無線基站用光伏供電系統(tǒng)的防雷

［關(guān)強華 羅森文 陳少川 王華剛］

無線基站用光伏供電系統(tǒng)的防雷

［關(guān)強華 羅森文 陳少川 王華剛］

越來越多的光伏供電系統(tǒng)應(yīng)用于無線通信基站，這些光伏供電系統(tǒng)絕大多數(shù)建設(shè)于高山、海島等高雷擊風(fēng)險區(qū)域，雷擊損壞事件常有發(fā)生，亟待制定相關(guān)防雷規(guī)范或指導(dǎo)意見。提出了無線基站用光伏供電系統(tǒng)各端口的雷擊抗力要求指標和防直擊雷措施等，對于保障通信用光伏供電系統(tǒng)正常運營具有一定的價值。

光伏 供電 防雷

關(guān)強華

中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，長期從事通信防護技術(shù)研究和標準制定工作，在通信防護支撐領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)及豐富的實踐經(jīng)驗。

羅森文

中國電信股份有限公司廣州研究院實驗室運營中心副總經(jīng)理，長期從事通信防護技術(shù)研究和管理工作。

陳少川

中國電信股份有限公司廣州研究院實驗室運營中心經(jīng)理，長期從事通信防護技術(shù)研究工作。

王華剛

中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，長期從事通信系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)研究和標準制定工作。

1 引言

光伏供電系統(tǒng)符合節(jié)能減排的社會需求，符合綠色通信的發(fā)展趨勢，越來越廣泛地應(yīng)用于無線通信基站。無線基站用光伏發(fā)電系統(tǒng)絕大多數(shù)建設(shè)于高山、海島、樓頂?shù)雀呃讚麸L(fēng)險的LPZ0區(qū)，存在較大的直擊雷和感應(yīng)雷擊風(fēng)險，雷擊損壞事件常有發(fā)生，通信運營企業(yè)亟待相關(guān)防雷規(guī)范。

2 無線基站用光伏供電系統(tǒng)

無線基站用光伏供電系統(tǒng)分為并網(wǎng)型和獨立型，是利用太陽能向通信設(shè)備提供電力的一種發(fā)電、蓄電組合裝置。該供電系統(tǒng)輸出不同電壓等級的直流電，供給后級低壓配電系統(tǒng)負載。

無線基站用光伏供電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣（含匯流箱），控制器（包括太陽能電池組件穩(wěn)壓裝置和直流配電單元或與其他電源系統(tǒng)的接口等），逆變器（可選），蓄電池組等組成。系統(tǒng)主要部件構(gòu)成如圖1所示。

它有時與風(fēng)能發(fā)電混合使用，形成通信用風(fēng)/光供電系統(tǒng)。

圖1 風(fēng)/光供電系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

3 光伏供電系統(tǒng)雷擊環(huán)境分析

小型通信設(shè)備的雷擊環(huán)境按照惡劣程度差異主要可分為3類：

（1）I類環(huán)境：防雷、配電、連接和接地等符合k.27或k.35要求的物理設(shè)施環(huán)境。通常此類物理設(shè)施處于LPZn區(qū)（n≥2），其所有外部信號口、電源口通常均在設(shè)施的外部端口電纜入口處配置有初級保護器。

（2）II類環(huán)境：不符合I類環(huán)境要求的用戶樓宇環(huán)境。通常此類環(huán)境處于LPZ1區(qū)，其所有外部信號口、電源口無初級保護器，且設(shè)備連接和接地?zé)o法滿足k.27或k.35的相關(guān)要求。

（3）III類環(huán)境：處于戶外的物理設(shè)施環(huán)境。通常此類環(huán)境處于LPZ0B，屬于高暴露環(huán)境。其所有外部信號口、電源口無初級保護器，且可能遭受較強等級的雷電危害。通信用光伏供電系統(tǒng)也處于此類環(huán)境，為雷擊風(fēng)險最大的環(huán)境。III類環(huán)境參考圖2所示。

