷達站鐵塔或混凝土塔、空中機房、變壓器，裸露在外部的雷達天線、VHF 天線、氣象感測器、能見度儀、微波、無線主幹網裝置、CCTV 監控頭、航空燈、空調室外機、線纜等，因高電壓、大電流引起的熱效應、機械效應造成建築物或裝置破壞性損壞。
2。2 電源雷電波衝擊
電力系統發生雷電感應時，沿電力線路將有很大的不平衡電流流動，雷電波沿著電源線路侵入，造成變壓器、UPS裝置、發電機、空調、照明、環境監控等供電裝置損壞。
2。3 感應電磁脈衝
雲層對地面或雲層對雲層之間流動的雷電流，會在雷擊點附近的架空或地下線路中產生感應電磁脈衝，電源線、光纜、雷達波導管、雷達電源及訊號線、架空線纜、光纜、VHF 饋線、環境監控裝置傳輸線、金屬線槽，CCTV 訊號線等等架空或者其他金屬管線受到強大的電磁脈衝影響，導致連線線上路上的裝置損壞。
2。4 地電位反擊
雷擊時在接地裝置的地電位會瞬間增強到數萬或數十萬伏，流向供電系統或各種網路訊號系統，形成的電勢差導致雷達站裝置受損。
3 雷達站綜合防雷設計和實施方法
按 照《 通 信 局 （ 站 ） 防 雷 與 接 地 工 程 設 計 規 範》GB 51120-2015 規範和《海事系統助航設施防雷技術規範》進行防雷系統建設，保護系統裝置不受雷電損壞。圖 1 是湛江VTS 雷達站現行電子收發裝置的防雷系統的示意圖，在湛江雷暴區能夠保持裝置運轉良好，防雷效果比較明顯，可供參考。
圖 1 雷達站系統防雷示意圖
3。1 接地方式
雷達站及機房的接地和防雷系統首先要符合規範要求，電源接地、防雷接地、保護接地和訊號接地採用聯合接地方式共用接地裝置，接地電阻應小於 1Ω。［2］
雷達站地網根據雷達站所在地地質情況，雷達站離海比較近，土壤腐蝕性較強，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。針對部分雷達站的石頭地或者沙地等高土壤電阻率區，可採用降阻劑、接地模組以及接地體延伸到海中等措施降低接地電阻。
發電機房、儲油間、箱變電房、UPS 裝置間等大型裝置房，直接或透過接地幹線與基礎接地裝置連通，其接電點採用專用的接地幹線穿塑膠管與基礎接地連通。
雷達裝置間、大型弱電機房、屋面提前放電避雷針等，其接地點採用 40*4 銅帶作為專用接地幹線，暗敷於柱子內，從專門接地裝置引至機房架空地板下方。所有電力裝置、用電裝置的金屬外殼、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線與接地系統連通。
機房的地線等電位連線還要消除高頻的電位差，高頻電流的趨膚效應更明顯，要求銅帶等材料不僅要橫截面大，同時表面積也要比較大。機房防靜電地板下方佈設高純度紫銅帶並與地網連線，紫銅帶呈井字網格狀鋪設，並用絕緣端子支撐。
3。2 天線、饋線防雷
天饋系統防雷以預防直擊雷和空中的感應雷為防雷的主要方向，採用安裝避雷針、同軸饋線避雷器、訊號防雷器、遮蔽及防護接地方式。
饋線等同軸饋線進入機房處採用串聯方式安裝饋線避雷器，VHF 天線饋線避雷器接地介面端子，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就近接地，並在收發信機端接訊號防雷器。VHF 同軸電纜金屬外護層應分別在兩端就近接地。另外在架空線建設時應考慮用抗風、防腐強的材料。
雷達天線底座、雷達天線波導的兩端就近接地處理和等電位連線；雷達收發機與雷達天線間的控制訊號線和電源線等外部纜線應採用金屬遮蔽電纜線。［4］
2015 年“彩虹”登陸湛江，登陸風力強度為 15 級，瞬時風力 18 級，造成部分雷達站線槽掀開，內部走線線纜幾乎全部吹斷，臺損修復時已經全部改裝成橫截面小一點的不鏽鋼線槽，受風面積變小，升級了線槽鎖釦，同時也加強了線槽的接地，這部分也是要注意的。
3。3 電源系統防雷
