淺談GSM-R基站的防雷與地線系統

徐 鴻

徐 鴻:蘭州鐵路局蘭州通信段 工程師 750021 蘭州

隨著我國客專、高鐵的不斷建成，GSM-R網絡也越來越多，其中絕大多數基站處在空曠地帶，天線高度一般在15～60 m左右，在雷雨季節最易遭受雷擊事故。雷擊不但造成設備損壞，危及行車安全，而且也對站內人員的生命安全構成嚴重威脅。因此，科學的防雷與地線設計技術、優質的工程質量和認真細致的日常維護都是非常重要的工作。

1 防雷設計

防雷最基本的思想就是用優良導線將雷電或其他危險高壓電瞬時接入大地，降低對人體和設備的危害。雷擊包括直接雷擊和感應雷擊。防雷措施分為三級，設備系統的邊界處為初級防雷，通信設備對外端口為末級防雷，中間為次級防雷。防雷設計時要確定初級防雷等級，次級防雷等級和位置，確定各級防雷參數，使設備處于最好的被保護狀態。在GSM-R基站中，天線、饋線、鐵塔、電源線、信號線都是易產生雷擊的路徑，因此在設計上要做到全面、科學、合理。

1．塔頂避雷針。GSM-R基站5 m范圍內應該安裝接閃器做直擊雷防護，通常采取將避雷針固定在天線抱桿上的做法，此時避雷針的針尖應高出天線頂端1 m，保護角為30°，最差不超過45°。

2．饋線引入防雷。饋線是連接室外天線和室內設備的信號線纜，饋線引入必須做防雷處理，通常采用饋線接地法。饋線接地采用與它線徑相配套的專用接地卡接地，接地線徑不小于10 mm2。饋線在離開平臺1 m處，離開塔體1 m處，入機房外1 m處，平行距離每20 m處都要可靠接地。

3．光纜引入防雷。光纜內含有鋼性加強芯，可以感應非常高的危險電壓，引入室內時必須做接地保護。常用保護方式有:光纜接頭處兩側金屬構件不做電氣連通，架空光纜每隔300 m鋼質吊線接地并且每隔1000 m加裝絕緣子進行電氣斷開，在終端盒或者ODF架與機架絕緣后，使用截面不小于16 mm2多股銅線單獨引到站內總接地排。

4．同軸線接地。同軸線是室內多股、多根、較長線纜，所以也應做接地防雷處理。外層網狀細銅線和同軸頭外體相連，所有同軸頭外體都和DDF架相連，在DDF架上應使用截面不小于16 mm2多股銅線單獨引到站內總接地排。

5．電源線防雷。供電線路應該采用地埋敷設，不宜長距離架空。如果地埋有困難時，應該適當增加電源系統第一級過壓保護設備的防護等級。引入機房的交流市電應采用B級防雷器，防雷器應接近地線排安裝，防止殘壓過大損壞后級設備。使用模塊式SPD(浪涌保護器)時引接線長度應小于1 m，接地線長度應小于1.5 m，并聯型SPD應盡量減少引接線長度，推薦采用開爾文接法。

6．音頻線防雷。有音頻引出線的GSM-R機房，機房內音頻配線架(VDF)應選用含有保安裝置的，而且架體要用合格接地線引至接地銅排。

2 地線設計

良好的接地系統是防雷擊的重要保障。通信系統的接地類型分為工作接地、保護接地、防雷接地。在GSM-R系統中應采用聯合接地方式，即設備的交流工作地、直流工作地、保護地、防靜電地、防雷地在地下共用同一地網的接地方式。接地系統由接地網、接地引下線、接地匯集線、接地線組成。接地網就是地下接地體的聯合體，一般是由鍍鋅扁鋼將鐵塔地網、設備地網、建筑地網等連接起來。接地引下線就是連接接地網和接地匯集線的。接地匯集線連接到各個接地銅排，接地線就是連接設備和接地銅排的。

1．接地網。接地網要盡可能抑制地電位反擊，如果地電位反擊會造成危害影響，則要盡可能實現等電位連接。接地網要在機房四周環形分布，應在適當位置留出測試端，方便檢測接地電阻。

2．接地引下線。地網到機房的接地引下線長度不宜超過30 m，材料采用扁鋼。接地引下線應從地網環形接地體上不同的兩處引入到機房接地匯聚線，條件允許時盡量做到接地引下線與地網的連接點遠離避雷針、鐵塔等接地引下線5 m以上，不宜從塔腳附近引入，也不宜從管道溝渠旁引入。

3．接地匯集線。接地匯集線宜在機房沿內墻或是地槽、走線架敷設成環形(簡稱均壓環)，材料用扁鋼或銅線。

4．接地線。接地線包括工作接地線和保護接地線。工作接地線包括交流接地線和直流接地線。多個設備的保護接地線應做等電位連接，嚴禁串接至接地銅排。直流工作接地應從室內直流接地匯集線上就近接地，嚴禁從交流配電屏(箱)直接引接。機房設備正常不帶電部分均應做保護接地，嚴禁做接零保護。設備金屬外殼、前后門板應可靠接地。機房內走線架、電池架、機架、金屬通風管道、金屬門窗均要做保護接地。互聯設備的互聯接口沒有防浪涌等級，則設備的工作地必須實現等電位連接，否則端口必須設計必要的防浪涌等級。有互聯關系的設備應處于接地網絡等電位面上，否則互聯端口應加裝浪涌防護。

