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移动通信基站手机版万博注册登录保护的思考

文章来源:天鸿中光    发布时间:2015-04-21      点击:966次
1 引言

进入雷雨季节以来,通信基站遭受雷击损坏设备、影响网络运行情况频繁发生。为此2003年浙江移动着手进行了基站手机版万博注册登录100个站的试点工作,目前正在进 行之中。手机版万博注册登录是一项复杂的系统工程,经多年来的调查、分析与证实,通信基站雷击事故85%以上是雷电过电压引起的。雷电过电压是感应雷、传导雷、直击雷等 多种雷电现象的综合反应,通信基站的手机版万博注册登录措施应建立在综合治理、联合接地、均压等电位的基础上。同理,还应考虑雷电引起的电磁场空间分布特点,合理划分等 级防护和分压保护措施。 手机版万博注册登录工作是一项复杂的系统工程,应贯穿于设计、施工、维护的全过程,国家在手机版万博注册登录问题上已有国家标准GB50057—94《建筑物手机版万博注册登录设计规范》(2000 年版)对建筑物防直击雷及雷电电磁脉冲防护做出了规定,原邮电部、信息产业部也曾组织制定颁布了下面六个手机版万博注册登录方面的标准和规范,
1、 YDJ26-89《通信局站接地设计暂行技术规范》综合楼部分。
2、 YD2011-93《微波站手机版万博注册登录与接地设计规范》
3、 YD5068-98《移动通信基站手机版万博注册登录与接地设计规范》
4、 YD5078-98《通信工程电源系统手机版万博注册登录技术规范》
5、 YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》
6、 YD/T1235-2002《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求和测试方法》
上述有关手机版万博注册登录方面的规范是我们做好手机版万博注册登录工作的依据。至于通信基站雷电过电压保护工程均提到的电涌保护器(简称SPD)的怎样安装与使用?尤其是在电源 SPD部分,限压型模块式SPD已经成为开关电源的标准配置,而B级手机版万博注册登录器(箱)也越来越多地应用在移动基站的配电部分做为电源第一级手机版万博注册登录保护。然而在防 雷器(箱)性能参数的选择,手机版万博注册登录器的安装使用,以及在通信基站的一些与手机版万博注册登录相关的外部进线方式上,还存在一些不甚明了的地方甚至是隐患,在此提出几点建议 和思考。

2 第一级电源SPD通流容量的选择

对于应用在移动通信基站电源第一级手机版万博注册登录保护的SPD的通流容量应该具体 选择多大?其实信息产业部的产品标准和工程标准中已经有了非常具体和明确的规定,比如在信息产业部手机版万博注册登录工程标准YD5098《通信局(站)雷电过电压保护 工程设计规范》中第3.7.7条的第四条和第五条,分别规定了在中雷区以上的郊区站和高山上分别可以采用冲击通流容量大于60KA、100KA的限压型 SPD或标称放电电流不小于15KA、25KA的开关型SPD,又如在信息产业部产品标准分别规定了特高型SPD(应用在高山站上)的冲击放电电流应大于 150KA,高型SPD(应用在郊区站上)的冲击放电电流应大于100KA。当然实际中应用应根据基站的具体情况选择通流容量,(比如根据基站的电源进线 方式、基站的类型、所处的地理位置和雷击频度等),但其应该符合一个规则,就是其通流容量起码应大于开关电源C级手机版万博注册登录器的通流容量,即冲击放电电流应大于 40KA,标称放电电流应大于20KA,因为第一级电源手机版万博注册登录器的作用就是为了泄放绝大部分的雷电流,但是在基站的实际应用中,还有在交流配电箱处安装标称 放电电流为10KA的手机版万博注册登录器做为第一级保护的,这种手机版万博注册登录器又怎能起到泄放绝大部分雷电流的作用呢?恐怕雷电流还没泄放自己已经损坏了!另外还有一个老生常 谈的话题,就是我们所说的通流容量是指每线的通流容量,而有的厂家和产品确和我们玩起了文字游戏,其在产品上标注的是整个手机版万博注册登录器的通流容量,即对于每线只 有30KA的三相四线手机版万博注册登录器它竟然标注为120KA,这明显就是欺骗用户的行为,另外有的产品标明通流容量也不标明是标称值还是最大值,这也是属于不规范的行为。

