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(wǎng)絡也越來越多，其中絕大多數(shù)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(jié)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(nèi)人員的生命安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，科學的防雷與地線設計技術、優(yōu)質(zhì)的工程質(zhì)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(yōu)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(tǒng)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(shù)，使設備處于最好的被保護狀態(tài)。在GSM-R基站中，天線、饋線、鐵塔、電源線、信號線都是易產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)含有鋼性加強芯，可以感應非常高的危險電壓，引入室內(nèi)時必須做接地保護。常用保護方式有:光纜接頭處兩側(cè)金屬構(gòu)件不做電氣連通，架空光纜每隔300 m鋼質(zhì)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(nèi)總接地排。

4．同軸線接地。同軸線是室內(nèi)多股、多根、較長線纜，所以也應做接地防雷處理。外層網(wǎng)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(nèi)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(tǒng)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(lián)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(nèi)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(tǒng)是防雷擊的重要保障。通信系統(tǒng)的接地類型分為工作接地、保護接地、防雷接地。在GSM-R系統(tǒng)中應采用聯(lián)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(wǎng)的接地方式。接地系統(tǒng)由接地網(wǎng)、接地引下線、接地匯集線、接地線組成。接地網(wǎng)就是地下接地體的聯(lián)合體，一般是由鍍鋅扁鋼將鐵塔地網(wǎng)、設備地網(wǎng)、建筑地網(wǎng)等連接起來。接地引下線就是連接接地網(wǎng)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(wǎng)。接地網(wǎng)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(xiàn)等電位連接。接地網(wǎng)要在機房四周環(huán)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(wǎng)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(wǎng)環(huán)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(wǎng)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(nèi)墻或是地槽、走線架敷設成環(huán)形(簡稱均壓環(huán))，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(nèi)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(nèi)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(lián)設備的互聯(lián)接口沒有防浪涌等級，則設備的工作地必須實現(xiàn)等電位連接，否則端口必須設計必要的防浪涌等級。有互聯(lián)關系的設備應處于接地網(wǎng)絡等電位面上，否則互聯(lián)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(zhì)量

有了科學的設計，在施工中還要確保工程質(zhì)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(zhì)量優(yōu)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(jīng)過信息產(chǎn)業(yè)部認可的防雷產(chǎn)品質(zhì)量檢測部門測試合格的產(chǎn)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(qū)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(qū)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(guī)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(xiàn)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(qū)域時，應采取適當?shù)慕档徒拥仉娮璺椒ā?/p>

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(huán)采用扁鋼時規(guī)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(guī)格不小于400 mm×100 mm×5 mm銅板。小型設備如環(huán)監(jiān)、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(jié)前(3月)和雷雨季節(jié)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(tài)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(jiān)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(nèi)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(shù)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(jié)束語

GSM-R基站的防雷與地線系統(tǒng)是GSM-R網(wǎng)絡系統(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)維護經(jīng)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(yōu)質(zhì)、規(guī)范的施工工藝;最后要確保日常維護的質(zhì)量和水平。只有從思想上重視，不斷學習相關技術、總結(jié)實踐經(jīng)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(guī)范［M］．北京:北京郵電大學出版社，2006.

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