5G基站共享电力塔技术方案分析魏登锋1同朝辉1孙阳阳2田宏坤2

5G基站共享电力塔技术方案分析魏登锋1 同朝辉1 孙阳阳2 田宏坤2
发布时间：2021-08-15T12:44:55.174Z 来源：《基层建设》2021年第16期作者：同朝辉1 孙阳阳2 田宏坤2 [导读] 现如今，我国全面进入了互联网时代，5G网络应运而生。

5G网络高频段、超密集组网的技术特性
1中国铁塔股份有限公司咸阳市分公司陕西省咸阳市 712000；
2广东省电信规划设计院有限公司广东省广州市 510630
摘要：现如今，我国全面进入了互联网时代，5G网络应运而生。

5G网络高频段、超密集组网的技术特性，给网络结构带来了较大影响，需储备大量的站址资源。

输电线路覆盖面广泛，为资源共享提供了有力条件。

在保证安全的前提下，将电网的优质资源作为通信网络的公共资源，可以实现基础设施的优势互补和资源共享，提高资产利用效率，同时为将来的竞争性业务做好相应的基础性工作。

关键词：5G基站；共享电力塔；技术方案
引言
随着从4G到5G的网络制式演进，移动通信网络对通信容量及传输性能的要求也越来越高。

基站作为网络架构中的核心设备之一，其硬件架构、设备形态、工作模式等也在不断演进。

未来5G将面向4K/8K规频、AＲ/VＲ、物联网、自动驾驶等多应用场景，对信息传输速率、传输延迟、用户吞吐量和系统容量等都有较高的要求，必将进一步推动基站架构的演进。

目前5G的市场推广应用中面临着工程安装难度大、站点获取困难、频谱碎片化等3大痛点。

随着站点加密，城市中站址获取会越来越困难，农村又缺少高层建筑用于安装天线，所以将无线基站天线建在电力线杆塔上将会成为一种趋势。

这种杆塔共享方式可以充分利用电网输电线路覆盖面广的特点，既能够共享资源、节约建设成本，又解决了站点获取问题，在保障双方设备既融合又并行独立的基础上，积极带动5G网络建设，为电力行业带来新的经济增长点。

1．5G技术
第五代移动通信技术作为新型的蜂窝移动通信技术的一种，更是G通信技术、3G通信技术、4G通信技术的延伸。

该项技术性能目标为降低延迟、节约资源、降低成本、提升数据传输的速率，提升系统的具体容量与设备连接规模。

5G技术的创新，不仅仅是一个技术层面的创新，更是象征着一个时代的进步，是一次跨越性转变，用最简单的话来说，相较于4G而言，5G技术无论是在能耗上，还是在传输速率上都要遥遥领先，这也就是前面所说的跨越性转变，是一个质的飞跃，从而也会给我们带来新型的电子产品。

为适应时代发展不断变化的需求，对于我国5G通信基站的建设要逐渐加紧步伐，信息传输速度作为现如今互联网高度发达的时代的重要需求，越来越受到世界各国的建设，信息技术的传播至今也已经成为世界范围内的主要通信形式，在以后的发展中对于施工技术以及质量的要求也会越来越高。

2．共享电力杆塔选型建议
在承载能力方面，直线塔的承载能力最低。

终端塔、转角塔以及跨越塔的承载能力均高于直线塔。

电力杆塔共享应从安全距离、承载能力、安装方式、防雷接地以及电磁干扰等方面综合考虑。

加装5GAAU设备的电力杆塔，应遵循安全、经济以及影响最小的设计理念。

因此，以下几类杆塔不建议选取。

（1）接近或超过设计使用年限的电力杆塔。

因铁塔老化和钢材锈蚀等原因，杆塔材料强度可能会降低。

同时，由于原设计规范的欠缺，增加外部荷载，杆塔会存在一定的安全隐患。

（2）20mm及以上重覆冰铁塔。

在重冰区环境下，电力铁塔的绝缘子串及塔身覆盖有较厚的冰层，天气变暖后极易脱冰，可能发生脱落冰块撞击基站天线发生损坏的情况。

（3）特别重要的铁塔。

1000m以上大档距、大跨越、风口、峡谷以及分水岭等微地形点的杆塔；与重要设施如高速公路、高速铁路、±800kV线路以及±500kV线路等有交叉跨越的线路段塔桅。

