摘要：随着我国电力、通信行业的快速发展，以资源节约、绿色环保为理念的电力、通信“共享”铁塔应运而生，即把通信基站天线安装在电力铁塔上，在不影响电力输送的前提下来提高通信信号覆盖率和容量的需要，以满足通信5G等技术的进一步发展。然而，为了保证电力、通信行业的安全、可靠运行，对于这种新出现的“共享”铁塔带来的一系列技术问题值得分析、探讨。本文针对通信基站天线在电力铁塔的设置问题，分别对基站天线在电力铁塔的装设高度，及其对电力线路的安全距离两方面进行理论计算分析，并考虑运行经验，得到基站天线宜安装在电力铁塔距离地面20m处的塔身位置；同时满足位于电力铁塔最下层导线挂点下部，并根据不同的电压等级有不同的安全距离要求。
关键词：电力铁塔；共享；基站天线；设置方式；安全距离
随着通信行业5G等业务的快速发展，天线基站的需求量越来越大，存量通信杆塔数量不足，而新建通信杆塔不仅建设成本高、施工周期长，还将面对征地难、外部协调难等困境。如何多、快、好、省地建设通信基站，就十分迫切地摆在通信运营商面前[1]。
电力铁塔是电网输电线路的基本组成部分，分布广泛，若考虑通信与电网开展铁塔共享合作，在输电铁塔上加装通信天线设备作为通信基站，将成为解决上述问题的有效途径，也有利于实现国家资源共享的倡导[2]。
近年来国内外在此方面已有初步的探索，如我国云南电网已有电力铁塔加挂通信基站天线的实例，美国电网也有类似的文献描述[3]，但这些实践仅提及或初步尝试了电力、通信铁塔的资源整合，而应从技术层面上分析的通信基站天线加挂之后带来的一系列问题，如基站天线的安装位置、电力铁塔荷载校核、线路电晕放电对通信信号的影响、基站天线及机房的防雷接地、偏远铁塔上天线如何取电等问题则未见报道。本文拟针对基站天线设置问题，从通信基站天线的加挂高度需求和电力铁塔的安全距离限制条件两方面分析，以期得到最优的设置方式。
1 基站天线的高度设置分析
通信基站天线挂高首先是从网络覆盖角度考虑的，其次再兼顾考虑建设投资、维护的便利性等因素。一般天线挂高在满足网络覆盖需求的同时，应尽量降低。
移动天线的安装高度与通信基站覆盖距离有关，根据文献[4]论述，移动通信基站覆盖极限距离的相关计算公式如下：
为更清楚反映基站天线架设高度和基站通信极限覆盖距离之间关系，我们假设天线架设高度变化，其他参数不变，计算出不同天线架设高度下基站通信极限覆盖距离的数值。
根据调研收资情况，目前通信网按场景划分的天线挂高分布范围如表1所示，从表中可见，天线挂高分布范围为25～50m。但对于一些街道站，因为主要用于解决小密度大容量的需求问题，天线挂高一般分布范围为10～15m。
图1 通信极限距离与基站天线高度的关系
根据资料统计，目前通信网络覆盖已较为完善，电力铁塔加装通信基站主要作为一种补充和加强，主要解决容量需求，兼考虑覆盖面积，所以电力铁塔基站天线挂高可以适当降低。同时，对中国铁塔公司标准通信铁塔现有塔型统计表明[5]，现有通信铁塔基站天线高度分布于15-48m之间，并且基站天线高度越低，风压越小，防雷性能越好，其接地线、馈线安装也较为简单，可供选择的铁塔也较多，同时具有较强的可操作性。因此综合考虑，本文建议基站天线在电力铁塔的安装高度按20m考虑，比较合理。
2 基站天线与电力线路安全距离分析
常规通信基站直接在通信铁塔平台上安装天线，附近不存在高压电力线路。但在电力铁塔上加挂基站天线，距离高压电力线路较近，需对电力线路的安全性影响进行分析论证[6]。
基站天线等设施若架设在带电体附近或以上，一方面通信设施建设及维护过程中需电网公司配合停电，500kV、220kV、110kV线路作为重要电力通道，可供停电作业的时间有限或者根本无法停电；另一方面，基站通信设施若发生脱落等事故，有可能会导致电网永久性接地事故，对电网的安全稳定运行造成较大影响。