3 基站的电源进线方式

移动基站的电源进线情况,虽然在信息产业部工程标准中要求采用埋地引入基站的方式, (详细参见3.7.1-3.7.5条款);然而现实中由于客观环境和经济投入等原因,相当数量的基站是采用市电架空直接引入的,这是标准中所不允许的,但 又是现实中实际存在的问题。有两个例子可以为证,一是我们2003年8月28日在金华武义对浙江移动第一期手机版万博注册登录改造试点的宋村基站现场,手机版万博注册登录改造后竟还采 用这样的架空线。另外从嵊州移动对移动基站的统计中也发现30个郊外站市电引入几乎全部采用架空方式。这种电源引入方式可以说是在浙江移动范围内的郊区站 和高山站普遍存在的,这种进入基站方式必须考虑雷电直击-反击或近区雷击时手机版万博注册登录器可能通过非常大的雷电流,从而给基站的电源设备以及手机版万博注册登录器带来相当大的危 险和考验。我在资料上曾看到装在四川某基站的最大放电电流为100KA(8/20)的某进口手机版万博注册登录器被打得底座稀烂,模块飞到对面墙上又弹到地上的情况。所以对于这些基站除了在手机版万博注册登录器选择上适当加大通流容量外,在基站的建设时也应同时考虑适当改善基站电源线的进线方式,比如可以适当的将电源线路埋地,哪怕几 米都可以,并且要穿钢管屏蔽并接地。庆幸的是2003年9月《浙江移动通信基站手机版万博注册登录与接地系统工程施工和竣工验收规范讨论稿》对此作为内部规范已作出了规 定。

4 专线变压器与基站共地的问题

在信息产业部工程规范中明确规定须联合接地,即对于通信基站应将机房地网、铁塔 地网和变压器地网连接组成基站联合接地系统。对于为户内变压器的基站基本符合上述要求。但对于户外串架式变压器的基站,由于变压器安装是委托电力部门施 工,而电力部门户外串架式变压器并未要求与机房共地,均采用角钢或圆钢直接在电力杆附近打个地桩作为变压器的接地,这就造成户外串架式变压器的接地与基站 地未连通。例如绍兴移动型塘等25个户外串架式变压器只有大和基站在今年基站手机版万博注册登录试点改造时完成共地,其余均未连通;在2003年8月25日的雷击中绍兴 移动C4网环5中的二个节点南钱清基站与湖塘基站均为户外串架式变压器因雷击同时退服,造成环路中20个基站退服,教训不能不深刻。为此2003年9月2 日绍兴移动运建部专门发文进行基站户外串架式变压器的共地改造;但应该说浙江移动该现象还是普遍存在的。例如2003年8月28日在金华武义县的基站手机版万博注册登录 试点改造现场会中,试点的宋村基站也是同样的情况,必须引起我们足够的重视。

5 级与级之间配合的问题

移动基站中所使用的开关电源现已普遍采用C级限压型模块式SPD作为过电压保护装置,而如果要在基站配电箱处添加前级手机版万博注册登录器(箱)就不但要考虑其性能参数,还要考虑与开关电源处的后级手机版万博注册登录器的配合问题。
首先是距离上的配合,在国标《建筑物手机版万博注册登录设计规范》和信产部标准《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》中都做了具体的规定,要求开关型和限压型之 间要有10米以上的间距,限压型之间要有5米以上的间距。在手机版万博注册登录器的安装使用中要确保此项要求的实现,杜绝某些不负责任的工程商将B、C级直接安装在一 起,使两级手机版万博注册登录设计实际上仅能收到一级手机版万博注册登录的效果,造成工程隐患和资源配置的浪费。
其次是限压型SPD之间最大持续工作电压UC的配合, 从能量配合的角度来讲,要求前级的UC小于或等于后级的UC, 一般来讲现在开关电源处的C级手机版万博注册登录器是以320V和385V居多,(中兴、华为、北京动力源采用的都是385V),开关电源配置的手机版万博注册登录器之所以选择如此偏 高的UC值,主要是因为中国电网不稳定,这点在郊区和山区基站尤为明显。在我们的基站中经常可以看到开关电源监控装置显示A相超压、B相超压等状态。如果 采用UC值偏低的手机版万博注册登录器,则非正常损坏率将会很高,正因为如此各大开关电源厂都普遍提高了UC值。所以在选配前级手机版万博注册登录器时,一定要考虑现有开关电源C级防 雷器的UC值,并且要保证添加在配电箱处的前级手机版万博注册登录器的UC值要比开关电源的手机版万博注册登录器的UC值要低或者相等,以使二者之间顺利实现启动和能量上的配合,保证 前级手机版万博注册登录器先动作并泄放绝大部分雷电流。

