通信綜合樓防雷與接地案例分析

張 蒙，徐利軍

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司珠海分公司，廣東珠海519000）

1 概述

改革開放40年，我國通信事業(yè)迅猛發(fā)展。由程控交換機(jī)時代發(fā)展到如今以服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為主的互聯(lián)網(wǎng)時代以及即將到來的5G時代，在這發(fā)展過程中始終離不開通信局（站）防雷與接地工程。國家或行業(yè)關(guān)于通信局（站）防雷與接地工程有嚴(yán)格的設(shè)計規(guī)范，并隨著防雷與接地技術(shù)的發(fā)展，防雷與接地設(shè)計規(guī)范也在不斷完善和更新。

1.1 通信局（站）防雷與接地設(shè)計規(guī)范的誕生

我國70年代以前所建通信局站，一般均采用分散接地。70年代以來，我國先后有15座以上的通信大樓采用聯(lián)合接地方式。例如天津電信樓、北京國際通信樓、上海電信大樓等。這些大樓采用聯(lián)合接地方式，樓內(nèi)接線配置方便，運(yùn)行效果良好。國際電報電話咨詢委員會（國際電聯(lián)的前身）CCITT 1974年《電信裝置的接地手冊》、國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計規(guī)范》（GBJ 79-85CC）以及鐵道部的相關(guān)部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了通信局（站）采用聯(lián)合接地方式的相關(guān)條款。通信局（站）防雷與接地設(shè)計規(guī)范是基于等電位連接的原理與聯(lián)合地線的理念。

1.2 通信局（站）防雷與接地設(shè)計規(guī)范的發(fā)展

根據(jù)國內(nèi)通信局（站）實踐經(jīng)驗的檢驗和國外經(jīng)驗，郵電部1989年頒布了《通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定（綜合樓部分）》（YDJ26-89）。

結(jié)合通信技術(shù)的發(fā)展和我國近些年來通信局（站）防雷接地的工作實踐經(jīng)驗，并參照ITU-T、IEC相關(guān)建議，對原中華人民共和國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《通信局（站）接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定（綜合樓部分）》（YDJ26-89）、《微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》（YD2011-1993）、《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》（YD5068-1998）、《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定》（YD5078-1998）、《通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計規(guī)范》（YD5098-2001）進(jìn)行了修訂，整合為新的中華人民共和國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》（YD5098-2005）。2011年通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》（GB50689-2011）于2011年4月2日發(fā)布，2012年5月1日實施。

2 工程案例分析

在近30多年的通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計實踐中，嚴(yán)格按照上述不同時期有關(guān)國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了防雷與接地設(shè)計，并且通過工程設(shè)計到設(shè)備運(yùn)營的若干年中持續(xù)關(guān)注工程防雷與接地設(shè)計的可靠性與安全性，實踐證明按照防雷與接地設(shè)計規(guī)范設(shè)計的工程基本上都取得了良好的防雷設(shè)計效果。但是在工程設(shè)計中還是出現(xiàn)了新問題?，F(xiàn)就這一工程案例與大家分享、討論，目的是積累通信綜合樓（站）防雷與接地工程經(jīng)驗。

2.1 2012年設(shè)備板件損壞分析

2012年春天雷雨季，某地（市）運(yùn)營商綜合機(jī)樓5層軟交換設(shè)備板件出現(xiàn)了損壞現(xiàn)象，對業(yè)務(wù)造成了較大影響。經(jīng)現(xiàn)場初步勘察發(fā)現(xiàn)軟交換設(shè)備架頂電源輸入防雷模塊有明顯的燒黑痕跡，這一現(xiàn)象引起了運(yùn)營商維護(hù)人員的關(guān)注，便組織工程技術(shù)人員對現(xiàn)場設(shè)備受損情況從以下幾方面進(jìn)行了實地勘察。

2.1.1 大樓接地情況分析

通信機(jī)樓為80年代中期建設(shè)，層高6層約30 m，樓頂建有微波塔。2000年初期對大樓接地地網(wǎng)進(jìn)行過完善，使大樓根部接地電阻值符合當(dāng)時的綜合樓防雷與接地設(shè)計規(guī)范要求。該機(jī)樓部分年份大樓聯(lián)合接地線接地電阻值如表1所示。