5．各級防雷器泄放電流的大小是不同的，越大的泄放電流要盡快入地，泄放電流路徑設計要合理，嚴禁較大泄放電流進入較小泄放路徑。

3 工程質量

有了科學的設計，在施工中還要確保工程質量。在施工中要做到材料合格、工藝合格、指標合格才能確保工程質量優良。

1．避雷針采用圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼直徑不小于16 mm，鋼管直徑不小于25 mm，鋼管壁厚度不小于2.5 mm;接地引下線應采用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼;各個連接點、焊點應絕對牢靠，有防腐銹措施;接地電阻不大于10 Ω。

2．饋線接地卡無銹蝕，卡接緊密，接地線徑截面不小于10mm2;其他各種信息線纜，如光纜、同軸纜，其接地線徑截面不小于16 mm2;各個接點連接緊固，有防腐銹措施。

3．交流電的4線(L1L2L3和N)都要有防雷措施;TT供電方式下，電源防雷器采用3+1安裝方式，即采用3個限壓型避雷器裝在L和N之間，1個間隙性避雷器安裝在N和PE之間;交流電源配電柜采用C級防雷器，建議不小于40 kA;浪涌保護器應選用經過信息產業部認可的防雷產品質量檢測部門測試合格的產品。

4．人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.7 m，寒冷地區應埋設在凍土層以下;接地體應遠離窯、煙道、暖氣道等熱感地帶，因為這些區域的土壤電阻率會升高;垂直接地體長度不小于2.5 m，角鋼規格不小于50 mm×50 mm×5 mm，厚度不小于3.5 mm;接地體應該采用焊接連接，焊接時做到多面無縫焊接，整體無松動、脫焊、接觸不良現象，焊接部位還要做良好的防腐處理;接地體在土壤電阻率較高區域時，應采取適當的降低接地電阻方法。

5．接地引下線的出土部分應設有防機械損傷的鋼管保護，采用涂防銹漆或瀝青等防腐防銹措施。

6．接地匯集線。均壓環采用扁鋼時規格為不小于40 mm×4 mm的熱鍍鋅，為銅線時截面積不小于90 mm2。

7．保護地應采用多股銅線，不得留長，不得盤繞，不得接頭，保護地線應直接接地，中間不應加裝熔斷器或開關;所有接地線在滿足工程設計的基礎上，盡量選擇最短的接地路徑，以降低地電位抬升。

信號線、電源線、地線最好應分開布放，需要并行時至少需保持100 mm以上間距。室外接地線盡量采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼，以便防鼠防盜及降低導體自身感抗。直流工作接地線采用截面積不小于35 mm2多股銅線。接地銅排的一個空洞只允許接一根保護地線，防止大的電流沖擊后接頭松動，也便于施工維護。接地銅排連線時需將銅排表面氧化層打磨掉，使用不銹鋼螺栓，并涂抹黃油進行防腐、防銹處理。接地銅排規格不小于400 mm×100 mm×5 mm銅板。小型設備如環監、服務器、光端機等用截面積不小于4mm2的多股銅線到機架匯流排，然后用面積不小于16 mm2多股銅線到接地銅排。

4 日常維護

1．定期檢查防雷體系的完整性，在每年雷雨季節前(3月)和雷雨季節后(10月)，應進行一次檢查。檢查避雷針和引下線是否連接良好，是否有銹蝕，接地體附近地面有無異常。

2．音頻配線架(VDF)上端子如果連接外部音頻線，一定要插上保安器，紅燈亮表示保安器有故障，應立即更換。

3．防雷模塊各連接部分接觸良好，空開應閉合，正常狀態下為綠色，失效為紅色，失效的應立即更換;要進行防雷模塊實驗，拔出防雷模塊后監控單元顯示告警，回位后告警消失。

4．防雷地不大于10 Ω，工作地、保護地不大于4 Ω。電阻不合格時應該查找原因及時克服。

降低接地電阻的常用方法:①更換土壤，在接地體周圍0.5 m以內和接地體的1/3處，用電阻率較低的土壤將原有土壤置換掉;②對土壤進行化學處理，在接地體周圍土壤里加入食鹽、木炭、爐灰、電石渣、石灰等化學物，但是這種方法會加速接地體的腐蝕;③深埋接地體，3m深處土壤電阻系數為100%，5 m深處為60%，9 m深處為20%;④利用降阻劑，在接地體周圍敷設降阻劑，宜采用物理長效降阻劑，不宜采用化學降阻劑;⑤接地體采用鋼管，在鋼管上每隔20 cm鉆一個直徑5 mm小孔，將污水引入到接地體及其周圍。

5 結束語

GSM-R基站的防雷與地線系統是GSM-R網絡系統中非常重要的組成部分，是保障人身安全、通信設備安全可靠運行的主要技術措施之一。由于，GSM-R鐵路通信網絡正在擴建，基站設備受地形、鐵塔、電氣化輸電線路影響，增加了雷害的概率，而且目前對GSM-R基站的防雷與接地系統維護經驗不足，因此基站的防雷問題越來越嚴峻，必需加以重視。基站的防雷應從3個方面來著手，首先要確保科學、合理的設計技術;其次要確保優質、規范的施工工藝;最后要確保日常維護的質量和水平。只有從思想上重視，不斷學習相關技術、總結實踐經驗，才能不斷提高基站的防雷能力。

［1］YD5098－2005．通信局(站)防雷與接地工程設計規范［M］．北京:北京郵電大學出版社，2006.

［2］虞昊．現代防雷技術基礎.(第二版).［M］．北京:清華大學出版社，2005.