综合考虑上述施工和运行维护环节的影响，本文建议在带电体安全距离以下安装基站天线等设施，满足带电施工、运行维护的要求，确保有足够的安全距离。电力行业决定带电操作的标准是电气间隙值，电气间隙主要考虑不同工况如工频电压间隙、操作过电压间隙、雷电过电压间隙和带电作业间隙，根据文献[7]并结合工程实际经验和电网杆塔典型的设计原则，按不同电压等级和不同海拔高度计算得出杆塔电气空气间隙推荐采用值如表1所示。
表1 空气间隙推荐采用数值
根据表1中的数值，结合上面的论述，并考虑带电施工中通信设备安装及带电运维过程中不确定因素，基站天线的安装位置与电力铁塔最下层带电体应满足一定的安全距离，其数值应考虑绝缘子串长、相应电气间隙值、安全裕度（不确定因素距离）等因素。为更直观反映这种位置关系，我们选取了酒杯型直线塔进行说明。
综合上述分析论证，并结合图形示意，通信天线安装位置的安全距离应≥缘子串长+相应电气间隙值+安全裕度（不确定因素距离）。按上述公式计算的安全距离值详见表3所示，计算式中的各项取值如下：
（1）缘子串长：500kV线路按7 m考虑；220kV线路按3.5 m考虑；110kV线路按2 m考虑；
（2）相应电气间隙值：应根据线路的电压等级、回路数、海拔，按表2选取工频、雷电、操作、带电作业四种间隙值的最大值，其中带电作业间隙值应加上0.5m人体活动范围进行比较；
（3）安全裕度（不确定因素距离）：根据运行经验，500kV、220kV、110kV线路分别考虑0.5m、0.3m、0.2m安全裕度；
表2 安全距离计算值
3 电力、通讯“共享”铁塔基站天线设置结论
（1）电力铁塔加挂的通信基站天线安装高度建议选取为铁塔离地面高度20m处，可以满足通信基站信号覆盖和扩充容量的需要；
（2）从电气安全的角度来看，基站天线应装设在铁塔带电导体下方、安全距离以外的塔身处；各电压等级基站天线的安装位置距离最下层导线挂点的安全距离为：500kV线路：根据海拔和回路数的情况，安全距离分布范围为11.2～12.4m；220kV线路：根据海拔和回路数的情况，安全距离分布范围为6.1～6.8m；110kV线路：根据海拔和回路数的情况，安全距离分布范围为3.7～4.1m。
参考文献：
[1] 吕继兵.中国铁塔发展战略研究[J].移动通信，2017（21）：76-80.
[2] 冯翔，郭磊.铁塔与通信行业资源共享的研究[J].江西电力，2019（06）：24-26.
[3] 饶恒，蒋水林.共享经济的铁塔范例[J].国资报告，2018（07）：85-88.
[4] 徐绵起，王斌，徐瀚智.移动通信基站覆盖极限距离分析[J].电子技术，2010（02）：59-60.
[5] 中国铁塔股份有限公司通信技术研究院.通信铁塔技术要求V1.1：Q/ZTT 1001-2015[S].北京：中国铁塔股份有限公司，2015.5.
[6] 中国电力企业联合.110kV～750kV 架空输电线路设计规范：GB 50545-2010[S].北京：中国计划出版社，2010.6.
[7] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：水利电力出版社，2003：288-290.
作者简介：
申元，（1979.09-），男，汉，河南省虞城县，硕士研究生，高级工程师，研究方向：电力系统自动化、高电压与绝缘技术。
论文作者:申元1,谢冬冬1,胡艳2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/25
标签：基站论文; 铁塔论文; 天线论文; 通信论文; 距离论文; 电力论文; 间隙论文; 《电力设备》2019年第15期论文;