2.1.2 對外電可能引入雷電的分析

表1 該機(jī)樓部分年份大樓聯(lián)合接地線接地電阻值

通信機(jī)樓由一路10 kV專線高壓供電，由附近變電站管道引入獨(dú)立建筑的高壓室。高壓供電系統(tǒng)與低壓供電系統(tǒng)有較好的防雷保護(hù)措施，運(yùn)行多年來未發(fā)生雷擊損壞設(shè)備的現(xiàn)象。軟交換設(shè)備由1套-48 V系統(tǒng)供電，-48 V直流供電系統(tǒng)也未出現(xiàn)雷擊損壞相關(guān)設(shè)備部件的情況，排除外電引雷進(jìn)入機(jī)房的可能。

2.1.3 對光纜引入雷電的分析

通信機(jī)樓1樓為傳輸機(jī)房，引入光纜均成端到1樓傳輸機(jī)房ODF架，引入該機(jī)樓的光纜均為通信管道引入，其各條光纜加強(qiáng)芯均接到機(jī)房防雷接地排。其他樓層光纜通過室內(nèi)豎井由1樓傳輸機(jī)房引入。5樓機(jī)房沒有樓外直接引入的光纜。

2.1.4 機(jī)房內(nèi)接地系統(tǒng)分析

通信機(jī)樓5層機(jī)房原來有傳輸設(shè)備、程控交換設(shè)備，2005年在該層機(jī)房安裝了軟交換設(shè)備。在2006—2011年間，機(jī)房從未發(fā)生設(shè)備板件損壞的情況。2011年后在機(jī)房安裝了大量無線BBU設(shè)備，樓頂安裝了較多的GPS天線，每一個GPS均有一條射頻饋線引入機(jī)房BBU設(shè)備內(nèi)。機(jī)房分別安裝有傳輸設(shè)備地線排、交換設(shè)備地線排和無線設(shè)備地線排，都接入到樓層總地線排。樓層總地線排由1條95 mm2電力電纜接至大樓聯(lián)合地線根部。

經(jīng)過初步分析，射頻天饋線接地與設(shè)備保護(hù)地、直流工作地均接至五樓機(jī)房總接地排是引入雷電的主要原因。另外天饋線地線排引下線、建筑物防雷帶引下線與機(jī)房設(shè)備地線入地點距離太近以及室內(nèi)天饋線金屬構(gòu)件與金屬走線架之間沒有絕緣隔離也是雷電引入的成因。

2.2 第1次整改措施

a）將天饋線接地排與機(jī)房內(nèi)的直流工作地、設(shè)備保護(hù)地排分設(shè)。

（a）無線基站天饋線入室前在墻外設(shè)置一個天饋線地線排，用95 mm2電力電纜接至大樓地網(wǎng)根部，這樣可以將大部分天饋線雷電流感應(yīng)就近入地，減少室內(nèi)雷電流感應(yīng)。

（b）在機(jī)房內(nèi)，天饋線是雷電主要引入源，將天饋線地與直流工作地、設(shè)備保護(hù)地及電光纜金屬加強(qiáng)芯地分開。

b）天饋線及其金屬附件與金屬走線架之間絕緣。為天饋線設(shè)置專用走線架，該走線架與軟交換設(shè)備使用的走線架完全隔離；在室內(nèi)的走線架、天饋線及金屬附件與金屬走線架之間保持絕緣，避免天饋線金屬附件與金屬走線架之間有電氣接觸現(xiàn)象，否則會產(chǎn)生雷電感應(yīng)電流流入到走線架上，危害通信機(jī)房內(nèi)的通信設(shè)備。

2.3 改造后問題再發(fā)生

根據(jù)2012年故障分析報告，2013年對該機(jī)房地線排、走線架上饋線、電纜的布放進(jìn)行整改。遺憾的是在2014年春天雷雨季，機(jī)房軟交換、傳輸、電源板等設(shè)備板件依然出現(xiàn)了不同程度的損壞。

