一种智能防雷重合闸节能装置的设计应用

2023-01-31郭彦军郭俞欣

通信电源技术 2022年19期

郭彦军，郭俞欣

（1.中国移动通信集团有限公司周口分公司，河南周口 466000；2.河南大学软件工程学院，河南开封 475001）

0 引言

根据专业统计，每年有大量基站因遭受雷击而损坏，造成的损失约为6 000万元。现网基站防雷系统是通过在交流配电箱加装B级防雷器和在开关电源加装C级防雷器，接入基站地网进行雷电防护。B级防雷和C级防雷是压敏电阻在雷电来时通过击穿自己对大地放电来保护后级设备，但同时也有一部分雷电电流会对后级通信设备造成损坏，这种避雷器其实就是一次性避雷器，维护费用过高且防雷效果差[1]。

为了节省公司基站、机房维护费用，保障通信设备正常运行，实现降本增效，中国移动通信集团有限公司河南周口分公司联合河南大学研发了智能防雷重合闸节能装置，改基站传统的被动式防雷为主动式防雷，实现对基站通信设备的防护，确保通信设备安全、稳定、可靠运行[2]。

1 基于智能防雷重合闸节能装置的通信基站防雷系统

《通信局（站）防雷接地工程设计规范》（GB 50689—2011）对通信基站的防雷系统提出了新的要求，在雷击频繁地区宜采用自恢复功能的智能重合闸防雷器。对于移动基站、微波站、接入网、模块局、光中继站以及小型通信站等，需要使用智能重合闸过流保护器。

笔者自主研发的智能防雷重合闸节能装置是一种主动式雷电隔离防御系统，能够在雷暴来临时智能断开基站与市电线路的连接，雷暴消失后自动恢复基站与市电线路的连接，从根源上彻底隔离雷电入侵基站[3]。此外，其无需每年更换B级和C级防雷器，投入成本低，运行安全、可靠，具备自动重合闸和远程重合闸功能，不需要运维人员到站即可自动恢复供电，节省了大量的人力、物力。智能防雷重合闸节能装置实物如图1所示。

图1 智能防雷重合闸节能装置实物

该装置能够智能监测电子设备在线路中引起的高次谐波、长导线对地泄漏电流，在雷暴来临时智能断开基站与市电线路的连接，雷暴消失后自动合闸，从根源上彻底隔离雷电入侵基站，避免线路漏电引发的安全事故，确保通信基站安全，有效保护通信设备。

现有基站防雷系统如图2所示。通过在交流配电箱加装B级防雷器和在开关电源加装C级防雷器，引入基站地网进行雷电防护，有一部分雷电流会对后级通信设备造成损坏，防雷效果差。

图2 现有基站防雷系统

通过引入智能防雷重合闸节能装置，基站智能防雷系统如图3所示。

图3 基站智能防雷系统

按照设计图纸组装箱体、智能防雷重合闸节能装置、接地铜排、信号指示灯以及声光报警器等，完成组装后加电测试。5G宏站安装实物如图4所示，5G小微基站安装实物如图5所示。

图4 5G宏站安装实物

图5 5G小微基站安装实物

该装置具有智能防雷、自动重合闸、交流过压保护、欠压保护以及过流保护等功能，具有自动、手动、遥控、定时开关4种控制模式[4]。为了掌握在网运行蓄电池的健康状况和实际容量，蓄电池入网后每年需做一次核对性放电试验，每3年需做一次容量试验（蓄电池使用6年后需每年一次）。传统的蓄电池核容实验需维护人员驱车前往基站现场将蓄电池从系统上一组一组拆下来，然后再利用假负载对蓄电池进行放电，浪费大量的人力、物力和电能。而利用自主研发的智能防雷重合闸节能装置，工作人员能够远程对汇聚机房、基站的蓄电池组进行核对性放电实验和容量实验，大大提高了工作效率。此外，在电价最低的时段对蓄电池充电，在电价最高的时段由蓄电池放电，利用削峰填谷实现节能降耗[5]。

当前5G基站能耗较高，设备利用率很低，夜间几乎没有客户在线使用，电能浪费严重。该装置可以在00:00—05:30智能关断5G基站设备，实现节能降耗。利用手机App远程设置自动开关时间，实现5G节能。

2 创新应用及效益

从2021年6月份开始，智能防雷重合闸节能装置在中国移动通信集团有限公司周口分公司116座5G基站进行了推广应用，效果非常明显，避免了设备遭受雷击，节省大量维护费用，实现了降本增效。

每座5G基站每年更换避雷器的费用是1 600元，目前全区计划安装780座5G自留基站，每年可节省维护费用为1 248 000元。按全省10 000座基站计算，每年可节省维护费约16 000 000元。除此之外，通过电池核容、削峰填谷、智能开关5G节能技术等手段节省的维护费用更加可观。如果从基站被雷击后造成通信设备退服、影响网络运行指标和公司运营收入等方面考虑，经济效益更好。该成果可以广泛应用于通信运营商基站、机房等对供电可靠性要求较高的供电场景进行雷电防护，实现进一步的降本增效。