［关强华 罗森文 陈少川 王华刚］

无线基站用光伏供电系统的防雷

［关强华 罗森文 陈少川 王华刚］

越来越多的光伏供电系统应用于无线通信基站，这些光伏供电系统绝大多数建设于高山、海岛等高雷击风险区域，雷击损坏事件常有发生，亟待制定相关防雷规范或指导意见。提出了无线基站用光伏供电系统各端口的雷击抗力要求指标和防直击雷措施等，对于保障通信用光伏供电系统正常运营具有一定的价值。

光伏 供电 防雷

关强华

中国电信股份有限公司广州研究院工程师，长期从事通信防护技术研究和标准制定工作，在通信防护支撑领域具有深厚的理论基础及丰富的实践经验。

罗森文

中国电信股份有限公司广州研究院实验室运营中心副总经理，长期从事通信防护技术研究和管理工作。

陈少川

中国电信股份有限公司广州研究院实验室运营中心经理，长期从事通信防护技术研究工作。

王华刚

中国电信股份有限公司广州研究院高级工程师，长期从事通信系统电磁兼容技术研究和标准制定工作。

1 引言

光伏供电系统符合节能减排的社会需求，符合绿色通信的发展趋势，越来越广泛地应用于无线通信基站。无线基站用光伏发电系统绝大多数建设于高山、海岛、楼顶等高雷击风险的LPZ0区，存在较大的直击雷和感应雷击风险，雷击损坏事件常有发生，通信运营企业亟待相关防雷规范。

2 无线基站用光伏供电系统

无线基站用光伏供电系统分为并网型和独立型，是利用太阳能向通信设备提供电力的一种发电、蓄电组合装置。该供电系统输出不同电压等级的直流电，供给后级低压配电系统负载。

无线基站用光伏供电系统主要由太阳能电池方阵（含汇流箱），控制器（包括太阳能电池组件稳压装置和直流配电单元或与其他电源系统的接口等），逆变器（可选），蓄电池组等组成。系统主要部件构成如图1所示。

它有时与风能发电混合使用，形成通信用风/光供电系统。

图1 风/光供电系统构成示意图

3 光伏供电系统雷击环境分析

小型通信设备的雷击环境按照恶劣程度差异主要可分为3类：

（1）I类环境：防雷、配电、连接和接地等符合k.27或k.35要求的物理设施环境。通常此类物理设施处于LPZn区（n≥2），其所有外部信号口、电源口通常均在设施的外部端口电缆入口处配置有初级保护器。

（2）II类环境：不符合I类环境要求的用户楼宇环境。通常此类环境处于LPZ1区，其所有外部信号口、电源口无初级保护器，且设备连接和接地无法满足k.27或k.35的相关要求。

（3）III类环境：处于户外的物理设施环境。通常此类环境处于LPZ0B，属于高暴露环境。其所有外部信号口、电源口无初级保护器，且可能遭受较强等级的雷电危害。通信用光伏供电系统也处于此类环境，为雷击风险最大的环境。III类环境参考图2所示。

图2 通信用风/光供电系统所处III类雷击环境示意图

III类环境设施，主要包括但不限于：

（1）街边安装环境

（2）用户楼宇顶部安装环境

（3）用户楼宇外墙安装环境

（4）挂杆安装环境

如图2所示，无线基站用光伏供电系统主要安装在LPZ0区，应重点防范直击雷及其附属线路上的感应雷击。

4 光伏供电系统直击雷防护

无线基站用光伏供电系统必须有完善的防直击雷保护措施。当光伏供电系统处于所处大楼、场所、铁塔的接闪器的保护范围内且安全距离不小于1000mm时，可采用所处大楼、场所、铁塔的接闪器作为直击雷保护措施（如果安全距离无法满足，则必须与建筑物的接闪器直接相连）。避雷针的保护范围可简单采用450角法计算。安全距离如图3所示。

图3 安全距离示意

当太阳能电池方阵处于楼顶位置时，应尽量远离房檐、屋角等高落雷区域。当太阳能电池方阵处于所处大楼、场所、铁塔的接闪器的保护范围之外时，电池方阵支架处安装避雷针。

图4 太阳能电池方阵安装避雷针图片

如果为风/光混合供电系统，当风力发电机组处于铁塔接闪器保护范围外时，则风力发电机组也必须有完善的防直击雷措施，主要包括：

（1）叶片表面或嵌入叶片表面的接闪系统；

（2）在叶片表面安装雷电接闪系统的一个替代的办法是使得叶片表面自身能够导电；

（3）在机舱顶端安装接闪器。

5 光伏供电系统的连接与接地

无线基站用光伏供电系统的等电位连接应符合相关国、行标的要求。

太阳能电池方阵的等电位连接推荐采用以下方法：

（1）对于分立支架，由于支架间没有通过结构件连成整体，应在施工中用跳线将邻近的支架进行等电位连接，跳线可以采用的铜、铝或钢导体。支架、支柱基础不少于两点与站点地网进行连接如图5所示。

