野外中波发射台建设运维的思考

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  摘 要 中波覆盖主要是靠传播比较稳定的地波,中波发射台宜建在位于或靠近服务区中心的无障碍物、面积适宜、地形平坦、土壤湿润、地导系数较大、工程地质适宜、无水患、供水、供电、交通方便且与城市保持适当距离的非农田地区。文章就野外中波发射台的建设运维进行分析。
  关键词 中波;中波发射台;中波台建设;场地选择;发射机选择;天线位置选择
  中图分类号:TN948 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)021-111-03
  1 中波概述
  按照我国广播电影电视行业标准GY/T225-2007规定:中波发射机载波频率范围为:526.5 kHz~1606.5 kHz。这个频段的电波传播特性是以地波和天波两种方式传播。所谓地波,就是从天线辐射的沿地球表面向四周传播的电磁波。中波因其频率较低,地波场强随传播距离的增加而衰减,但衰减较慢,可以形成一个稳定的服务区(约几十公里至百余公里)。覆盖半径主要取决于发射机功率、频率、极化、天线增益以及传输路径的地导系数。因垂直极化波的地波衰减比水平极化波慢很多,所以以地波服务的中波台都采用垂直极化波。
  中波覆盖主要是靠传播比较稳定的地波,远距离的地区,夜间可以靠天波覆盖。中波发射台宜建在平坦的地区。中波天线要占用大片土地,以便铺设地网,并在一定距离内不能有高大建筑物遮挡,否则会影响天线辐射场型和增加电磁波的损耗。
  中波发射台是直接把带有广播节目信号的电磁波,传送给广大听众的关键的基础设施,从各方面因素综合来考虑,发射台台址的选择,应根据服务区电波覆盖和环境保护规范等要求,按发射机功率大小的不同,选择在与居民区保持一定距离的地方设置,发射台选点要考虑的主要问题包括以下几方面。
  1) 居民的安全。大型中波发射天线附近,电磁波场强很大,在导线上感应的射频电压较高,会发生烧伤人员的情况,同时,也会因打火而发生火灾。因此,发射天线场地必须与居民区保持一定距离。
  2) 环境保护。电磁波会对环境产生电磁污染,场强过高会直接影响居民的身体健康。因此,必须按国家规定的电磁场强度的限制要求,合理选择台址。
  3)干扰问题。发射台发射出来的基波和杂波频率,可能对各种通信、气象、科研和军事等部门的电子设备造成干扰,需要按照规划部门的要求来选址。
  4)电波遮挡问题。天线场地的地面建筑和地形地貌对天线发射会有遮挡,要根据中波天线发射最低仰角的要求,来选择场地。
  2 中波发射台技术组成
  2.1 发射机系统
  发射机房内根据播出任务,设置规定功率等级的发射机。发射机是发射台设备中较复杂和维护量较大的部分。因此,在建台时,要选用性能好、可靠性高且机型统一的发射机,统一的机型便于维护保养,可有效降低运维成本;加强维护管理,可保证发射机长期稳定地工作。随着计算机技术的发展,中波台的建设,应按无人值班、有人留守的自动化要求建设。设有单独的控制室,以改善工作人员的值班条件。
  2.2 天线、馈线及场地系统
  天线和馈线是发射台的重要设备,是保证发射机的输出功率向服务区正常发射的最后环节。由于它们地处室外,工作环境较差,维护难度大,出了故障,抢修困难,会造成长时间的停播。因此,在设计、安装和维护时,要充分考虑这些特点。中波台的天、馈线设备比较复杂,桅杆高,占地多。中波天线一般用拉线绝缘桅杆,地下铺设地网。天线与馈线之间还设有安装阻抗匹配用调配元件的调配间。天线底部和拉线绝缘子要设置有效的防雷设施。
  2.3 信号传输系统
  中波发射台节目传送宜采用光缆、微波、卫星、调频等手段,一般要选用两种互为备用。
  2.4 节目调度系统
  在发射台内部需设置广播节目的输入、分配和交换设备,可将此设备设在控制室内。在控制室内还要设置监听、检测设备,用来对发射机的播出质量等进行经常性的监听和监测。
  2.5 供电系统
  安全供电对保证播出是极其重要的。中波发射台的供电,一般从两个不同方向的电站引来两路35 kV或10 kV电源,以保证供电的安全。个别供电情况不好的地区,要自备发电机。
  2.6 发射台的保障系统
  2.6.1 消防系统
  为确保广播设施及发射台工作人员的人身安全,应在发射机房、控制室、高低压配电室、检修室、仪器室、办公室、职工宿舍等要害部位设置火灾自动报警探测器及自动喷水灭火系统,还应设置专用灭火器用以有效地扑灭电气火灾、燃气火灾、易燃和可燃液体火灾以及易燃固体火灾。
