基于串联式的移动通信基站雷电防护研究

龙林德， 张 敏， 廖海洲

（长沙通信职业技术学院，湖南 长沙 410015）

0 引言

2G移动通信网络的运行维护和3G移动通信网络的建设开展，移动通信基站是其中的重要环节。基站分城区站、城郊站和高山站，其通信天线一般都有金属塔支撑。由于机房所处地势也较高，通信铁塔容易成为雷电对地放电的接闪通道，从而导致基站设备容易遭受雷击，并呈逐年上升趋势。因此，加强移动通信基站的防雷安全建设，减少雷击灾害损失，就显得十分重要和必要。现通过对雷电侵入途径的全面分析，找出设备受雷击损坏的真实原因，针对各个雷电进入移动通信基站的渠道，采取串联式大接地电阻技术，降低了对接地网中接地电阻的要求，实施系统全程防护探讨。

1 雷电入侵基站的途径

通过对相关资料的分析以及多个受雷击基站的现场勘察得出，当移动通信基站遭受雷击时，雷电危害入侵基站途径主要有以下几个。

（1）经过交流电源线进入

目前通信基站的交流电源引入大都采用架空的方式，当电力电缆附件发生雷击时，直接暴露在电力电缆周围产生强大的电磁场，感应出雷电过电压并会沿着电力电缆进入基站，损坏机房的用电设备[1]。因此，交流电源电力电缆进入基站前，电缆的铠装护套未接地或接地不当以及机房配电箱未加装一级防雷箱等，都会带来雷电过电压的侵害。

（2）经过天馈线进入

当基站铁塔遭受雷击时，铁塔上会出现很高的雷电过电压，相应地会在天馈线上感应较高的雷电过电压。若天馈线在进入基站前未接地处理或接地不当，天馈线上感应出的雷电过电压就会沿天馈线窜入基站进而损坏设备[2]。

（3）经过传输光缆的加强筋进入

当有雷击发生时，露天架空敷设的传输光缆由于光缆加强筋的存在很容易感应上雷电过电压[3]。若传输光缆进入基站前对其加强筋末端的处理不当，加强筋上感应出的雷电过电压会沿着光缆进入基站，很容易造成加强筋在机柜内部对导体拉弧放电，进而损坏通信设备。

（4）经过基站内设备接地端口进入

当雷电流沿基站附近的避雷器对地泄流时，由于接地电阻的存在引起基站的地电位升高，会对基站内部设备产生反击的现象。若基站内设备接地不当，设备的接地线过长，便在接地线上感应出较大的感应过电压对设备进行破坏。此外，一级防雷箱的接地线过长，在泄流到大地中，使得地电位迅速抬升，击坏基站机房内通信设备，也是引发雷击的一个原因。

通过以上雷电入侵基站的途径分析，可以看出如何有效实施基站接地防雷是关键。

2 串联式的基站雷电全程防护设计

2.1 技术理念

针对移动通信基站防雷接地要求，接地电阻R=5 Ω，在雷电产生的瞬间实现放电，存在一定困难，只能提供一个泄流通道，针对传统防雷并联式保护模型，雷电流在线路上产生的残压存在，未能提供理想的保护，探讨串联型方式防雷理念，提高防雷的有效性。具体防护模型如图1所示。

图1 串联型方式雷电防护模型示意

2.2 技术方案

降低移动通信基站雷电入侵程度，提高基站网络运行稳定性，实现方案是在联合接地网的基础上引入相应的防护设备，对三种接地途径进行分离[4]；对雷电冲击通道上的雷电流传播切断，彼此独立，互不干扰，保护地电位不受雷电流的影响。主要包括“分离式接地技术”和“途径保护技术”方案。

（1）分离式接地技术

在接地网的基础上，采用“接地高位控制器”的方式将工作接地、保护接地、防雷接地进行分离，根据接地的作用进行隔离，从而使联合接地系统中的各个接地系统相互独立、互不影响，实现基站系统设备所要求的工作地、保护地电位不受雷电流的影响，具体如图2所示。

图2 控制雷电高压反击接地示意

因为“接地高位控制器”的衰减和隔离的作用当雷电使地电位提高时其对工作地的、保护地电位的变化小，即降低了工作地电位、保护地电位对接地电阻值的响应灵敏度，也就实现了较大的接地电阻接地，改善移动基站系统的稳定性。

（2）途径保护技术

在移动基站中有交流供电、直流供电和信号传输线路之分[5]，在各自通道上安装相应的串联型浪涌电流控制装置”，截断或者分离浪涌电流各通道的传播影响，并降低由于接地环路造成的设备间、端口间的电位差。具体如图 3、图4和图5所示。

图3 交流浪涌电流保护装置器

图4 直流浪涌电流保护装置器

图5 信号浪涌电流保护装置器

2.3 防护实施与效果

防护实施采用简易接地方式进行，通过现存的基站条件设施，利用角钢与扁钢制作闭合状接地网，并在地网的两侧安装“室外接地排”（实施室外线各种缆汇接）和“接地保护装置器”（ 实施室内三种接地）[6]。

方案经济投资，采用串联大接地电阻防护技术，建设成本能下降到原来的 60%～70%，几乎没有维护成本，系统总体投入下降50%。方案通过试验应用，统计表明雷击故障率下降了80%～95%，雷击造成的直接损失减少了80%～95%，断站时间减少了80%～95%，网络运行收入提升，基站系统运行稳定。

3 结语

通信基站的雷电防护工作是一项综合系统工程，通信基站的防雷工作不能一劳永逸， 必须在每年雷雨季节前对容易遭受雷击的基站进行全面的检查，对不合格的地方要及时的给予维修和补充，只有这样才能真正有效的减少雷击灾害。目前，2G网络正加强完善优化，3G基站处在大量的建设之中，要从根本上解决移动通信基站雷电入侵与防护，本方案具有很好的应用性和经济效益。

[1] 李正宗.通信电源技术手册[M].北京：人民邮电出版社，2009：224-227.

[2] 中国移动通信有限公司.QB-W-011-2007，基站防雷与接地技术规范[S].北京：中国移动通信有限公司网络部：2007.

[3] 中华人民共和国信息产业部.YD/5098-2005，通信局(站)防雷与接地工程设计规范[S].北京：北京邮电大学出版社，2005.

[4] 李景绿.现代防雷技术[M].北京：水利水电出版社，2009：189-193.

[5] 胡国安,翁兴旺. GSM900/DCS1800双频网组网方案的探讨[J].通信技术,2010,43(03)：62-64.

[6] 宋燕辉.TD-SCDMA室内分布系统改造方案探讨[J].通信技术,2010,43(01)：180-182.