6 开文式接线端子的应用

在手机版万博注册登录器的安装说明书和手机版万博注册登录规范中,对于连接线的线径和长度都做了明确的要求,比如要求手机版万博注册登录器的接线端子与相线和零线之间的连线接长度应小于0.5 米,SPD的接地线的长度应小于1米。这种要求是正确的也是必须的,因为必须考虑由于线路电感量所引起的压降。在《建筑物手机版万博注册登录设计规范》条文说明中就举了 这样一个例子,如图1所示。
 

在按照图1a的接线中其两端电压UAB= 4KV+8.4X1=12.4KV(线路无屏蔽层)和U’AB= 4KV+2.52X1=6.52KV(线路 有屏蔽层),从中可以看出由于线路的电感引起的残压增加是巨大的,这也是各手机版万博注册登录器生产厂家和手机版万博注册登录规范对连接线长度严加要求的原因。然而在实际安装中这样短 的长度是很难做到的。(见图2)
 
图2是一个普通并联式手机版万博注册登录箱在现场安装中的实际位置图,大家可以看到相线和零线的长度达到1.5米左右,而地线的连接长度可能达到6-7米,在这情况下 由于线路电感而引起的压降恐怕早已超过手机版万博注册登录器的残压,使设备处于严重的危险隐患中。但是如果采用带有凯文式接线端子的手机版万博注册登录箱就可尽量减少这种危险。
 
          图3是采用开文式接线手机版万博注册登录箱的实际接线图。当然这种接线方式施工量是比直接并联的情况相对要复杂,但相对于能增强基站设备的保护效果,这些工程量是微不足道的。

7 手机版万博注册登录器的脱扣装置

现在在选择手机版万博注册登录器的时候除了在注意手机版万博注册登录器的防护性能(比如通流容量、残压等)的同时还应考虑和注重手机版万博注册登录器本身的安全性能, 为什么这么讲呢?首先在我国由于规范的不健全,目前各大手机版万博注册登录器厂家在中国还没有做过手机版万博注册登录器的型式试验,各厂家所做的检测只是委托检验,也就是按照常规测一 下手机版万博注册登录器内的氧化锌阀片的参数,而由于大家送检的样品都是采用质量较好的氧化锌阀片,所以所谓的测试结果都比较好,但这种委托测试根本体现不出来手机版万博注册登录器的 安全性能怎么样,例如在前一段时间广州电信科学院组织的摸底试验中竟然发现有一半左右的手机版万博注册登录器的热稳定性能(即脱扣特性)不合格,可见市场上销售的各厂家 所谓的“优良品质的手机版万博注册登录器”其实有很多竟然还是不合格产品,所以广大用户必然对此引起重视,因为脱扣特性不合格,也就意味着手机版万博注册登录器随时可能出现燃烧、爆炸 的情况,这样不但保护不了基站的设备,而且会成为极大的危险隐患,这种因为手机版万博注册登录器脱扣特性不好而起火燃烧的事故在信产部门每年也都会发生几起,其经验和教 训也是惨痛的。在我们浙江移动虽未发生过,但应引起足够的重视。
所以对于生产较早的开关电源由于自身所配备的手机版万博注册登录器件是采用氧化锌阀片的简单保护结构,存在上述较大的危险隐患,建议对其进行更换。其原因再次总结如下:
1、 开关电源所使用的做为手机版万博注册登录保护的氧化锌阀片没有脱扣装置,手机版万博注册登录器支路上也无其它自我保护装置,如空气开关、熔断器等。
2、 此种形式保护结构属于简单的初级保护,存在较大安全隐患,并且也不符合信产部电源手机版万博注册登录器产品标准《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器的技术要求和测试方法》的相关要求。
3、 氧化锌阀片与手机版万博注册登录器的差异主要在于手机版万博注册登录器具有内部热脱扣装置,而氧化锌阀片则是简单的元器件,没有此类保护装置。氧化锌阀片与手机版万博注册登录器的对比图请参见下图,其中左侧为氧化锌阀片,右侧为手机版万博注册登录器,右侧的绿色部分为热脱扣装置。
氧化锌阀片与手机版万博注册登录期对比图