图5 分立支架的连接与接地

（2）对于整体支架，由于支架结构件已经保证了整体电气连续性，支架不用另外的等电位连接处理。支架、支柱基础不少于两点与站点的接闪器或地网进行连接如图6所示。

图6 整体支架的连接与接地

为减少雷电感应，由光伏供电系统电缆线路构成的回路应尽可能的小、短和直。有条件的应穿金属管并做埋地处理，金属管应接地。

无线基站用光伏供电系统应采用联合地网。建议站点接地系统宜采用环形接地体或者将建筑物混凝土基础的钢筋作为接地体。当采用环形接地体时，接地体须采用裸导体，水平接地体与建筑物边缘的距离约为1m，其埋地深度约为0.7m。附加的接地体尽可能地在引下线处和环形接地体连接，连接点尽可能均匀分布。

光伏供电系统的汇流箱可以安装在光伏组件支架上，不需要与支架绝缘，汇流盒的接地线直接接到支架上，建议接地线径不小于6mm2，长度建议不超过2米。

6 光伏供电系统各端口雷电防护能力

6.1 光伏供电系统雷击抗力要求

根据光伏供电系统所处环境和雷击强度，建议各端口雷电防护能力满足表1的要求。

表1 风/光供电系统各端口雷电防护能力

对于无线基站用光伏供电系统，推荐的SPD采用对称1+1的模式，具体的安装及保护电路如图7所示。

图7 光伏供电系统直流SPD典型的保护电路示意

6.2 测试方法

对于光伏供电系统防雷性能测试均应在正常工作（供电）状态下进行，对于必要的辅助设备也应与主设备一起作为一个整体进行试验。

对于端口测试，同种类型的、多个无差别端口只需要选择一个进行测试。

雷击试验应在两个连续的浪涌信号间转换极性，在相应的试验部位上，施加正、负极性的干扰至少各5次。同一端口的两次连续试验的时间间隔不小于1min。

当横向试验施加在一个端口时，该端口的一个端子应连接到信号发生器，其它端子应接地。试验后应依次调换端子再进行试验。

典型的试验设置如图8所示。

图8 典型试验设置方框图

7 小结

本文详细论述了无线基站用光伏供电系统雷击环境因素，从直击雷防护、连接与接地、各类端口雷击抗力要求和测试方法等多角度，全面阐述了无线基站用光伏供电系统的防雷要求和措施，希望本文对保障光伏供电系统的防雷击安全有所帮助。

1 IEC 61400-24 风力发电机组雷电防护

2 GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范

3 GB 50689-2011 通信局（站）防雷与接地工程设计规范

4 EN 50539-11 低压浪涌保护装置-用于包括直流在内的特定应用的浪涌保护装置

5 YD/T 1082-2010 接入网设备过电压过电流防护技术要求和试验方法

图4 网络攻击防护

送给SDN控制器；

（4）SDN控制器通过OPENFLOW协议将Traffic-Flow指令下发流表给设备；

（5）OPENFLOW设备执行流表的转发条目（丢弃、限速或转发）。

5 结束语

基于SDN的智能流量管理系统是在软件定义网络框架下，在虚拟化网络中实现按需服务，提供流量可视化、业务可控制和控制自动化的智能管理能力。基于SDN的智能流量管理系统除了文中提到的两个典型应用场景外，还可以提供诸如基于流量的计费、统计和控制，基于流量工程的多路径转发控制等。由于我们采用了开放性的REST API接口，这就有可能在后续的研究工作中进一步和IPS/IDS业务安全分析系统集成，实现7层业务的安全分析，并进一步通过SDN控制器实现网络设备的转发行为控制。

参考文献

1 王素彬等.SDN与流量精细化运营，电信科学，2014，30（11）Mark M.Clougherty等.SDN在IP网络演进中的作用，电信

2 科学，2014，30

（收稿日期：2016-07-19）

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.08.013

2016-08-08）