基站配电变压器的防护方案
从一些地区反映的情况看，因基站变压器及其相关线路被雷击损坏造成基站供电中断（或导致基站运行中断）的情况还是占有相当的比例，由此，不单因变压器或其附属设施受到雷电的破坏造成直接经济损失，同时，也由于基站供电或设备运行的中断造成间接经济损失，以及用户对服务的不满。
因此，为维护基站的正常运行，加强对基站供电变压器及其相关线路的防护已经十分必要。
一、基站变压器为雷击损坏的途径
多数情况下，由于基站的铁塔很高，铁塔构成的直接雷击防护范围使得基站及其变压器不会受到雷电的直接闪击。然而，对移动基站变压器而言，由于其安装位置一般靠近基站铁塔，雷电的二次效应形成的过电压将通过以下途径对变压器形成威胁：
1. 静电感应形成的过电压
如图1所示，基站的供电线缆或信号线位于基站铁塔雷击点附近，在负极性雷放电的先导阶段，先导通道中充满了负电荷，他对架空线产生静电感应作用，使架空线上距向导通道附近的部分累积起正电荷；当先导发展到地面以后，主放电开始，先导通道中的负电荷自下而上迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的正电荷被迅速释放，形成沿架空线传播的暂态过电压波。
图1 变压器线路由于静电感应形成过电压示意图
2. 电磁感应形成的过电压
如图2、图3所示，当铁塔或基站附近落雷时，在变压器连接线缆上会由于上述落雷时产生的电磁场而在回路中感应出共模及差模过电压。
图2 变压器线路由于电磁感应形成共模过电压示意图
图3变压器线路由于电磁感应形成差模过电压示意图
3. 地电位反击
如图4所示，当铁塔落雷时，雷电流沿铁塔入地，接地装置上的地电位将因此而抬升，此抬升的地电位将由变压器的接地引下线漫延至变压器机壳，造成机壳上的高电位对线路的反击而损坏变压器绝缘。
图4 变压器受到因地电位抬高形成的高电位反击示意图
二、基站变压器为雷电过电压损坏机理
1.正变换过电压造成变压器损坏
配电变压器低压侧的过电压会通过变压器低、高压绕组间的电磁耦合按变压器的变比变换到高压侧形成高压侧的过电压。这种低压侧遭雷击直接变换到高压侧的过电压称为正变换过电压。
由于配电变压器高压绕组的绝缘裕度远低于低压侧绕组，常会出现变压器低压侧落雷，低压绕组未损坏，而高压绕组因正变换过电压而损坏的现象。
2. 反变换过电压造成变压器损坏
当变压器高压侧的过电压使高压侧的避雷器动作时，在接地电抗上的冲击电流电压降，将同时作用在低压绕组的中性点上，在低压绕组上形成过电压，经过低、高压绕组间的电磁耦合，按变比关系在高压绕组上感应出过电压，此过电压在中性点上达到最大值，可能击穿中性点附近的绝缘，也会危及绕组的纵绝缘。
三、 基站变压器损坏的主要原因
1. 5KA级的高压MOA
避雷器不能适应基站的特殊运行环境
5KA级的高压MOA避雷器仅适用于一般应用场合（雷击频度、强度较低的场合）。对于移动通信基站特殊的地理工况条件（基站位置往往较高、且有基站铁塔易于引雷），该类避雷器易于因受到的过电流的冲击超过其设计寿命而失效，并因此导致变压器失去保护而损坏。
2. 大冲击电流情况下普通高压MOA避雷器残压过高
对于MOA避雷器而言，由于其保护能力（残压）是针对小电流情况而设计，在移动通信基站特殊的地理工况条件，往往出现大幅值的过电流，在此大电流通过MOA避雷器时，引起实际残压过高，超过变压器的绝缘耐受水平，引起变压器的损坏。
3. 变压器低压侧没有配套的防雷措施
由于没有认识到对变压器低压侧进行防护的重要性，没有在低压侧配置避雷器，反变换过电压或低压侧形成的过电压造成高压侧的绝缘的击穿。
4. 变压器配置的避雷器的接地位置不当
如图5所示，如果避雷器通过一段较长的引线接地：
则变压器线路对机壳的等效限制电压为：
由于避雷器接地线的电感效应，Uline将达到数千伏至上万伏以上的压降，如此，变压器的绝缘可能因此叠加的过电压而损坏。
图5 因避雷器接地位置不当造成端口等效残压过高的示意图
四、 基站变压器雷电防护方案
参照上述分析，提出以下几点以改善对变压器的防护效果：
1.在变压器高、低压侧配置适宜的避雷器
图6 在变压器高、低压侧配置避雷器的示意图
如图6所示，针对变压器易于因正、反变换过电压损坏的特点，应在变压器的高、低压侧皆配置避雷器；并且，避雷器应根据基站的特殊工况条件进行选择。
2.调整避雷器的接地位置
鉴于避雷器的接地线上等效感抗对防护效果的影响，调整避雷器的接地位置至变压器的机壳与二次侧中性点的接地位置于一处（如图7所示）。
图7 改善避雷器接地点的示意图
3. 对于在变压器的低压侧配置有计量设备的变压器的防护
由于低压计量设备的绝缘耐受水平较低，应采取相应措施加以防护。建议将变压器至计量箱的线缆调整为凯装电缆，并在其屏蔽层两端接地；同时，在计量箱内配置一级40KA的SPD，该SPD在保护计量设备的同时，亦兼有降低低压电缆感应的过电压，减少变压器低压端的防护压力（参见图8）。
图8 变压器低压侧雷电防护整改示意图
五、变压器至基站机房的埋地电缆的防护
1. 埋地电缆因雷电损坏的原因
雷击造成埋地电缆的损坏，可以是由于雷电直击缆线、或击中缆线附近大地造成。
实践证明，在埋有线缆的地方，沿线缆埋设的线路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤电阻率高的地方尤其明显，这是由于在土壤中埋下一条线缆就相当于土壤中有一条土壤电阻率特别低的带，即在土壤电阻率高的地方，如果中间存在一块低土壤电阻率的地区，该地区受雷击率特别高，这便是雷电直击线缆的原因。另外，当雷电击中线缆附近大地时，落雷点的电位显著升高，而线缆延伸至很远，其远端电位可视为零，所以雷击点附近的线缆电位也几乎为零，这样一来，落雷点与线缆之间便出现极大的电位差。如果这一电位差超过了雷击点与线缆间的土壤耐压强度时，便击穿土壤，形成了从雷击点到线缆的电弧通道，大量雷电流涌向线缆，这种雷击，损害程度与雷电直击线缆相当，同样会造成线缆严重破坏。
2.埋地电缆防护措施
低压电缆应采用凯装低压电缆（或将电缆穿钢管）并进行埋地处理，同时，低压电缆的凯装层（或屏蔽钢管）应在缆线的两端——即变压器侧的入地端及进入机房处进行可靠的接地处理。
对于低压线路较长或当地雷电环境恶劣的情况，建议应采取将凯装电缆穿钢管或在电缆上方敷设排流线的方式，以防止雷击造成线缆严重破坏（参考图9）。
图9 基站埋地电缆防雷接地优化方案示意图
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