一種智能防雷重合閘節(jié)能裝置的設計應用

郭彥軍，郭俞欣

（1.中國移動通信集團有限公司周口分公司，河南 周口 466000；2.河南大學軟件工程學院，河南 開封 475001）

0 引 言

根據(jù)專業(yè)統(tǒng)計，每年有大量基站因遭受雷擊而損壞，造成的損失約為6 000萬元。現(xiàn)網基站防雷系統(tǒng)是通過在交流配電箱加裝B級防雷器和在開關電源加裝C級防雷器，接入基站地網進行雷電防護。B級防雷和C級防雷是壓敏電阻在雷電來時通過擊穿自己對大地放電來保護后級設備，但同時也有一部分雷電電流會對后級通信設備造成損壞，這種避雷器其實就是一次性避雷器，維護費用過高且防雷效果差[1]。

為了節(jié)省公司基站、機房維護費用，保障通信設備正常運行，實現(xiàn)降本增效，中國移動通信集團有限公司河南周口分公司聯(lián)合河南大學研發(fā)了智能防雷重合閘節(jié)能裝置，改基站傳統(tǒng)的被動式防雷為主動式防雷，實現(xiàn)對基站通信設備的防護，確保通信設備安全、穩(wěn)定、可靠運行[2]。

1 基于智能防雷重合閘節(jié)能裝置的通信基站防雷系統(tǒng)

《通信局（站）防雷接地工程設計規(guī)范》（GB 50689—2011）對通信基站的防雷系統(tǒng)提出了新的要求，在雷擊頻繁地區(qū)宜采用自恢復功能的智能重合閘防雷器。對于移動基站、微波站、接入網、模塊局、光中繼站以及小型通信站等，需要使用智能重合閘過流保護器。

筆者自主研發(fā)的智能防雷重合閘節(jié)能裝置是一種主動式雷電隔離防御系統(tǒng)，能夠在雷暴來臨時智能斷開基站與市電線路的連接，雷暴消失后自動恢復基站與市電線路的連接，從根源上徹底隔離雷電入侵基站[3]。此外，其無需每年更換B級和C級防雷器，投入成本低，運行安全、可靠，具備自動重合閘和遠程重合閘功能，不需要運維人員到站即可自動恢復供電，節(jié)省了大量的人力、物力。智能防雷重合閘節(jié)能裝置實物如圖1所示。

圖1 智能防雷重合閘節(jié)能裝置實物

該裝置能夠智能監(jiān)測電子設備在線路中引起的高次諧波、長導線對地泄漏電流，在雷暴來臨時智能斷開基站與市電線路的連接，雷暴消失后自動合閘，從根源上徹底隔離雷電入侵基站，避免線路漏電引發(fā)的安全事故，確保通信基站安全，有效保護通信設備。

現(xiàn)有基站防雷系統(tǒng)如圖2所示。通過在交流配電箱加裝B級防雷器和在開關電源加裝C級防雷器，引入基站地網進行雷電防護，有一部分雷電流會對后級通信設備造成損壞，防雷效果差。

圖2 現(xiàn)有基站防雷系統(tǒng)

通過引入智能防雷重合閘節(jié)能裝置，基站智能防雷系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 基站智能防雷系統(tǒng)

按照設計圖紙組裝箱體、智能防雷重合閘節(jié)能裝置、接地銅排、信號指示燈以及聲光報警器等，完成組裝后加電測試。5G宏站安裝實物如圖4所示，5G小微基站安裝實物如圖5所示。

圖4 5G宏站安裝實物

圖5 5G小微基站安裝實物

該裝置具有智能防雷、自動重合閘、交流過壓保護、欠壓保護以及過流保護等功能，具有自動、手動、遙控、定時開關4種控制模式[4]。為了掌握在網運行蓄電池的健康狀況和實際容量，蓄電池入網后每年需做一次核對性放電試驗，每3年需做一次容量試驗（蓄電池使用6年后需每年一次）。傳統(tǒng)的蓄電池核容實驗需維護人員驅車前往基站現(xiàn)場將蓄電池從系統(tǒng)上一組一組拆下來，然后再利用假負載對蓄電池進行放電，浪費大量的人力、物力和電能。而利用自主研發(fā)的智能防雷重合閘節(jié)能裝置，工作人員能夠遠程對匯聚機房、基站的蓄電池組進行核對性放電實驗和容量實驗，大大提高了工作效率。此外，在電價最低的時段對蓄電池充電，在電價最高的時段由蓄電池放電，利用削峰填谷實現(xiàn)節(jié)能降耗[5]。

當前5G基站能耗較高，設備利用率很低，夜間幾乎沒有客戶在線使用，電能浪費嚴重。該裝置可以在00:00—05:30智能關斷5G基站設備，實現(xiàn)節(jié)能降耗。利用手機App遠程設置自動開關時間，實現(xiàn)5G節(jié)能。

2 創(chuàng)新應用及效益

從2021年6月份開始，智能防雷重合閘節(jié)能裝置在中國移動通信集團有限公司周口分公司116座5G基站進行了推廣應用，效果非常明顯，避免了設備遭受雷擊，節(jié)省大量維護費用，實現(xiàn)了降本增效。

每座5G基站每年更換避雷器的費用是1 600元，目前全區(qū)計劃安裝780座5G自留基站，每年可節(jié)省維護費用為1 248 000元。按全省10 000座基站計算，每年可節(jié)省維護費約16 000 000元。除此之外，通過電池核容、削峰填谷、智能開關5G節(jié)能技術等手段節(jié)省的維護費用更加可觀。如果從基站被雷擊后造成通信設備退服、影響網絡運行指標和公司運營收入等方面考慮，經濟效益更好。該成果可以廣泛應用于通信運營商基站、機房等對供電可靠性要求較高的供電場景進行雷電防護，實現(xiàn)進一步的降本增效。

3 結 論

通過應用智能防雷重合閘節(jié)能裝置，將基站傳統(tǒng)的被動式防雷轉變?yōu)橹鲃邮椒览?，從根源上徹底隔離雷電入侵基站，避免設備遭受雷擊，節(jié)省大量維護費用，確保了基站安全、節(jié)能運行，提升了網絡供電安全性，實現(xiàn)了降本增效。