浅谈GSM-R基站的防雷与地线系统

徐 鸿

徐 鸿:兰州铁路局兰州通信段 工程师 750021 兰州

随着我国客专、高铁的不断建成，GSM-R网络也越来越多，其中绝大多数基站处在空旷地带，天线高度一般在15～60 m左右，在雷雨季节最易遭受雷击事故。雷击不但造成设备损坏，危及行车安全，而且也对站内人员的生命安全构成严重威胁。因此，科学的防雷与地线设计技术、优质的工程质量和认真细致的日常维护都是非常重要的工作。

1 防雷设计

防雷最基本的思想就是用优良导线将雷电或其他危险高压电瞬时接入大地，降低对人体和设备的危害。雷击包括直接雷击和感应雷击。防雷措施分为三级，设备系统的边界处为初级防雷，通信设备对外端口为末级防雷，中间为次级防雷。防雷设计时要确定初级防雷等级，次级防雷等级和位置，确定各级防雷参数，使设备处于最好的被保护状态。在GSM-R基站中，天线、馈线、铁塔、电源线、信号线都是易产生雷击的路径，因此在设计上要做到全面、科学、合理。

1．塔顶避雷针。GSM-R基站5 m范围内应该安装接闪器做直击雷防护，通常采取将避雷针固定在天线抱杆上的做法，此时避雷针的针尖应高出天线顶端1 m，保护角为30°，最差不超过45°。

2．馈线引入防雷。馈线是连接室外天线和室内设备的信号线缆，馈线引入必须做防雷处理，通常采用馈线接地法。馈线接地采用与它线径相配套的专用接地卡接地，接地线径不小于10 mm2。馈线在离开平台1 m处，离开塔体1 m处，入机房外1 m处，平行距离每20 m处都要可靠接地。

3．光缆引入防雷。光缆内含有钢性加强芯，可以感应非常高的危险电压，引入室内时必须做接地保护。常用保护方式有:光缆接头处两侧金属构件不做电气连通，架空光缆每隔300 m钢质吊线接地并且每隔1000 m加装绝缘子进行电气断开，在终端盒或者ODF架与机架绝缘后，使用截面不小于16 mm2多股铜线单独引到站内总接地排。

4．同轴线接地。同轴线是室内多股、多根、较长线缆，所以也应做接地防雷处理。外层网状细铜线和同轴头外体相连，所有同轴头外体都和DDF架相连，在DDF架上应使用截面不小于16 mm2多股铜线单独引到站内总接地排。

5．电源线防雷。供电线路应该采用地埋敷设，不宜长距离架空。如果地埋有困难时，应该适当增加电源系统第一级过压保护设备的防护等级。引入机房的交流市电应采用B级防雷器，防雷器应接近地线排安装，防止残压过大损坏后级设备。使用模块式SPD(浪涌保护器)时引接线长度应小于1 m，接地线长度应小于1.5 m，并联型SPD应尽量减少引接线长度，推荐采用开尔文接法。

6．音频线防雷。有音频引出线的GSM-R机房，机房内音频配线架(VDF)应选用含有保安装置的，而且架体要用合格接地线引至接地铜排。

2 地线设计

良好的接地系统是防雷击的重要保障。通信系统的接地类型分为工作接地、保护接地、防雷接地。在GSM-R系统中应采用联合接地方式，即设备的交流工作地、直流工作地、保护地、防静电地、防雷地在地下共用同一地网的接地方式。接地系统由接地网、接地引下线、接地汇集线、接地线组成。接地网就是地下接地体的联合体，一般是由镀锌扁钢将铁塔地网、设备地网、建筑地网等连接起来。接地引下线就是连接接地网和接地汇集线的。接地汇集线连接到各个接地铜排，接地线就是连接设备和接地铜排的。

1．接地网。接地网要尽可能抑制地电位反击，如果地电位反击会造成危害影响，则要尽可能实现等电位连接。接地网要在机房四周环形分布，应在适当位置留出测试端，方便检测接地电阻。

2．接地引下线。地网到机房的接地引下线长度不宜超过30 m，材料采用扁钢。接地引下线应从地网环形接地体上不同的两处引入到机房接地汇聚线，条件允许时尽量做到接地引下线与地网的连接点远离避雷针、铁塔等接地引下线5 m以上，不宜从塔脚附近引入，也不宜从管道沟渠旁引入。

3．接地汇集线。接地汇集线宜在机房沿内墙或是地槽、走线架敷设成环形(简称均压环)，材料用扁钢或铜线。

4．接地线。接地线包括工作接地线和保护接地线。工作接地线包括交流接地线和直流接地线。多个设备的保护接地线应做等电位连接，严禁串接至接地铜排。直流工作接地应从室内直流接地汇集线上就近接地，严禁从交流配电屏(箱)直接引接。机房设备正常不带电部分均应做保护接地，严禁做接零保护。设备金属外壳、前后门板应可靠接地。机房内走线架、电池架、机架、金属通风管道、金属门窗均要做保护接地。互联设备的互联接口没有防浪涌等级，则设备的工作地必须实现等电位连接，否则端口必须设计必要的防浪涌等级。有互联关系的设备应处于接地网络等电位面上，否则互联端口应加装浪涌防护。

