5G基站共享電力塔技術(shù)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)正如火如荼地進(jìn)行，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)容量和覆蓋的要求不斷提高。5G基站“高頻段”的技術(shù)特性，決定著基站的間距將越來(lái)越小，密度越來(lái)越大，需要進(jìn)一步合理規(guī)劃站址，降低選址難度，縮短建設(shè)工期，有效控制成本。

隨著電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)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(wǎng)通道。這種電網(wǎng)輸電線路的廣泛布局，為基站共享電力鐵塔資源創(chuàng)造了良好契機(jī)。5G基站桿塔共享電力桿塔是城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行多功能合一的嘗試，目的在于提高公用基礎(chǔ)設(shè)施資源的利用率，減少城市公用基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，減少土地資源的浪費(fèi)，對(duì)節(jié)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(lèi)

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(jié)構(gòu)形式，可分為桿類(lèi)和塔類(lèi)；按用途，可分為直線塔、轉(zhuǎn)角塔、終端塔以及跨越塔。不同類(lèi)型的電力桿塔承載能力不同，一般電力塔高度較高且場(chǎng)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(zhuǎn)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(yīng)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(shè)備的電力桿塔，應(yīng)遵循安全、經(jīng)濟(jì)以及影響最小的設(shè)計(jì)理念。因此，以下幾類(lèi)桿塔不建議選取[1]。

（1）接近或超過(guò)設(shè)計(jì)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(qiáng)度可能會(huì)降低。同時(shí)，由于原設(shè)計(jì)規(guī)范的欠缺，增加外部荷載，桿塔會(huì)存在一定的安全隱患。

（2）20 mm及以上重覆冰鐵塔。在重冰區(qū)環(huán)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(fā)生脫落冰塊撞擊基站天線發(fā)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(fēng)口、峽谷以及分水嶺等微地形點(diǎn)的桿塔；與重要設(shè)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(jiàn)天線掛高分布范圍為25～50 m。對(duì)于一些街道站，主要用于解決小密度大容量的需求問(wèn)題，天線掛高一般為10～15 m。

5G建設(shè)初期，主要覆蓋人口比較密集和繁華的區(qū)域。電力鐵塔加裝通信基站，主要是為了補(bǔ)充加強(qiáng)。在電力鐵塔上加掛基站天線時(shí)，距離高壓電力線路較近時(shí)需考慮對(duì)電力線路的影響?；咎炀€的安裝位置與最下層帶電體應(yīng)滿足一定的安全距離，還應(yīng)考慮絕緣子串長(zhǎng)（跳線串長(zhǎng)）、相應(yīng)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(jí)的安全距離可參照表1確定[2]。

表1 安全距離計(jì)算值

2.2 天線平臺(tái)的設(shè)置

為盡量減少對(duì)電力桿塔的新增荷載，不采用新增天線平臺(tái)而采用增加天線抱桿。

2.2.1 安裝位置

從通信設(shè)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(gè)。從前期建設(shè)、后期運(yùn)維以及安全管理的角度出發(fā)，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(duì)原電力桿塔的改動(dòng)，建議采用無(wú)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(yīng)用固定卡箍與天線桿擰緊，天線與天線支撐桿的連接應(yīng)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(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，GPS天線和塔體的水平距離不宜小于1.5 m，此規(guī)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(wèn)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(qiáng)度核算

電力規(guī)范規(guī)定的110～220 kV輸電線路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，而通信行業(yè)規(guī)范YD/T 5131-2019《移動(dòng)通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定移動(dòng)通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年[4]。

根據(jù)電力規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)電壓等級(jí)為110～750 kV鐵塔時(shí)，基本風(fēng)壓重現(xiàn)期為30年，與通信塔區(qū)別較大。電力塔設(shè)計(jì)荷載相比通信鐵塔除考慮自重荷載、風(fēng)荷載以及地震作用外，還需重點(diǎn)考慮導(dǎo)線荷載和裹冰荷載，因此工況十分復(fù)雜。風(fēng)荷載計(jì)算中，電力塔本身的風(fēng)振系數(shù)相比通信鐵塔降低30%以上，導(dǎo)致同等條件下塔身風(fēng)荷載更小，但還需考慮導(dǎo)線的風(fēng)荷載。

建議電力桿塔共享應(yīng)按原設(shè)計(jì)中的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及氣候等條件進(jìn)行承載能力復(fù)核，因?yàn)殡娏﹁F塔在設(shè)計(jì)風(fēng)壓和荷載等方面與通信塔有較大區(qū)別，所以一般由電力設(shè)計(jì)單位承擔(dān)電力塔的復(fù)核工作。

2.4 防雷及接地

國(guó)標(biāo)GB 50689-2011《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求基站天線、饋線以及走線架等設(shè)施均應(yīng)在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)[5]。5G AAU的安裝位置位于導(dǎo)線下方，電力鐵塔的防雷保護(hù)可完全滿足天線保護(hù)角的要求。

為避免浪涌對(duì)回路設(shè)備造成損害，當(dāng)基站電力采用架空方式引入時(shí)，應(yīng)將供電系統(tǒng)第一級(jí)SPD的最大通流容量向上提高一個(gè)等級(jí)[5]。饋線在電力桿塔上敷設(shè)時(shí)不需額外加裝保護(hù)設(shè)施，直接連接室外接地網(wǎng)。基站新建接地網(wǎng)與電力桿塔地網(wǎng)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(tǒng)一的接地網(wǎng)[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(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為-48 V后再向塔上的AAU設(shè)備供電。

由于5G超密集組網(wǎng)的特點(diǎn)，市電引入?yún)f(xié)調(diào)困難且后期運(yùn)維成本很高，采用“微網(wǎng)格供電”方式可有效解決該問(wèn)題。直流遠(yuǎn)供和交流遠(yuǎn)供采用網(wǎng)格化供電模式，降低基站引電的難度及建設(shè)和運(yùn)維成本?！拔⒕W(wǎng)格供電”方式如圖5所示。

對(duì)于不便上站維護(hù)的基站，可安裝“自動(dòng)閉合開(kāi)關(guān)的電路和配電箱”，實(shí)現(xiàn)市電故障自動(dòng)檢測(cè)與合閘，以達(dá)到免維護(hù)的目的。自動(dòng)重合閘配電箱如圖6所示。

圖5 微網(wǎng)格供電示意圖

圖6 自動(dòng)重合閘配電箱圖

3 結(jié) 論

5G基站共享電力塔明顯節(jié)約投資并縮短工期，能有效節(jié)約社會(huì)資源，充分發(fā)揮電網(wǎng)通道資源的利用率，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力和水平。通過(guò)前期的應(yīng)用試點(diǎn)來(lái)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(shù)方案具有可行性?？梢?jiàn)，推進(jìn)電力桿塔共享是一項(xiàng)互惠互利、利國(guó)利民的工作。