  2.6.2 供暖和空气调节系统
  为了保证发射机房内设备的正常运转和延长设备寿命,为了给维护人员创造适当的工作条件,发射机房及办公室应设置相应的机械通风、空气调节和采暖设施,保持各房间有适当的温、湿度。温度过高或过低,湿度过大均应防止。
  2.6.3 给排水系统
  中波台应优先选择市政自来水作水源,且水量、水压应能满足发射台的生活、绿化、消防用水需要。产生的污水尽量接入城市污水管网,若不能则需修建化粪池。
  2.6.4 通讯设备
  通讯设备是提高整体工作效率的重要辅助设施。整个发射台对外联系、内部联络,都需要通讯设备做保障,发射台应配备市内电话、专线、移动电话等确保安全播出。也可利用移动运营商的服务(如联通如意通-随意打套餐等)组成免费对讲系统。
  2.6.5 安全防范监控系统
  安全防范监控系统要对发射台的出入口、天线、馈线、调配间、及天线场地等重要场所进行监控和录像。按无人值班、有人留守要求建设的发射台,安全防范监控系统是确保安全播出必不可少的硬件设施。
  3 发射台的建设   3.1 场地、总平面布置与发射机房建筑
  3.1.1 场地选择
  选择中波发射台场地时,应考虑下列因素:
  1)场地位置。要尽量有利于对服务区的电波覆盖。中波台一般应位于或靠近服务区的中心,并与城市保持适当的距离以避免对居民的电磁污染。
  2)在中波台发射方向上,其天线前方允许有屏蔽性的障碍物,但从天线在地面上投影的中心到障碍物上界的仰角不应超过天线在整个波段中任何波长上垂直方向图主瓣的最大辐射仰角的1/4。
  3)场地的面积。要能满足中波台全部技术、辅助、行政生活设施合理布局的需要,包括发展的需要,并与周围的建筑物保持足够的距离以免互相影响。
  4)场地地形。天线场地及其外围500 m范围内,地形应该是平坦的,总坡度一般不应超过5%。在地形复杂的地区建台,应论证地形对电波发射的影响。
  5)地导系数。场地及其周围地区的地导系数大,对电磁波传播有利。所以,场地最好选择在土壤湿润、地导系数较高的地区。
  6)工程地质。场地的工程地质条件对发射台的建设和维护都很重要。在确定场地以前,要通过勘探或调研作出工程地质可行的报告。九度或九度以上的地震区,可能产生滑坡等有严重地质缺陷的地区,一般不可建台。
  7)水患。中波发射台大都建在平原地区,平原地区和其它的地形相比,发生水患的可能性较大。所以选择场地时要向当地有关部门了解有无水患、最高洪水位等情况,以便衡量场地是否可用。
  8)供水。如果不能从附近已有的供水系统供水,就需要按照发射台的水量、水质要求拟定供水方案。可在场地打井,或从远处引水。如果必须在场地打井取水时,在确定场地以前应作水文地质勘探,包括水质化验等。如果从远处引水,要做技术经济分析。
  9)供电。充足、可靠、电压稳定的电源对中波台至关重要。一般应由两路市电供给,两路市电中至少一路应为专线。在选择场地时应与供电部门研讨供电方案并做投资估算。
  10)交通。中波发射台必须交通方便,最适合中波台使用的交通工具是汽车,因此,必须有直达中波台的公路。中波台的交通条件要能满足基建期间及维护时设备、器材、材料及人员便捷运输的需要,公路应能四季畅通。
  11)天线塔的高度。需要得到航空部门的同意。
  12)对当地其它电台的影响。需得到有关无线电管理委员会的同意。
  13)按照我国有关规定,基本建设要少占农田、不占良田。中波发射台占地面积大,要特别注意节约用地或在非农田地区建台。
  14)选择场地是一种综合性很强的复杂的工作,必须进行充分的调查研究,作多方案技术、经济比较以选出最佳方案。
  15)选择场地的步骤:一般先根据任务要求,商定在什么地区范围内选择场地;通过绘制总平面草图,定出场地的面积要求和对山等障碍物的仰角要求;了解该地区供电、供水、交通的大体情况;在地图上,标划出多个可能的场地方案;通过优选,选出几个条件比较好的方案;经过踏勘,全面深入的调查研究对上述优选出的场地方案作出技术经济比较;由有关部门选出最佳方案及备份方案;取得有关单位同意场地的文件;由主管单位定案。上述步骤可交叉进行。
  3.1.2 总平面布置
  1)总平面布置应做到:①使发射台运转可靠、安全、覆盖效果良好,充分满足任务要求,并为发展留有余地;②节约用地;③发射机至天线的馈线长度要短,以减少损耗;④施工方便,节省基建投资;⑤维护方便,节省维护费用;⑥对相邻地区和单位不造成污染或损害。