圖2 通信用風(fēng)/光供電系統(tǒng)所處III類雷擊環(huán)境示意圖

III類環(huán)境設(shè)施，主要包括但不限于：

（1）街邊安裝環(huán)境

（2）用戶樓宇頂部安裝環(huán)境

（3）用戶樓宇外墻安裝環(huán)境

（4）掛桿安裝環(huán)境

如圖2所示，無線基站用光伏供電系統(tǒng)主要安裝在LPZ0區(qū)，應(yīng)重點防范直擊雷及其附屬線路上的感應(yīng)雷擊。

4 光伏供電系統(tǒng)直擊雷防護

無線基站用光伏供電系統(tǒng)必須有完善的防直擊雷保護措施。當光伏供電系統(tǒng)處于所處大樓、場所、鐵塔的接閃器的保護范圍內(nèi)且安全距離不小于1000mm時，可采用所處大樓、場所、鐵塔的接閃器作為直擊雷保護措施（如果安全距離無法滿足，則必須與建筑物的接閃器直接相連）。避雷針的保護范圍可簡單采用450角法計算。安全距離如圖3所示。

圖3 安全距離示意

當太陽能電池方陣處于樓頂位置時，應(yīng)盡量遠離房檐、屋角等高落雷區(qū)域。當太陽能電池方陣處于所處大樓、場所、鐵塔的接閃器的保護范圍之外時，電池方陣支架處安裝避雷針。

圖4 太陽能電池方陣安裝避雷針圖片

如果為風(fēng)/光混合供電系統(tǒng)，當風(fēng)力發(fā)電機組處于鐵塔接閃器保護范圍外時，則風(fēng)力發(fā)電機組也必須有完善的防直擊雷措施，主要包括：

（1）葉片表面或嵌入葉片表面的接閃系統(tǒng)；

（2）在葉片表面安裝雷電接閃系統(tǒng)的一個替代的辦法是使得葉片表面自身能夠?qū)щ姡?/p>

（3）在機艙頂端安裝接閃器。

5 光伏供電系統(tǒng)的連接與接地

無線基站用光伏供電系統(tǒng)的等電位連接應(yīng)符合相關(guān)國、行標的要求。

太陽能電池方陣的等電位連接推薦采用以下方法：

（1）對于分立支架，由于支架間沒有通過結(jié)構(gòu)件連成整體，應(yīng)在施工中用跳線將鄰近的支架進行等電位連接，跳線可以采用的銅、鋁或鋼導(dǎo)體。支架、支柱基礎(chǔ)不少于兩點與站點地網(wǎng)進行連接如圖5所示。

圖5 分立支架的連接與接地

（2）對于整體支架，由于支架結(jié)構(gòu)件已經(jīng)保證了整體電氣連續(xù)性，支架不用另外的等電位連接處理。支架、支柱基礎(chǔ)不少于兩點與站點的接閃器或地網(wǎng)進行連接如圖6所示。

圖6 整體支架的連接與接地

為減少雷電感應(yīng)，由光伏供電系統(tǒng)電纜線路構(gòu)成的回路應(yīng)盡可能的小、短和直。有條件的應(yīng)穿金屬管并做埋地處理，金屬管應(yīng)接地。

無線基站用光伏供電系統(tǒng)應(yīng)采用聯(lián)合地網(wǎng)。建議站點接地系統(tǒng)宜采用環(huán)形接地體或者將建筑物混凝土基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體。當采用環(huán)形接地體時，接地體須采用裸導(dǎo)體，水平接地體與建筑物邊緣的距離約為1m，其埋地深度約為0.7m。附加的接地體盡可能地在引下線處和環(huán)形接地體連接，連接點盡可能均勻分布。