4、 氧化锌阀片由于长期并联在电源线路上,在长时间的使用过程中必然逐渐出现性能老化,其具体表现主要为泄漏电流增大,当泄漏电流增大到一定程度时,其产生的 热量大于散发的热量时,必然会导致氧化锌阀片的温度不断升高,由于氧化锌阀片没有热脱扣装置,所以有可能温度继续升高,最终很可能出现起火燃烧甚至爆炸的 情况。
5、 现在各开关电源厂,已普遍认识到了只使用氧化锌阀片存在的这种危险,所以在新产品上基本上全部采用带热脱扣装置的手机版万博注册登录器。
综上所述建议将开关电源前氧化锌阀片更换为带脱扣装置的手机版万博注册登录器。
另外,由于现在信产部已经出版了手机版万博注册登录器的产品标准,并且可以进行手机版万博注册登录器的安全性能测试,所以建议在基站手机版万博注册登录器选型上选用经过手机版万博注册登录器安全性能测试的合格产品,即所投标的手机版万博注册登录器应提供指标合格的手机版万博注册登录器安全性能测试报告。

8 SPD的辅助功能

目前监控设备在移动基站的应用越来越广泛,而且基站也要求在出现盗警、市电掉电、市电超压等时提供报警,同样,对于手机版万博注册登录器的运行状态,也要求提供输出信号给予监控,所以要求手机版万博注册登录箱可以提供一些必要的辅助功能。例如提供以下辅助功能
1) 故障报警遥信功能
2) 故障声光报警功能(带复位键,可以消除报警)
3) 雷击计数功能
4) 雷击电流记录功能
5) 雷击时间记录功能
6) 实时工作电压显示
7) 远程通讯功能
8) 断电数据存储功能等
通过这些辅助功能,使电源手机版万博注册登录器不但能满足现场状态显示和报警,还能提供远程故障显示,以及雷击计数和雷击电流记录、雷击时间记录功能,使用户对手机版万博注册登录器的使用情况及历史动作情况有清晰了解,以对手机版万博注册登录器容量的选择和维护工作的进行有一个明确的判断依据。

9 基站雷击途径分析和雷击原因判断

移动基站的运行维护人员在日常维护工作中可能经常会遇到基站内设备因雷击而损坏的情况,当这种事故发生时除了迅速修复(更换)设备以恢复通信网络正常运 行之外,还应该对于这些雷击事故原因有一个正确而理性的分析和判断!也就是要弄清真正的雷击原因是什么?雷击途径从哪里来?以后怎样进行预防?只有真正的 弄清了这些问题之后,才能有的放矢提出针对性解决措施,防止雷击事故的再次发生。也才能辨别手机版万博注册登录产品供应商或者手机版万博注册登录工程商的事故原因分析报告是否在推卸责 任?也才能知道手机版万博注册登录工程商提出的整改方案或者添加的手机版万博注册登录设备是否合理?是否能真正解决问题?

9.1 通信基站的雷击途径种类

1) 直击雷的袭击
直击雷袭击也就是雷电直接击打在建筑物或者设备并且直接对其放电,由于现在基站普遍采用了避雷针或者铁塔做为接闪装置,所以此种可能雷击途径发生的概率 比较低,只是对于没有铁塔的直放站、城市内较高建筑物上的通信天线和设备以及远离铁塔的专用配电变压器等情况发生直击雷袭击的可能性比较大。
2) 电源线路侵入的雷击
由于现在进入通信基站的电源线路多为远距离经过发电厂和各级变配电变压器传输过来,而且多采用架空线路,所以电源线路遭遇雷击的可能性非常大。电源线路 上的雷击又可分为两类,一类为雷电直接击打在基站附近的电源线上并沿电源线传导进基站,此种雷电能量较大。另一类为雷电发生时由于电磁感应或者静电感应在 电源线路上产生并传导进基站的感应过电压和过电流,此种雷电能量相对前者较小一些。
3) 信号线路侵入的雷击
现在通信基站采用的有线传输方式主要有两种,一种为2兆金属数据线传输,一种为光缆传输,并且布线多采用室外架空走线,所以信号线路上空或者附近发生雷击时,会在信号线路上会产生几KV到几十KV的感应过电压,并沿信号线路传导进基站,造成设备端口的损坏。
4) 天馈线线路侵入的雷击
由于天馈线路是沿着铁塔塔身布线到塔顶通信天线的,所以一旦做为接闪装置的铁塔(或者铁塔上的避雷针)将雷电接闪下来并沿塔身泄放时,就会在与其并行的天馈线线路上产生较高的雷击过电压并传导进基站。
5) 地电位反击
由于现在通信的需要,郊区和山区基站一般都建在地理位置较高的山上,而这些基站由于环境的因素一般接地电阻都比较高,所以直击雷击发生的瞬间基站接地系 统的电位是非常高的,这时会对电源端口和信号端口发生强烈的反击现象,如果电源线路和信号线路没有安装SPD或者SPD性能较差的话,就会造成通信基站设 备的损坏。
6) 电磁场造成的磁破坏
当基站的铁塔或者基站附近发生直接雷击时,会在基站附近的空间内产生一个非常强烈的电磁场,如果建筑物或者设备屏蔽措施做的不好的话,其强烈的磁场就会造成通信设备内集成电路和芯片的损坏,从而造成设备的损坏。