3．5G基站共享电力塔技术方案分析
3.1 接地布置与防雷措施
对于安装在电力铁塔上的无线通信基站，要因地制宜做好接地布置，以保障设备的安全和正常运行。

馈电机柜和设备机柜、天线侧设备和电源线、电力杆塔及避雷针等都要做好规范接地。

馈电机柜不论是在设备机柜附近还是内部，都应共用同一个接地系统；这个接地系统再通过横截面积35mm2以上的铜线与电力杆塔地相连。

如果机柜距离杆塔较近，还需单独与深埋地下的接地电极相连。

用来连接基站设备机架和天线的同轴电缆，其外层屏蔽层除了要与天线金属部件和设备机架连接，还要与电力线铁塔连接，并一起接地。

基站接地网与电力杆塔接地网间必须每隔3～5m相互连接一次，至少有2处相互连接，以便形成统一的接地网。

目前电力铁塔上除了导地线以外，还要做好防雷措施。

5G基站天线侧设备简化后，不必再考虑ＲＲU与天线间馈线的防雷措施，只要将5GAAU安装在导线下方，新增的通信设备和天线在遭受雷击时，处于电力铁塔避雷针保护范围内，不会对通信设备造成过电流或过电压的现象。

避雷针要直接接到大地地网上，防止雷击时基站地电位反击影响基站室内设备安全。

如果基站天线包含GPS卫星天馈系统，可用来接收来自GPS的卫星接收信号，作为时钟同步。

施工方案是GPS天线不上塔或上塔不超过10m，GPS馈线全程绝缘，不用接地，只在BBU 侧的GPS避雷器处接地，GPS避雷器可放在机柜顶部或扎绑带放在机柜侧面。

如果GPS天线上塔超过10m，则避雷器需用接地线接地或用馈线接地夹在离避雷器1m范围内接地。

3.2 杆塔强度核算
电力规范规定的110～220kV输电线路设计基准期为30年，而通信行业规范YD/T5131-2019《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》中规定移动通信工程钢塔桅结构的设计基准期为50年。

根据电力规范规定，设计电压等级为110～750kV铁塔时，基本风压重现期为30年，与通信塔区别较大。

电力塔设计荷载相比通信铁塔除考虑自重荷载、风荷载以及地震作用外，还需重点考虑导线荷载和裹冰荷载，因此工况十分复杂。

风荷载计算中，电力塔本身的风振系数相比通信铁塔降低30%以上，导致同等条件下塔身风荷载更小，但还需考虑导线的风荷载。

建议电力杆塔共享应按原设计中的电力行业标准及气候等条件进行承载能力复核，因为电力铁塔在设计风压和荷载等方面与通信塔有较大区别，所以一般由电力设计单位承担电力塔的复核工作。

3.3 电力供电
5G高频超密组网对站址、杆塔、电源配套等资源配置提出了较高的要求，其中首先要求外电容量高。

如随着5G基站集成度提高，5G设备系统功耗相当于4G设备系统功耗的3～4倍。

独家5G外市电需求为6kW，移动、电信、联通3家5G需求共18kW，如果采用集中远供方式进行配电则线缆损耗大。

移动通信基站需要380V三相交流电或220V单相交流电为其供电，当共享铁塔位于配电网供电范围之内时，可直接引入市电为基站供电，即电力杆塔基站设备可以直接通过低压电力网络供电。

低压馈电线路从公用低压网络将电能耦合进来，然后通过直埋电缆与电力线铁塔下的馈电机柜连接，也可以采用架空电缆的方式，或者遵从电力公司的防护要求，选用其他合适的连接电缆。

典型的连接距离为30～60m，中间通过绝缘变压器使杆塔附近地电位升高区域与周围隔离开来。

若共享铁塔处于较偏远地区，无法直接从公共电网引入一路380V/220V交流电路，基站设备可以从中压电力网络供电，通常为10～20kV。

10kV及以上等级的中压电缆需要定制不带金属屏蔽层的电缆，因为其芯线本身能够提供更高等级的对地绝缘。

如果是220kV及以上等级的高压电缆进行电力供电，因其属于典型的3个单芯电缆，可以满足绝缘要求。

中压电缆连接典型长度距离电力线铁塔至少50m以上，中间通常需要使用中/低压变压器作为隔离变压器。

大功率单相变压器可以从中压输电线路取电后直接供给基站，也可以与蓄电池、光伏电池等组合在一起，共同为基站提供稳定用电。

结语
综上所述，共享高压电力杆塔的5G基站的安全建设不仅需要关注工频电场、磁场的影响，还需要注意工频磁场在附近的金属线路上产生的磁感应纵电动势，尤其要重视高压电力线故障时的地电位升对附近低压网络用户的影响。

因此，共享高压电力杆塔的5G基站的安全建设不仅仅要保证基站本身的安全，还需要保障附近居民的人身和财产安全。

参考文献：
[1]中国南方电网.电网通道资源共享方案研究[Z].2017.
[2]国家电网.35kV及以上线路工程与无线通信共享杆塔设计及安装技术导则的通知[Z].2019.
[3]中国南方电网.电力铁塔加挂基站天线技术方案[Z].2017.。