供配電系統的交流電，採用電湧保護器（SPD）保護。在進線端、分配端和裝置端應設Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級防護，透過選擇多級保護電路和合理地設定各級元器件的引數可以實現整體保護效能的最佳化［5］，針對專門的雷達站感測器，室外裝置部分也要加裝電源電湧保護器。
雷達站機房裝置、雷達站配電房及雷達站內建築物（包括室外架設裝置）等部位，從電力傳輸角度，自內向外劃分為三級保護區，最內層區最安全但雷電承受能力差，越往外，危險性越高，最外層是最容易受直接雷擊區域。［5］而機房通訊裝置受電湧和感應雷等雷電衝擊主要是透過電源線路竄入的，故從最內層到最外層保護區，必須實行分級過電壓保護，從而將過電壓降到雷達站裝置所能承受的水平。［6］
3。4 訊號線路防雷
雷達訊號控制和電源線、CCTV 監控線，UPS 和影片等環境監控線、氣象感測器採集線、網路傳輸線等等外部纜線包括電源線纜，特別是架空線纜，應採用金屬遮蔽纜線，如材料所限無金屬遮蔽，則電源和訊號纜線應分別加上金屬管道，並在金屬管道兩端就近接地，並根據管道長度新增接地點，所有備用的留空線兩端也均應接地處理。［4］且在訊號線裝置端宜加裝訊號電湧保護器，訊號電湧保護器是串聯應用於資料線路裝置前端。
雷達站機房內外所有的網線宜採且帶遮蔽網線和接駁金屬遮蔽 RJ45 接頭，同時與網線相連的裝置和交換機的接地介面必須就近接地。所有網路線應根據所其連線裝置的重要性和價值、裝置位置、裝置自身防雷措施、電湧敏感度等選擇是否在裝置端串聯加裝網路訊號防雷器。如網線或訊號線較長，宜敷設在金屬遮蔽線槽內，線槽兩端和中間部分就近接地。
租用的電信運營商光纜線路的所有金屬接頭、加強芯等，在機房入戶處接地，光貓或光端機殼接地。
3。5 資訊裝置防雷
應將各類機櫃、設施和資訊化裝置等透過接地系統安全接地，在機櫃內部設定，匯流排與多股銅線之間的連線形成等電位連線，接入地板下方銅帶上。
4 防雷技術管理
4。1 重視完善雷達站建設初期方案
現在雷達站存在的一些缺陷與不足都是雷達站在建造之初就埋下的，比如防雷引下線的設定問題，接地系統的建設情況等等，最近某雷達站出現雷電事件，主要原因就是在雷達站設計雷達塔頂避雷針時採用鐵塔結構鋼材代替，依靠鐵塔本身接地，無專門的下引線連線地網。因此在建設方案初期就要與土建設計公司、主要裝置設計公司、防雷公司進行充分溝通，重點參考雷達站所處地理、地質、氣象、環境等條件的實際環境情況進行方案設計與修改工作，並嚴格根據方案中的具體要求來進行相關器材的選擇與使用，保證雷達站的防雷裝置符合國家和行業的相關規範以及相關要求。
4。2 紮實日常防雷維護工作
堅持“預防為主，安全第一”的原則，做實做細日常防雷維護工作。日常維護管理過程中，要定期對相關的裝置、地阻值進行檢測工作並記錄到維護、巡檢記錄本上，在雷雨天氣之後一定要進行防雷裝置的檢查與維修工作，及時做好檢測、維護和保養，避免接地網在使用過程中逐漸老化和腐蝕，針對地質條件為石頭、沙地等高土壤地租率區的雷達站，更要重點關注，當接地電阻值升高無法達到要求時，需採用新增降阻劑、回填土等方法使接地電阻降低。［7］
4。3 雷達站機房設計佈置與防雷吻合
雷達站機房防雷系統在設計和安裝佈設階段，就要充分考慮走線和防雷器的安裝位置，不能因為走線符合某種美學，看起來比較統一和規整而延長走線，實際佈線安裝過程中儘可能就近安裝防雷裝置，特別是機房電子通訊裝置精密度比較敏感的場所，儘量縮短裝置、防雷器和接地引線的長度，以縮短防雷器與被保護埠連線及防雷器與接地匯接板連線的長度，主要是引線電感會產生額外的殘壓。
VTS 雷達站防雷和接地是一個系統工程，是保證 VTS 系統正常工作、訊號傳輸通暢、人員和裝置安全的重要工作。做好 VTS 雷達站的防雷管理工作，應根據國家和行業相關防雷規範，做到既有針對性，又有全面性，需要加強對雷達站工程的整體設計、施工和日常管理維護，才能提高雷電保護工作的成效，確保船舶交通管理系統正常，保障海上船舶交通安全，服務好當地的經濟社會發展。
參考文獻：
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