基于串聯式的移動通信基站雷電防護研究

龍林德， 張 敏， 廖海洲

（長沙通信職業技術學院，湖南 長沙 410015）

0 引言

2G移動通信網絡的運行維護和3G移動通信網絡的建設開展，移動通信基站是其中的重要環節。基站分城區站、城郊站和高山站，其通信天線一般都有金屬塔支撐。由于機房所處地勢也較高，通信鐵塔容易成為雷電對地放電的接閃通道，從而導致基站設備容易遭受雷擊，并呈逐年上升趨勢。因此，加強移動通信基站的防雷安全建設，減少雷擊災害損失，就顯得十分重要和必要。現通過對雷電侵入途徑的全面分析，找出設備受雷擊損壞的真實原因，針對各個雷電進入移動通信基站的渠道，采取串聯式大接地電阻技術，降低了對接地網中接地電阻的要求，實施系統全程防護探討。

1 雷電入侵基站的途徑

通過對相關資料的分析以及多個受雷擊基站的現場勘察得出，當移動通信基站遭受雷擊時，雷電危害入侵基站途徑主要有以下幾個。

（1）經過交流電源線進入

目前通信基站的交流電源引入大都采用架空的方式，當電力電纜附件發生雷擊時，直接暴露在電力電纜周圍產生強大的電磁場，感應出雷電過電壓并會沿著電力電纜進入基站，損壞機房的用電設備[1]。因此，交流電源電力電纜進入基站前，電纜的鎧裝護套未接地或接地不當以及機房配電箱未加裝一級防雷箱等，都會帶來雷電過電壓的侵害。

（2）經過天饋線進入

當基站鐵塔遭受雷擊時，鐵塔上會出現很高的雷電過電壓，相應地會在天饋線上感應較高的雷電過電壓。若天饋線在進入基站前未接地處理或接地不當，天饋線上感應出的雷電過電壓就會沿天饋線竄入基站進而損壞設備[2]。

（3）經過傳輸光纜的加強筋進入

當有雷擊發生時，露天架空敷設的傳輸光纜由于光纜加強筋的存在很容易感應上雷電過電壓[3]。若傳輸光纜進入基站前對其加強筋末端的處理不當，加強筋上感應出的雷電過電壓會沿著光纜進入基站，很容易造成加強筋在機柜內部對導體拉弧放電，進而損壞通信設備。

（4）經過基站內設備接地端口進入

當雷電流沿基站附近的避雷器對地泄流時，由于接地電阻的存在引起基站的地電位升高，會對基站內部設備產生反擊的現象。若基站內設備接地不當，設備的接地線過長，便在接地線上感應出較大的感應過電壓對設備進行破壞。此外，一級防雷箱的接地線過長，在泄流到大地中，使得地電位迅速抬升，擊壞基站機房內通信設備，也是引發雷擊的一個原因。

通過以上雷電入侵基站的途徑分析，可以看出如何有效實施基站接地防雷是關鍵。

2 串聯式的基站雷電全程防護設計

2.1 技術理念

針對移動通信基站防雷接地要求，接地電阻R=5 Ω，在雷電產生的瞬間實現放電，存在一定困難，只能提供一個泄流通道，針對傳統防雷并聯式保護模型，雷電流在線路上產生的殘壓存在，未能提供理想的保護，探討串聯型方式防雷理念，提高防雷的有效性。具體防護模型如圖1所示。

圖1 串聯型方式雷電防護模型示意

2.2 技術方案

降低移動通信基站雷電入侵程度，提高基站網絡運行穩定性，實現方案是在聯合接地網的基礎上引入相應的防護設備，對三種接地途徑進行分離[4]；對雷電沖擊通道上的雷電流傳播切斷，彼此獨立，互不干擾，保護地電位不受雷電流的影響。主要包括“分離式接地技術”和“途徑保護技術”方案。

（1）分離式接地技術

在接地網的基礎上，采用“接地高位控制器”的方式將工作接地、保護接地、防雷接地進行分離，根據接地的作用進行隔離，從而使聯合接地系統中的各個接地系統相互獨立、互不影響，實現基站系統設備所要求的工作地、保護地電位不受雷電流的影響，具體如圖2所示。

圖2 控制雷電高壓反擊接地示意

因為“接地高位控制器”的衰減和隔離的作用當雷電使地電位提高時其對工作地的、保護地電位的變化小，即降低了工作地電位、保護地電位對接地電阻值的響應靈敏度，也就實現了較大的接地電阻接地，改善移動基站系統的穩定性。

（2）途徑保護技術

在移動基站中有交流供電、直流供電和信號傳輸線路之分[5]，在各自通道上安裝相應的串聯型浪涌電流控制裝置”，截斷或者分離浪涌電流各通道的傳播影響，并降低由于接地環路造成的設備間、端口間的電位差。具體如圖 3、圖4和圖5所示。

圖3 交流浪涌電流保護裝置器

圖4 直流浪涌電流保護裝置器

圖5 信號浪涌電流保護裝置器

2.3 防護實施與效果

防護實施采用簡易接地方式進行，通過現存的基站條件設施，利用角鋼與扁鋼制作閉合狀接地網，并在地網的兩側安裝“室外接地排”（實施室外線各種纜匯接）和“接地保護裝置器”（ 實施室內三種接地）[6]。

方案經濟投資，采用串聯大接地電阻防護技術，建設成本能下降到原來的 60%～70%，幾乎沒有維護成本，系統總體投入下降50%。方案通過試驗應用，統計表明雷擊故障率下降了80%～95%，雷擊造成的直接損失減少了80%～95%，斷站時間減少了80%～95%，網絡運行收入提升，基站系統運行穩定。

3 結語

通信基站的雷電防護工作是一項綜合系統工程，通信基站的防雷工作不能一勞永逸， 必須在每年雷雨季節前對容易遭受雷擊的基站進行全面的檢查，對不合格的地方要及時的給予維修和補充，只有這樣才能真正有效的減少雷擊災害。目前，2G網絡正加強完善優化，3G基站處在大量的建設之中，要從根本上解決移動通信基站雷電入侵與防護，本方案具有很好的應用性和經濟效益。

[1] 李正宗.通信電源技術手冊[M].北京：人民郵電出版社，2009：224-227.

[2] 中國移動通信有限公司.QB-W-011-2007，基站防雷與接地技術規范[S].北京：中國移動通信有限公司網絡部：2007.

[3] 中華人民共和國信息產業部.YD/5098-2005，通信局(站)防雷與接地工程設計規范[S].北京：北京郵電大學出版社，2005.

[4] 李景綠.現代防雷技術[M].北京：水利水電出版社，2009：189-193.

[5] 胡國安,翁興旺. GSM900/DCS1800雙頻網組網方案的探討[J].通信技術,2010,43(03)：62-64.

[6] 宋燕輝.TD-SCDMA室內分布系統改造方案探討[J].通信技術,2010,43(01)：180-182.