9.2 通信基站设备雷击损坏原因的判断

1) 直击雷损坏设备的判断
直击雷由于能量较大,所以一旦发生设备的损坏情况会非常严重,设备基本上会被打烂,而且会呈漆黑熔化状。所以此种雷击情况也非常好判断。
2) 配电箱、电表箱雷击损坏原因判断
如果雷击是沿电源线路侵入的话,其所经过的途径必然是经过电表箱、各级配电箱、最后到达开关电源的整流模块,也即一旦发生配电箱内的空气开关或者电表发 生损坏的情况基本上可以断定为电源线路侵入的雷击。如果配电箱内或者电表箱附近安有SPD的话,也说明SPD保护水平不够或者没有起到应有的作用。
3) 开关电源整流模块雷击损坏原因判断
如果开关电源整流模块交流部分发生损坏,则有一种雷击途径和二种可能原因。一种雷击途径为沿电源线路侵入的雷击。二种可能原因的第一种为雷电流特别大, 超过了SPD的承受范围造成整流模块的损坏,此种情况应伴有SPD损坏或者空气开关跳闸等情况。第二种可能原因为由于SPD的产品质量或者安装因素导致 SPD没有起到应有的作用。
如果开关电源整流模块直流端口发生损坏,则有二种可能原因,第一种原因为沿电源线路侵入的雷击能量特别大,击穿整 流模块后造成直流部分的损坏,但此种原因的可能性非常低。第二种原因为地电位反击造成,由于直流部分有一极是接地的,(比如-48V电源是正极接地),而 雷击一瞬间地电位是非常高的,也即表示直流部分正负极之间的电压差是非常大的,所以造成直流端口的损坏。
4) 通信主机雷击损坏原因判断
如果通信主机的电源端口发生损坏,则是由于地电位反击造成的,其损坏原因与开关电源直流部分损坏原因一样。
如果通信主机的天馈线端口发生损坏,则是由于天馈线线路侵入的雷击造成的,应该检查天馈线外皮接地情况是否良好和合理以及使用的天馈线SPD的性能质量。
如果通信主机的数据线端口发生损坏,则是由于信号线线路侵入或者感应的雷击造成的,如果使用了信号线SPD应该检查其性能参数和质量。
如果通信主机的外壳上有明显放电痕迹,则应该检查其等电位连接和接地情况。
如果通信主机已因雷击而损坏,但其外表无由于任何损坏迹象则可能是雷击时产生的电磁场引起的。
5) 光端机雷击损坏原因判断
如果光端机的电源端口发生损坏,则是由于地电位反击造成的,其损坏原因与开关电源直流部分损坏原因一样。
如果光端机的外壳与光缆金属加强芯之间有明显的放电痕迹,则是沿着光缆金属加强芯侵入的雷击造成的,应详细检查光缆金属加强芯的接地情况;或采取:由于 光缆标准配盘为2km一盘,长距离传输通过光缆一盘一盘熔接而成,在进基站段余缆(长度小于2km)建议选用非金属加强芯的光缆,以彻底消除雷击沿光缆金 属加强芯的侵入,同时仅进基站一段余缆选用非金属加强芯的光缆基本不影响整个传输线路的强度。

10 结语

移动通信基站手机版万博注册登录保护虽是一个老生常谈的问题,但每年基站中的雷击事故造成通信设备的损坏和基站的退服,促使我们必须精益求精、力求完美;一个合格的手机版万博注册登录工 程是建立在正确的设计(手机版万博注册登录器选型)和规范的施工基础之上的,希望广大手机版万博注册登录界同仁和从事移动通信基站维护的工作者能共同努力,使我们做过的每个手机版万博注册登录工程都 能起到它应该起的作用,这也是我们的目的和职责所在。