  2)由于中波发射天线的功能重要、体积庞大、设施较多,所以在中波台技术区的总平面布置时,首先要确定天线位置。
  3)结合天线布置,合理地布置机房和所有的其它建筑物,使它们各得其所,互不妨碍。
  4)要注意供电线路、供水管道、进场道路,进入场地的位置,使它们与场地上的其它设施、建筑相协调。
  5)注意冬季和其他季节的风向,把锅炉房布置在下风向。
  6)安排房屋的朝向,使有人工作或居住的房间尽可能有较好的朝向(如朝南、朝东)。
  7)机房的朝向在优先考虑馈线布置合理的同时,也应尽可能符合上述要求。
  8)房屋应适当靠近,并符合现行的建筑、防火等标准及规范中建筑物最小间距的规定。
  9)安排好各种管道线路,使它们长度最短,交叉最少,并且便于检修维护。
  10)为基建和维护期间运输、卸放器材,安装、检修工作和人员的来往安排所需的道路和场地。
  11)机房及其他辅助技术建筑所构成的技术区内建筑物间的最小距离应符合GYJ 34-88《中、短波发射台设计规范》中的有关规定。
  12)机房区应用围墙加以围护。天线区一般采用刺网或围墙围护,视具体情况而定。
  13)技术区及生活区内的道路应通达所有房屋。中波台天线区的道路应通至所有需要维护、检修的技术设施。所有道路宜作水泥或沥青路面。中波台按照国家有关规定设置的防卫建筑物,其布置应根据具体情况并与当地负责保卫的单位协商。
  3.2 供电系统
  3.2.1 一般规定
  1)发射台的电力负荷属一级负荷,其供电系统应有两路独立电源。若条件不允许,至少应有一路专用市电电源,此专用线作为主用电源,另一路共用线或自备发电机作为备用电源。
  2)供电系统设计,应按GB50052《供电系统设计规范》及GBJ54《低压配电装置及线路设计规范》中有关规定执行。电源质量应符合以下要求:电压波动不大于±5%;频率波动不大于±1%。若不能满足要求时,应明确要求在工程设计时采取技术措施加以改善。电源功率容量宜为工作和生活用电计算功率的1.4~2.0倍。全台用电总负荷,可根据全台发射机总功率(其中备机功率按一半计,调幅度按50%考虑,发射机效率按拟采用机型效率计算)、照明(含节日照明)、生活用电以及其他辅助用电等进行估算。机房用电必须与生活用电分开,以免互相影响。   3)负荷在10 kW以上或是输电线路较远时,应设置变电站。
  3.2.2 机房设备专用供电系统
  1)机房设备应采用专用供电系统。由变电站至机房的供电线路宜采用直埋式电缆(一主一备)。
  2)各技术用房应设置220 V或380 V配电屏或配电箱,配电屏(箱)至各技术房间的电缆线截面,应根据用电设备的用电量决定,并根据设备启动电流不同,留有相应的余量。墙壁应设置供测试仪器或维修照明用的电源插座。电源插座距室内地面高度根据不同用途确定。
  3)当主用电源发生故障时,应能自动切入备用电源;当主用电源恢复正常供电后,用手动方式切回主用电源。
  3.2.3 照明系统
  1)主要技术用房及主要通道应设事故照明灯。
  2)机房的正常照明,宜采用白炽灯或其它不易产生电磁辐射的光源,照度不应小于150 LX。
  3)发电机室正常照明可采用一般照明,严禁使用普通荧 光灯。
  4)蓄电池室照明应采用防爆安全灯,灯位不应布置在蓄电池组的正上方。
  3.3 防雷与接地
  3.3.1 接地系统的设置
  1)发射台的接地系统由防雷接地、工作接地和保护接地组成。各种接地应根据具体情况采用共用接地体或者分设接地体。
  2)防雷接地系统由雷电接受装置(接闪器)、引下线和接地装置三部分组成。技术用房如离天线塔较近属塔避雷装置保护范围时,技术用房与天线塔共用一个防雷接地系统,如果技术用房不在天线塔避雷装置保护范围内,技术用房应单设防雷接地系统。
  3)技术用房与辅助技术用房,应合用一个接地系统。若房屋之间距离太远或在地形上合用一个接地系统有困难时,辅助技术用房可另设接地系统。
  4)一个接地系统的接地装置不应少于两组,两组接地装置之间的直线距离不宜小于40 m。
  3.3.2 接地网和接地电阻
  1)根据中波台所处的地形、地质条件和建筑物的布置,因地制宜地设计接地网形式和埋设方法。接地网应围绕天线塔或建筑物做成闭合环路,同时增加由环路向四周辐射的接地体,以均衡地电位。接地网要不少于四处与塔座建筑物的基础钢筋焊接;接地体埋深不应小于1 m(冰冻地区应在冻土层以下);对于土壤电阻率较高的台,可用改良接地体周围土壤,或填充高效降阻剂等办法,使其满足所要求的接地电阻值。
