UPS動環(huán)監(jiān)控雷擊案例分析及對策

［王華剛 羅森文 陳少川 藍郁峰］

UPS動環(huán)監(jiān)控雷擊案例分析及對策

［王華剛 羅森文 陳少川 藍郁峰］

UPS 動環(huán)監(jiān)控 防雷 案例

王華剛

中國電信股份有限公司廣州研究院，高級工程師，長期從事通信防護技術研究和標準制定工作，目前代表中國電信集團公司擔任ITU-T SG5 “電信系統(tǒng)的防雷與接地”課題組聯(lián)合報告人；主編多項國際、國內(nèi)通信防護行業(yè)標準；近年來在國內(nèi)核心期刊發(fā)表專業(yè)技術論文8篇。

羅森文

中國電信股份有限公司廣州研究院，實驗室運營中心副總經(jīng)理，中國通信標準化協(xié)會電磁環(huán)境與安全防護技術工作委員會電磁兼容工作組（CCSA TC9 WG1）副組長，高級工程師，長期從事通信防護技術研究和標準制定工作。

陳少川

中國電信股份有限公司廣州研究院，高級工程師，長期從事通信防護技術研究和標準制定工作，參與制定YD/T940、YD/T950、YD/T1082等多項通信防護行業(yè)標準。

藍郁峰

中國電信股份有限公司廣東分公司，高級工程師，長期從事通信網(wǎng)絡，IDC數(shù)據(jù)中心電源和環(huán)境的安全可靠性運行管理和維護工作。

1 引言

2016年6 月17 日，廣州強雷暴天氣，某運營商外呼中心機樓兩路UPS監(jiān)控板遭雷擊損壞，由于該外呼中心內(nèi)設有大量的呼叫坐席，網(wǎng)絡地位十分重要，且UPS監(jiān)控損壞故障近年來多次重復發(fā)生，運維人員前期多次聯(lián)系UPS生產(chǎn)廠家及某些防雷工程公司，至今仍無法妥善解決該問題，給一線運維人員帶來了較大的困擾，給網(wǎng)絡安全運營埋下了不容忽視的電氣安全隱患，如何確保電源監(jiān)控設備的防雷及電氣安全是目前面臨的一大技術難題。

2 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)構成及雷害分析

2.1 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的構成

隨著我國通信事業(yè)的快速發(fā)展，通信網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，通信局（站）的數(shù)量越來越多，存在著大量無人值守的通信局（站），如移動通信基站、接入網(wǎng)、模塊局、光纜中繼站等，各類綜合通信樓也要逐步實現(xiàn)少人、無人值守。面對數(shù)量眾多、站址分散的通信局（站），單純依靠傳統(tǒng)的人工巡檢維護方式已經(jīng)無法滿足高質(zhì)量維護的需求。電源、空調(diào)等動力設備及機房環(huán)境是保障通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎，因此動力設備的維護必須及時、可靠，以保障通信系統(tǒng)的正常運行，為用戶提供高質(zhì)量的通信服務。通信局（站）動力及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)（以下簡稱動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)）能對各類機房中的動力設備及環(huán)境變量進行集中監(jiān)控。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構見圖1。

圖1 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構

2.2 雷害分析

動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷擊損害的主要原因是以下兩個方面：

（1）感應雷

動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的電源線、信號傳輸線或進入監(jiān)控室的其它金屬線纜遭到雷擊或被雷電感應時，雷電波沿這些金屬導線、導體侵入設備，導致高電位差使設備損壞。

（2）地電位反擊

直擊雷防護裝置在引導強大的雷電流流入大地時，在它的引下線、接地體以及與它們相連接的金屬導體上產(chǎn)生非常高的瞬時電壓，對周圍與它們靠得近卻又沒與它們連接的金屬物體、設備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差，這個電位差引起的電擊就是地電位反擊。

3 案例分析

為了給大家提供更詳細雷害情況，下文對廣東某運營商外呼中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)雷害案例進行介紹和分析。

3.1 現(xiàn)場勘測情況

（1）機樓樓高約12層，天面有鐵塔及避雷針；周圍100米外有架空高壓電力線多條，地勢較空曠，大樓屬于局部環(huán)境下孤立的高樓，電磁環(huán)境復雜，雷暴天氣下，由于高壓電力線及鐵塔的客觀存在，容易引起局地電磁環(huán)境畸變，通信大樓內(nèi)各通信設備、電氣設施易遭雷擊。

