分布式基站防雷研究

王華剛，羅森文，關(guān)強(qiáng)華，陳少川

（中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，廣州 510630）

1 引言

分布式基站將射頻和基帶處理單元分離，由基帶處理單元BBU 和拉遠(yuǎn)單元RRU 兩部分組成，給網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營(yíng)引入了新的雷擊風(fēng)險(xiǎn)和安全問題。筆者依據(jù)其防雷特點(diǎn)及差異性，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)闡述了分布式基站的防雷特點(diǎn)與關(guān)鍵指標(biāo)。

2 分布式基站差異性與防雷特點(diǎn)

2.1 差異性分析

分布式基站與傳統(tǒng)宏基站主要的差異是RRU拉遠(yuǎn)系統(tǒng)：RRU拉遠(yuǎn)系統(tǒng)包括直流、控制、信號(hào)、GPS、微波、光傳輸設(shè)備等方式，其采用的傳輸介質(zhì)有射頻電纜、控制線、直流饋電線、中頻電纜、光纜等。這些拉遠(yuǎn)系統(tǒng)由于暴露在外部環(huán)境，其傳輸介質(zhì)在LPZ0B 區(qū)（除光纜以外，這些傳輸介質(zhì)均采取同軸電纜或綜合電纜的形式，實(shí)際屬于LPZ0B與LPZ1的臨界區(qū)），因此增加了雷電引入的風(fēng)險(xiǎn)。

剖析分布式基站的組成，其防雷要求有別于傳統(tǒng)的宏基站，重點(diǎn)差異性如下：

（1）塔頂設(shè)備是有源的，RRU有3根電源線上塔供電,電源線穿越了不同的LPZ區(qū)域。

（2）GPS天線是有源的，天線里面有低噪放，也穿越了不同的LPZ區(qū)域。塔頂存在有源設(shè)備，抗過壓能力比宏基站低；GPS天線暴露在嚴(yán)酷的電磁環(huán)境下，處于LPZ0B區(qū)域內(nèi)，其饋線感應(yīng)雷也可能損害機(jī)房設(shè)備。

（3）RRU與天線間的饋線雖然較短，但數(shù)量多，且處于避雷針旁，電磁環(huán)境惡劣。

（4）引入塔頂電源線，增加感應(yīng)雷損害概率，電源屏蔽線處理的好壞直接影響室內(nèi)外設(shè)備。

（5）采取光纜拉遠(yuǎn)時(shí)，RRU系統(tǒng)遭受雷擊時(shí)可能損壞的設(shè)備包括與RRU直接相連的直流拉遠(yuǎn)系統(tǒng)、GPS、電源設(shè)備等。

2.2 防雷特點(diǎn)

分布式基站采用的典型安裝方式，其應(yīng)用場(chǎng)景及防雷特點(diǎn)可細(xì)分為3類。

場(chǎng)景一、市區(qū)站：RRU在室外集中掛墻或抱桿安裝；BBU在室內(nèi)安裝。

（1）多個(gè)RRU在室外集中布放時(shí)，RRU設(shè)備統(tǒng)一接到室外接地排，室外接地排使用35mm2的電纜就近接到建筑物的防雷地網(wǎng)上。

（2）室內(nèi)直流防雷箱使用35mm2的電纜連接室外接地排。

（3）當(dāng)機(jī)房所處的位置不同，其室內(nèi)防雷箱接地線的長(zhǎng)度不同，如果該機(jī)房處于樓房比較低的位置，則室內(nèi)防雷箱到室外地排的地線比較長(zhǎng)。

（4）在某些安裝位置，存在室內(nèi)防雷箱接地線無法引出的問題。

場(chǎng)景二、市郊站：RRU在室外抱桿安裝；BBU采用室外一體化機(jī)柜安裝。

（1）如果室外電源柜和RRU之間的電源線長(zhǎng)度不超過10m，RRU側(cè)可不接室外防雷箱，室外電源柜內(nèi)的輸入輸出側(cè)自帶防雷器，不用另外加防雷箱。此時(shí)室外柜與RRU可共用一個(gè)接地匯流排。

（2）如果室外柜與RRU之間電源線長(zhǎng)度超過10m，RRU側(cè)應(yīng)設(shè)置室外防雷箱，并設(shè)置單獨(dú)的接地匯流排。

（3）室外柜應(yīng)采用截面積不小于35mm2的多股銅線就近與接地排相連。

（4）RRU的接地線長(zhǎng)度宜小于2m。

（5）RRU及室外防雷箱應(yīng)采用截面積不小于16mm2的多股銅線就近與接地排相連。

場(chǎng)景三、鄉(xiāng)村站：RRU鐵塔上安裝，BBU機(jī)房室內(nèi)安裝。

（1）鐵塔可以利用獨(dú)立的避雷針接地引下線，也可以利用塔體作為泄放通道，接地引下線可采用鍍鋅扁鋼，建議不使用帶有絕緣護(hù)套的多股銅線。

（2）鐵塔地網(wǎng)應(yīng)與機(jī)房地網(wǎng)相連，從地網(wǎng)中分別引出接地端。

（3）對(duì)于樓頂鐵塔，塔腳應(yīng)在不同方向與避雷帶多處連接。機(jī)房接地引入線的接地端宜引接至建筑內(nèi)部原有的PE接地端子或建筑內(nèi)墻的鋼筋，當(dāng)條件不允許時(shí)，也可從避雷帶上引接，此時(shí)應(yīng)避開建筑物四角并遠(yuǎn)離鐵塔塔腳在避雷帶的連接處，其距離應(yīng)大于5m。

