5G基站共享電力塔技術方案研究

李 兵

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

目前，5G基礎設施建設正如火如荼地進行，移動通信網絡對容量和覆蓋的要求不斷提高。5G基站“高頻段”的技術特性，決定著基站的間距將越來越小，密度越來越大，需要進一步合理規劃站址，降低選址難度，縮短建設工期，有效控制成本。

隨著電力網絡的發展完善，輸電線路的覆蓋面愈加廣泛，形成了縱橫相交、分布廣泛以及層次分明的電網通道。這種電網輸電線路的廣泛布局，為基站共享電力鐵塔資源創造了良好契機。5G基站桿塔共享電力桿塔是城市基礎設施進行多功能合一的嘗試，目的在于提高公用基礎設施資源的利用率，減少城市公用基礎設施的重復建設，減少土地資源的浪費，對節能減排均有益處。

1 共享電力桿塔選型

1.1 電力塔的主要分類

電力桿塔作為輸配電線路的重要組成部分，起到支撐和架空電力線纜的作用。按結構形式，可分為桿類和塔類；按用途，可分為直線塔、轉角塔、終端塔以及跨越塔。不同類型的電力桿塔承載能力不同，一般電力塔高度較高且場景較偏，適用于宏站共享。

1.2 共享電力桿塔選型建議

在承載能力方面，直線塔的承載能力最低。終端塔、轉角塔以及跨越塔的承載能力均高于直線塔。電力桿塔共享應從安全距離、承載能力、安裝方式、防雷接地以及電磁干擾等方面綜合考慮。加裝5G AAU設備的電力桿塔，應遵循安全、經濟以及影響最小的設計理念。因此，以下幾類桿塔不建議選取[1]。

（1）接近或超過設計使用年限的電力桿塔。因鐵塔老化和鋼材銹蝕等原因，桿塔材料強度可能會降低。同時，由于原設計規范的欠缺，增加外部荷載，桿塔會存在一定的安全隱患。

（2）20 mm及以上重覆冰鐵塔。在重冰區環境下，電力鐵塔的絕緣子串及塔身覆蓋有較厚的冰層，天氣變暖后極易脫冰，可能發生脫落冰塊撞擊基站天線發生損壞的情況。

（3）特別重要的鐵塔。1 000 m以上大檔距、大跨越、風口、峽谷以及分水嶺等微地形點的桿塔；與重要設施如高速公路、高速鐵路、±800 kV線路以及±500 kV線路等有交叉跨越的線路段塔桅。

2 基站共享電力桿塔方案

2.1 天線安裝高度

常見天線掛高分布范圍為25～50 m。對于一些街道站，主要用于解決小密度大容量的需求問題，天線掛高一般為10～15 m。

5G建設初期，主要覆蓋人口比較密集和繁華的區域。電力鐵塔加裝通信基站，主要是為了補充加強。在電力鐵塔上加掛基站天線時，距離高壓電力線路較近時需考慮對電力線路的影響?；咎炀€的安裝位置與最下層帶電體應滿足一定的安全距離，還應考慮絕緣子串長（跳線串長）、相應電氣間隙值以及安全裕度等因素[2]。

天線安裝位置圖如圖1所示。綜合分析論證，有[3]：

圖1 天線安裝位置圖

各主要電壓等級的安全距離可參照表1確定[2]。

表1 安全距離計算值

2.2 天線平臺的設置

為盡量減少對電力桿塔的新增荷載，不采用新增天線平臺而采用增加天線抱桿。

2.2.1 安裝位置

從通信設備的安裝工藝考慮，電力塔的共享位置可分為塔頭上部、塔頭中部以及塔頭下部3個。從前期建設、后期運維以及安全管理的角度出發，建議將基站天線安裝于輸電線路帶電部分以下，即塔頭下部[1]。如圖2所示。

2.2.2 固定方式

為盡量減少對原電力桿塔的改動，建議采用無損安裝方式。新增天線支架不直接與塔身焊接，天線抱桿使用抱箍或夾具和天線桿固定。安裝在鐵塔上的5G AAU應用固定卡箍與天線桿擰緊，天線與天線支撐桿的連接應不少于兩處，天線離塔體間距不小于0.5 m。天線抱桿與桿塔連接方式如圖3所示。

圖2 天線安裝位置圖

圖3 天線抱桿與桿塔連接方式圖

根據行業標準要求，GPS天線和塔體的水平距離不宜小于1.5 m，此規定使得后期GPS天線施工安裝存在諸多不便。采用“折疊式GPS天線支架”可完美解決此問題，折疊式GPS天線支架如圖4所示。

圖4 折疊式GPS天線支架圖

2.3 桿塔強度核算

電力規范規定的110～220 kV輸電線路設計基準期為30年，而通信行業規范YD/T 5131-2019《移動通信工程鋼塔桅結構設計規范》中規定移動通信工程鋼塔桅結構的設計基準期為50年[4]。

根據電力規范規定，設計電壓等級為110～750 kV鐵塔時，基本風壓重現期為30年，與通信塔區別較大。電力塔設計荷載相比通信鐵塔除考慮自重荷載、風荷載以及地震作用外，還需重點考慮導線荷載和裹冰荷載，因此工況十分復雜。風荷載計算中，電力塔本身的風振系數相比通信鐵塔降低30%以上，導致同等條件下塔身風荷載更小，但還需考慮導線的風荷載。

建議電力桿塔共享應按原設計中的電力行業標準及氣候等條件進行承載能力復核，因為電力鐵塔在設計風壓和荷載等方面與通信塔有較大區別，所以一般由電力設計單位承擔電力塔的復核工作。

2.4 防雷及接地

國標GB 50689-2011《通信局（站）防雷與接地工程設計規范》要求基站天線、饋線以及走線架等設施均應在避雷針的保護范圍內[5]。5G AAU的安裝位置位于導線下方，電力鐵塔的防雷保護可完全滿足天線保護角的要求。

為避免浪涌對回路設備造成損害，當基站電力采用架空方式引入時，應將供電系統第一級SPD的最大通流容量向上提高一個等級[5]。饋線在電力桿塔上敷設時不需額外加裝保護設施，直接連接室外接地網。基站新建接地網與電力桿塔地網間必須每隔3～5 m相互連接一次，至少有兩處相互連接，以便形成統一的接地網[5]。

2.5 供電方案

目前，5G AAU采用-48 V直流供電。市電引入基站后，先接入開關電源轉換為-48 V后再向塔上的AAU設備供電。

由于5G超密集組網的特點，市電引入協調困難且后期運維成本很高，采用“微網格供電”方式可有效解決該問題。直流遠供和交流遠供采用網格化供電模式，降低基站引電的難度及建設和運維成本。“微網格供電”方式如圖5所示。

對于不便上站維護的基站，可安裝“自動閉合開關的電路和配電箱”，實現市電故障自動檢測與合閘，以達到免維護的目的。自動重合閘配電箱如圖6所示。

圖5 微網格供電示意圖

圖6 自動重合閘配電箱圖

3 結 論

5G基站共享電力塔明顯節約投資并縮短工期，能有效節約社會資源，充分發揮電網通道資源的利用率，提高電網運營能力和水平。通過前期的應用試點來看，電力鐵塔加掛基站天線暫不存在顛覆性的影響因素，技術方案具有可行性。可見，推進電力桿塔共享是一項互惠互利、利國利民的工作。