5．各级防雷器泄放电流的大小是不同的，越大的泄放电流要尽快入地，泄放电流路径设计要合理，严禁较大泄放电流进入较小泄放路径。

3 工程质量

有了科学的设计，在施工中还要确保工程质量。在施工中要做到材料合格、工艺合格、指标合格才能确保工程质量优良。

1．避雷针采用圆钢或焊接钢管制成，圆钢直径不小于16 mm，钢管直径不小于25 mm，钢管壁厚度不小于2.5 mm;接地引下线应采用40 mm×4 mm的热镀锌扁钢;各个连接点、焊点应绝对牢靠，有防腐锈措施;接地电阻不大于10 Ω。

2．馈线接地卡无锈蚀，卡接紧密，接地线径截面不小于10mm2;其他各种信息线缆，如光缆、同轴缆，其接地线径截面不小于16 mm2;各个接点连接紧固，有防腐锈措施。

3．交流电的4线(L1L2L3和N)都要有防雷措施;TT供电方式下，电源防雷器采用3+1安装方式，即采用3个限压型避雷器装在L和N之间，1个间隙性避雷器安装在N和PE之间;交流电源配电柜采用C级防雷器，建议不小于40 kA;浪涌保护器应选用经过信息产业部认可的防雷产品质量检测部门测试合格的产品。

4．人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.7 m，寒冷地区应埋设在冻土层以下;接地体应远离窑、烟道、暖气道等热感地带，因为这些区域的土壤电阻率会升高;垂直接地体长度不小于2.5 m，角钢规格不小于50 mm×50 mm×5 mm，厚度不小于3.5 mm;接地体应该采用焊接连接，焊接时做到多面无缝焊接，整体无松动、脱焊、接触不良现象，焊接部位还要做良好的防腐处理;接地体在土壤电阻率较高区域时，应采取适当的降低接地电阻方法。

5．接地引下线的出土部分应设有防机械损伤的钢管保护，采用涂防锈漆或沥青等防腐防锈措施。

6．接地汇集线。均压环采用扁钢时规格为不小于40 mm×4 mm的热镀锌，为铜线时截面积不小于90 mm2。

7．保护地应采用多股铜线，不得留长，不得盘绕，不得接头，保护地线应直接接地，中间不应加装熔断器或开关;所有接地线在满足工程设计的基础上，尽量选择最短的接地路径，以降低地电位抬升。

信号线、电源线、地线最好应分开布放，需要并行时至少需保持100 mm以上间距。室外接地线尽量采用40 mm×4 mm镀锌扁钢，以便防鼠防盗及降低导体自身感抗。直流工作接地线采用截面积不小于35 mm2多股铜线。接地铜排的一个空洞只允许接一根保护地线，防止大的电流冲击后接头松动，也便于施工维护。接地铜排连线时需将铜排表面氧化层打磨掉，使用不锈钢螺栓，并涂抹黄油进行防腐、防锈处理。接地铜排规格不小于400 mm×100 mm×5 mm铜板。小型设备如环监、服务器、光端机等用截面积不小于4mm2的多股铜线到机架汇流排，然后用面积不小于16 mm2多股铜线到接地铜排。

4 日常维护

1．定期检查防雷体系的完整性，在每年雷雨季节前(3月)和雷雨季节后(10月)，应进行一次检查。检查避雷针和引下线是否连接良好，是否有锈蚀，接地体附近地面有无异常。

2．音频配线架(VDF)上端子如果连接外部音频线，一定要插上保安器，红灯亮表示保安器有故障，应立即更换。

3．防雷模块各连接部分接触良好，空开应闭合，正常状态下为绿色，失效为红色，失效的应立即更换;要进行防雷模块实验，拔出防雷模块后监控单元显示告警，回位后告警消失。

4．防雷地不大于10 Ω，工作地、保护地不大于4 Ω。电阻不合格时应该查找原因及时克服。

降低接地电阻的常用方法:①更换土壤，在接地体周围0.5 m以内和接地体的1/3处，用电阻率较低的土壤将原有土壤置换掉;②对土壤进行化学处理，在接地体周围土壤里加入食盐、木炭、炉灰、电石渣、石灰等化学物，但是这种方法会加速接地体的腐蚀;③深埋接地体，3m深处土壤电阻系数为100%，5 m深处为60%，9 m深处为20%;④利用降阻剂，在接地体周围敷设降阻剂，宜采用物理长效降阻剂，不宜采用化学降阻剂;⑤接地体采用钢管，在钢管上每隔20 cm钻一个直径5 mm小孔，将污水引入到接地体及其周围。

5 结束语

GSM-R基站的防雷与地线系统是GSM-R网络系统中非常重要的组成部分，是保障人身安全、通信设备安全可靠运行的主要技术措施之一。由于，GSM-R铁路通信网络正在扩建，基站设备受地形、铁塔、电气化输电线路影响，增加了雷害的概率，而且目前对GSM-R基站的防雷与接地系统维护经验不足，因此基站的防雷问题越来越严峻，必需加以重视。基站的防雷应从3个方面来着手，首先要确保科学、合理的设计技术;其次要确保优质、规范的施工工艺;最后要确保日常维护的质量和水平。只有从思想上重视，不断学习相关技术、总结实践经验，才能不断提高基站的防雷能力。

［1］YD5098－2005．通信局(站)防雷与接地工程设计规范［M］．北京:北京邮电大学出版社，2006.

［2］虞昊．现代防雷技术基础.(第二版).［M］．北京:清华大学出版社，2005.