（4）鐵塔距饋線窗距離大于5m時(shí)，需在電源線離開鐵塔處將其屏蔽層接地。

（5）室外防雷箱與RRU之間安裝距離宜小于1m。

（6）機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)采用環(huán)形（推薦）或星形接地，將機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)備做等電位連接。

（7）給RRU饋電的直流電源在機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)安裝室內(nèi)防雷箱保護(hù)。

3 分布式基站防雷關(guān)鍵指標(biāo)

3.1 雷擊風(fēng)險(xiǎn)分析

雷電流進(jìn)入基站的可能途徑有：（1）天饋線引雷；（2）RRU的電源線產(chǎn)生暫態(tài)過電壓；（3）交流電源引雷；（4）光纜引雷；（5）地電位反擊；（6）空間電磁感應(yīng)。

3.2 BBU及RRU設(shè)備防雷

筆者對(duì)BBU/RRU設(shè)備可能遭受雷擊損壞的端口進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)規(guī)范，規(guī)定了分布式基站需要防護(hù)的端口及防護(hù)等級(jí)，見表1。

表1 分布式基站防雷端口、等級(jí)

3.3 交、直流電源端口防雷

分布式基站的低壓交流配電系統(tǒng)應(yīng)采用多級(jí)保護(hù)、逐級(jí)限壓，將雷電過電壓限制在設(shè)備能承受的范圍內(nèi)。

第一級(jí)(B級(jí))防雷箱應(yīng)安裝在總配電箱旁，其最大通流容量不小于60kA；第二級(jí)(C級(jí))應(yīng)設(shè)在開關(guān)電源設(shè)備內(nèi)部，其最大通流容量不小于40kA，兩級(jí)SPD間的退耦距離應(yīng)大于5m。電源端口防雷分級(jí)見表2。

表2 電源端口防雷分級(jí)

針對(duì)RRU直流饋電的特點(diǎn)，直流電源端口防雷還需特別采取如下防雷措施：

（1）來自RRU的電源饋線須經(jīng)直流防雷箱后再接入機(jī)房電源柜。

（2）RRU的電源線需要屏蔽線；屏蔽線應(yīng)在饋線窗外可靠接至室外地排。

（3）需加裝直流防雷箱，該直流防雷模塊電路拓?fù)淇蓞⒖紙D1。

圖1 直流防雷模塊電路拓?fù)?/p>

3.3 等電位連接

基站機(jī)房宜采用均壓環(huán)進(jìn)行等電位連接，交流電源進(jìn)線處應(yīng)設(shè)置總接地排，設(shè)備側(cè)應(yīng)設(shè)置二級(jí)匯流排，在機(jī)房?jī)?nèi)沿走線架或墻壁設(shè)置環(huán)形接地匯集線，環(huán)形接地匯集線應(yīng)多點(diǎn)就近與地網(wǎng)連通，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備由環(huán)形接地匯集線就近接地，連接方法見圖2。

圖2 采用均壓環(huán)進(jìn)行等電位連接

3.4 光纜的綜合保護(hù)

光纜進(jìn)入基站有兩種接地方式：一種是采取在終端桿處將光纜加強(qiáng)芯及金屬外護(hù)層斷開并接地的方式；另一種是光纜直接引入在機(jī)房?jī)?nèi)接地的方式。

（1）光纜金屬構(gòu)件斷開方式。

光纜進(jìn)入機(jī)房前在終端桿處可先將其加強(qiáng)芯及金屬外護(hù)層在光端盒中斷開并直接接地，光纜由光端盒至機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)架要求采用非金屬光纜。

（2）光纜金屬構(gòu)件直接引入方式。

光纜進(jìn)入機(jī)房后，如果有光纜接頭盒，則光纜金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層在接頭盒內(nèi)接地，然后再引到光端機(jī)或綜合柜中。

如果光纜進(jìn)入機(jī)房后直接進(jìn)入綜合柜，則應(yīng)將光纜金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層直接接在與機(jī)架絕緣的專用接地排上，并用不小于16mm2的多股銅線引接到站內(nèi)總接地匯流排。

（3）當(dāng)光纜采用架空方式引入無線基站時(shí)，鋼絞線可采取兩種保護(hù)方式：一種是將懸掛光纜的鋼絞線通過加絕緣子不接地；另一種是將鋼絞線直接接入基站地網(wǎng)。

3.5 GPS防雷

GPS避雷器應(yīng)靠近基站BBU安裝，并可靠接地，其最大放電電流應(yīng)大于15kA（8/20μs）；如安裝在鐵塔上，則GPS饋線需要至少三點(diǎn)接地；如安裝在其它位置，則建議GPS全程絕緣安裝。

4 結(jié)語(yǔ)

分布式基站方興未艾，各大運(yùn)營(yíng)商均高度重視網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)營(yíng)，通過近年來的建設(shè)、探索，各移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的進(jìn)步。中國(guó)電信在廣東開展了分布式基站雷擊保護(hù)的試點(diǎn)現(xiàn)網(wǎng)研究、防雷工程改造，取得了一定的成效。該試點(diǎn)獲取的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，有力保障了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)營(yíng)，其中的關(guān)鍵性能指標(biāo)，已部分形成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并將進(jìn)一步推動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的快速發(fā)展。