圖2 雷擊損壞設備

（3）UPS機房位于大樓裙樓（裙樓高三層）的第二層，與大樓共用外部防雷裝置，共用大樓聯(lián)合地網(wǎng)。機房部分已經(jīng)安裝浪涌保護裝置，其中等電位工作地排較完善，走線架無跨接。

（4）機房內(nèi)的電源系統(tǒng)未出現(xiàn)雷擊跳閘，而動力監(jiān)控設備信號模塊及主機均出現(xiàn)損壞情況。

圖3 遭雷擊損壞的動力監(jiān)控設備信號模塊及主機

（5）門衛(wèi)消防中心電源已安裝B級浪涌保護裝置，但安裝不規(guī)范，電源線及接地線過長，消防機柜未安裝浪涌保護裝置，曾出現(xiàn)雷擊損壞情況，等電位連接措施不完善。

3.2 存在問題

（1）等電位連接

走線架之間用螺栓連接，過渡電阻較大，一旦出現(xiàn)較大過電壓將出現(xiàn)跳火現(xiàn)象；工作接地線，設備外殼保護接地線均由走線架敷設至總匯流排接地，路徑較長，部分線纜尺寸較小，電感較大。

圖4 機房走線架等電位連接不合格

（2）浪涌保護裝置

1. Tenuta San Guido Bolgheri-Sassicaia Sassicaia 2015

在相對耐壓較低的部分未安裝精細級電源浪涌防護。

圖5 未安裝精細級電源浪涌防護

（3）屏蔽

信號線等傳輸線未進行屏蔽線槽敷設，直接采用塑料線槽敷設。

4 整改對策

通過現(xiàn)場勘察分析，檢測UPS機房防雷接地系統(tǒng)、清查機樓雷擊安全隱患和潛在故障點，保障人身和設備的安全及運行，系統(tǒng)防雷整改對策如下：

4.1等電位整改

（1）均壓環(huán)沿走線架內(nèi)側(cè)安裝，無走線架的部分沿墻采用絕緣子固定安裝，高度為走線架高度，環(huán)要閉合，不得出現(xiàn)鏈狀。材料為40*4mm紫銅排，在平面中間隔200mm打一個Φ10mm的孔用于接設備的地線。機房內(nèi)所有金屬設備、不帶電的金屬外殼等應就近與室內(nèi)等電位均壓環(huán)用16mm2BVR銅導線進行可靠連接。包括交流電源配電箱、UPS電源、動力環(huán)境監(jiān)控設備、走線架、防雷器等。機房內(nèi)通信電纜的屏蔽層、走線槽（架）、吊掛鐵架、機架或機殼、金屬通風管道、金屬門窗、防靜電地板及支撐架等亦都要可靠連接到室內(nèi)等電位均壓環(huán)上；且等電位均壓環(huán)排之間的壓接應該可靠、牢固，并防止雷擊沖擊發(fā)生跳火現(xiàn)象，如圖6，圖7。

圖6 均壓環(huán)示意圖1

圖7 均壓環(huán)示意圖2

（2）電池金屬架采用35mm2地線與均壓環(huán)連接，地線為黃綠相間標準地線，要求綁扎牢固、整齊、平直、美觀，盡量短直；

（3）等電位均壓環(huán)與地網(wǎng)的連接需要3處進行連接，其中可以利用機房原有的接地總匯集排，使用一根95mm2的BVR電纜就近連接至等電位均壓環(huán)上。其他二處分別使用一根95mm2的BVR電纜就近穿透機房墻體，直接引出機房外（根據(jù)機房的類型定：在機房外設置銅鐵轉(zhuǎn)換頭，接地引入銅纜與地網(wǎng)接地體之間應通過過渡銅鐵頭連接。銅鐵轉(zhuǎn)換頭另一端焊接40×4mm熱鍍鋅扁鋼，扁鋼與地網(wǎng)主干接地母線焊接。引出施工難度較大時候，就近利用建筑物未作為引下線的柱內(nèi)鋼筋進行抽筋接地。