光伏供電系統(tǒng)的匯流箱可以安裝在光伏組件支架上，不需要與支架絕緣，匯流盒的接地線直接接到支架上，建議接地線徑不小于6mm2，長度建議不超過2米。

6 光伏供電系統(tǒng)各端口雷電防護能力

6.1 光伏供電系統(tǒng)雷擊抗力要求

根據(jù)光伏供電系統(tǒng)所處環(huán)境和雷擊強度，建議各端口雷電防護能力滿足表1的要求。

表1 風(fēng)/光供電系統(tǒng)各端口雷電防護能力

對于無線基站用光伏供電系統(tǒng)，推薦的SPD采用對稱1+1的模式，具體的安裝及保護電路如圖7所示。

圖7 光伏供電系統(tǒng)直流SPD典型的保護電路示意

6.2 測試方法

對于光伏供電系統(tǒng)防雷性能測試均應(yīng)在正常工作（供電）狀態(tài)下進行，對于必要的輔助設(shè)備也應(yīng)與主設(shè)備一起作為一個整體進行試驗。

對于端口測試，同種類型的、多個無差別端口只需要選擇一個進行測試。

雷擊試驗應(yīng)在兩個連續(xù)的浪涌信號間轉(zhuǎn)換極性，在相應(yīng)的試驗部位上，施加正、負極性的干擾至少各5次。同一端口的兩次連續(xù)試驗的時間間隔不小于1min。

當橫向試驗施加在一個端口時，該端口的一個端子應(yīng)連接到信號發(fā)生器，其它端子應(yīng)接地。試驗后應(yīng)依次調(diào)換端子再進行試驗。

典型的試驗設(shè)置如圖8所示。

圖8 典型試驗設(shè)置方框圖

7 小結(jié)

本文詳細論述了無線基站用光伏供電系統(tǒng)雷擊環(huán)境因素，從直擊雷防護、連接與接地、各類端口雷擊抗力要求和測試方法等多角度，全面闡述了無線基站用光伏供電系統(tǒng)的防雷要求和措施，希望本文對保障光伏供電系統(tǒng)的防雷擊安全有所幫助。

1 IEC 61400-24 風(fēng)力發(fā)電機組雷電防護

2 GB 50057-2010 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范

3 GB 50689-2011 通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范

4 EN 50539-11 低壓浪涌保護裝置-用于包括直流在內(nèi)的特定應(yīng)用的浪涌保護裝置

5 YD/T 1082-2010 接入網(wǎng)設(shè)備過電壓過電流防護技術(shù)要求和試驗方法

圖4 網(wǎng)絡(luò)攻擊防護

送給SDN控制器；

（4）SDN控制器通過OPENFLOW協(xié)議將Traffic-Flow指令下發(fā)流表給設(shè)備；

（5）OPENFLOW設(shè)備執(zhí)行流表的轉(zhuǎn)發(fā)條目（丟棄、限速或轉(zhuǎn)發(fā)）。

5 結(jié)束語

基于SDN的智能流量管理系統(tǒng)是在軟件定義網(wǎng)絡(luò)框架下，在虛擬化網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)按需服務(wù)，提供流量可視化、業(yè)務(wù)可控制和控制自動化的智能管理能力?；赟DN的智能流量管理系統(tǒng)除了文中提到的兩個典型應(yīng)用場景外，還可以提供諸如基于流量的計費、統(tǒng)計和控制，基于流量工程的多路徑轉(zhuǎn)發(fā)控制等。由于我們采用了開放性的REST API接口，這就有可能在后續(xù)的研究工作中進一步和IPS/IDS業(yè)務(wù)安全分析系統(tǒng)集成，實現(xiàn)7層業(yè)務(wù)的安全分析，并進一步通過SDN控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)行為控制。

參考文獻

1 王素彬等.SDN與流量精細化運營，電信科學(xué)，2014，30（11）Mark M.Clougherty等.SDN在IP網(wǎng)絡(luò)演進中的作用，電信

2 科學(xué)，2014，30

（收稿日期：2016-07-19）

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.08.013

2016-08-08）