  2)天线塔接地系统、技术用房和辅助技术用房的接地系统的接地电阻,分别不应大于4 Ω。若地层结构复杂,接地电阻不应大于6 Ω。
  3)当工作接地、保护接地和防雷接地合用一个接地系统时,接地电阻不应大于1 Ω,当难以达到这个要求时,可将允许值放宽到4 Ω以下。
  3.3.3 防雷措施
  1)天线塔顶应设置雷电接收装置,使各副天线和技术用房位于雷电接收装置的保护范围内。
  2)馈管的上下两端应可靠地接地,各种电缆的金属外皮和各种金属管在发射机房进口处应与接地体连接。
  3)在发射机房内应围绕机房敷设环形接地母线。发射机房内各种电缆的金属外壳,设备的金属外壳和所有不带电的金属构件,均应以最短的距离与环行母线作可靠的连接。发射机房接地母线应至少通过两条预埋的接地扁钢与室外接地体焊接。
  4)房屋建筑的防雷按GB50057《建筑防雷设计规范》有关规定执行;网络电话线和音、视频信号线的防雷,应按GBJ79《工业企业通信接地设计规范》的有关规定执行。
  5)电力线路和设备的防雷,应按SDJ8《电力设备接地设计技术规程》的有关规定执行。供电线路的防雷要采取综合的防雷措施。
  3.4 中波发射台的地网
  中波台的地网是发射机技术构成的重要部分,中波天线是建在地面上的垂直单极子,它以大地作为辐射电流的回路。为了提高天线的增益,就应减少大地损耗。地网正是为了减少大地损耗而敷设的。地网应以铁塔底部的中心为圆心,相邻导线间夹角相等向外敷设,一般敷设120根φ3 mm的硬铜线,每根长度一般为120 m~150 m,地网埋在地下,从减少大地损耗角度来说,埋设越浅越好,一般为300 mm,但为了耕种和保护地网,可深埋到500 mm~600 mm,但自桅杆中心向外0.1 λ以内仍应埋深300 mm。敷设时应将地网线拉直,末端加以固定,始端应焊接在铁塔底部基础所包的铜皮四周。
  3.5 其他附属建筑
  在中波台的建筑中,除去发射机房、配电室等技术用房外,还要有一些附属建筑设施,来作为安全播出的重要保障,例如办公室、值班宿舍、食堂等等。
  3.5.1 值班宿舍
  有条件的情况下,值班宿舍要建成标准间式的,每两人一间,配备卫生间、淋浴器、闭路电视、宽带网接口。
  3.5.2 办公室
  办公室有台长室和其它行政综合办公室,条件允许的情况下,独立办公室要建成套间,配有休息室,室内卫生间、淋浴器、闭路电视、宽带网接口。
  3.5.3 会议室
  一般情况下要建一较大多功能会议室,除去职工开会外,兼有娱乐、学习、活动功能。还要有一个小型会议室,用作台务会、来人接待及小型活动。
  3.5.4 职工食堂
  要建有职工就餐的餐厅,还有来人接待的雅间。
  3.5.5 锅炉房
  锅炉房要包括取暖锅炉和开水锅炉,最好同公共浴室放在一起考虑,公共浴室要尽量考虑使用太阳能热水器。
  3.5.6 天馈线场地围墙(栏)
  天馈线及地网是重要的广播设施,建在附近有居民、单位地方的中波台,应修建围墙(栏)及安装安防范监控系统并加挂警示性标牌,以防设施丢失、损坏,防止发生人身触电伤亡事故。
  3.5.7 招待所
  中波台如地处偏远、交通不便,招待所是为业务客人、调机的技术人员,创造便利条件。
  3.5.8 活动室、运动场
  为了丰富职工的业余文化生活,增强职工的身体素质,在发射台内,建一些活动室、运动场,增加室内乒乓球、台球、健身器材、棋牌设施,室外排球、羽毛球、篮球等场所。
  3.5.9 院内绿化美化
  中波台有一个优美的工作环境,能使职工心情舒畅,以饱满的热情投入到工作中去,尽量多种一些树木、花草,做好绿化、美化、硬化工作。
  参考文献
  [1]GYJ 34-88中、短波发射台设计规范[S].
  [2]GY5069-2001.中波、短波发射台场地选择标准[M].
  [3]GB50052供电系统设计规范[S].
  [4]GBJ54低压配电装置及线路设计规范[S].
  [5]GB50057建筑防雷设计规范[S].
  [6]GBJ79工业企业通信接地设计规范[S].
  [7]SDJ8电力设备接地设计技术规程[S].
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