4.2 浪涌保護整改

（1）主要針對動力監(jiān)控部分，調(diào)整2樓UPS機房已有C級防雷箱的安裝位置，使得接地線盡量短直，C級防雷器應盡量安裝在開關電源交流配電單元內(nèi)，該防雷器應包含在電源設備里，與電源設備一齊安裝，安裝位置應離接地點（均壓環(huán)）的物理距離最短處（開關電源工作地、保護地、防雷器接地應聯(lián)合接地后再接入均壓環(huán)上）。

（2）在動力監(jiān)控箱內(nèi)的信號線輸入輸出端均串聯(lián)安裝RJ45信號接口的浪涌保護裝置，浪涌保護裝置要求設計為差模、共模全矩陣保護，以平衡電壓，達到保護的作用。

（3）在動力監(jiān)控主設備RS232接口處，串聯(lián)安裝RS232串口浪涌保護器，浪涌保護器就近等電位連接。

4.3 屏蔽整改

（1）將動力監(jiān)控設備輸出線全套金屬線槽敷設，引至設備處，屏蔽線槽的兩端就近接地。

（2）動力監(jiān)控設備外殼的保護接地、屏蔽接地等就近接至均壓環(huán)。

4.4 UPS監(jiān)控板卡升級

據(jù)分公司運維人員介紹，多次雷擊損壞UPS監(jiān)控板卡后，中達維修人員更換了新升級的通信板卡，新板卡增加了防雷擊抗干擾的壓敏電阻，用于雷擊干擾保護。新板卡的防雷性能有待時間驗證。

4.5 門衛(wèi)室消防控制柜整改

（1）在消防控制中心增加接地均壓環(huán)，沿房間一周敷設，均壓環(huán)就近利用建筑物柱內(nèi)鋼筋接地（測量接地電阻不大于4Ω）；

（2）調(diào)整原安裝的浪涌保護器的接地匯流排位置及調(diào)整線路的接線，地線要求長度不大于1m；

（3）在消防控制柜電源處安裝一單相浪涌保護裝置，通流量不小于20kA，在消防控制線路的進線端并聯(lián)安裝信號浪涌保護器；

（4）就近將室內(nèi)的金屬設備外殼同均壓環(huán)連通。

5 結(jié)束語

通信網(wǎng)絡安全運營保障了企業(yè)穩(wěn)定有序的發(fā)展，動力監(jiān)控系統(tǒng)運行的安全可靠性減少了企業(yè)的人為及意外的損失。雷暴天氣的頻繁出現(xiàn)，過電壓和靜電感應導致了動力監(jiān)控系統(tǒng)運行的不可靠，由于動力監(jiān)控系統(tǒng)的電源、通信線路走向復雜極易遭受雷擊，其外部防雷設施、電源系統(tǒng)的防雷安全非常重要。

綜合防雷設計應考慮環(huán)境因素、雷電活動規(guī)律、系統(tǒng)設備的重要性、發(fā)生雷災后果的嚴重程度，分別采取相應的防護措施。

（1）在進行綜合防雷設計時，應堅持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設計、多重保護、技術先進、經(jīng)濟合理、定期檢測、隨機維護的原則，進行綜合設計及維護。

（2）綜合防雷系統(tǒng)的防雷設計應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、共同接地系統(tǒng)和安裝電涌保護裝置等措施進行綜合防護。必須堅持預防為主，安全第一的指導方針。

（3）綜合防雷系統(tǒng)應根據(jù)所在地區(qū)雷暴等級、設備放置在雷電防護區(qū)的位置不同，采用不同的防護標準。為確保防雷設計的科學性、先進性，建設工程在設計前宜做現(xiàn)場雷電環(huán)境評估。

1曾光，周樹良.監(jiān)控系統(tǒng)的雷害分析和解決方案［J］.中國公共安全：學術版，2006，（9B）:114-118

2YD/T 1363.1-2014.通信局（站）電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng) 第1部分:系統(tǒng)技術要求.2014-10-14

3國標GB50689—2011.通信局（站）防雷與接地工程設計規(guī)范.2011-04-02

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.09.015

2016-08-08）

UPS監(jiān)控板遭雷擊損壞，使得對主要動力環(huán)境設備的監(jiān)控處于監(jiān)控盲點，監(jiān)控板塊自身的安全性值得重視！文章闡述了UPS動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)架構及雷擊風險，揭示了動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)存在的雷擊隱患，重點結(jié)合實際發(fā)生的雷擊案例分析，給出防雷保護方法與工程整改對策。