面對這種情況，運(yùn)營商再次組織更廣泛的工程技術(shù)人員對該機(jī)樓的防雷系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致勘查，包括：天面避雷針、避雷帶等接閃器，接地網(wǎng)，交、直流電源系統(tǒng)的防雷器配置情況，無線、傳輸?shù)仍O(shè)備接地及地線系統(tǒng)。從勘查情況來看，該機(jī)樓防雷系統(tǒng)符合行標(biāo)《通信局（站）在用防雷系統(tǒng)技術(shù)要求和檢測方法》（YD/T 1429-2006）和《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50689-2011）的要求。根據(jù)該機(jī)房防雷地線狀況與設(shè)備板件損壞情況，提出以下幾點意見。

a）機(jī)樓防雷系統(tǒng)符合設(shè)計規(guī)范規(guī)定，交、直流電源系統(tǒng)防雷措施滿足要求，可排除交流電源線路引起的雷擊。

b）機(jī)樓附近有較多高樓，雖然不能完全排除遭受直擊雷的可能，但概率較小。

c）軟交換設(shè)備中損壞板件直流防雷器經(jīng)拆開檢查與測試，防雷模塊引腳有打火痕跡，確認(rèn)熱脫扣保護(hù)裝置已啟動（避雷器已失效）。

最后分析認(rèn)為該機(jī)房大量布置無線網(wǎng)3G和4G BBU設(shè)備，每套BBU均配置1個GPS天線，機(jī)樓天面安裝過多GPS天線，而軟交換設(shè)備與基站設(shè)備的防雷等級不同。

2.4 第2次整改措施

a）將基站設(shè)備搬遷至6樓新的無線機(jī)房，與軟交換設(shè)備機(jī)房物理分離。

b）基站機(jī)房使用的地線系統(tǒng)由大樓聯(lián)合地線根部引接。

從2014年下半年基站機(jī)房搬遷至該機(jī)樓6樓后，至今該機(jī)樓5樓軟交換機(jī)房設(shè)備板件在雷雨季未再次發(fā)生損壞。

3 結(jié)束語

通過對上述案例的討論分析，可以得出以下結(jié)論。

a）雖然通信局（站）防雷與接地設(shè)計規(guī)范是基于等電位連接的原理與聯(lián)合地線的理念，但是在實際工程中各種防雷接地場景復(fù)雜多樣，需要不斷完善與總結(jié)。

b）該機(jī)房原有接地設(shè)計以及各種地線排的布置均符合通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范，在歷年修訂的設(shè)計規(guī)范中均沒有說明在安裝有數(shù)據(jù)設(shè)備、交換設(shè)備、傳輸設(shè)備的機(jī)房內(nèi)不宜或嚴(yán)禁安裝無線基站類設(shè)備。因此在該機(jī)房內(nèi)安裝無線基站類設(shè)備符合通信局（站）防雷與接地設(shè)計規(guī)范。

c）通過對機(jī)房2次防雷接地整改，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有大量以射頻饋線為載體的導(dǎo)線進(jìn)入機(jī)房后，就有可能帶來雷電感應(yīng)，對現(xiàn)有地線保護(hù)系統(tǒng)帶來沖擊，進(jìn)而造成設(shè)備的損壞。

d）數(shù)據(jù)設(shè)備、傳輸設(shè)備等通信設(shè)備與基站設(shè)備在防雷等級設(shè)計上有區(qū)別，前者在同等雷電感應(yīng)沖擊下有可能造成板件損壞。

e）建議今后在核心數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)不宜安裝有射頻天饋線作為引入導(dǎo)體的基站類設(shè)備。本項建議已被2018年6月在深圳召開的電磁環(huán)境與安全防護(hù)技術(shù)工作委員會（TC9）第26次會議關(guān)于《電信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施第5部分防雷接地》標(biāo)準(zhǔn)采納。

希望廣大工程技術(shù)人員、設(shè)計人員廣泛參與本案例的討論，為我國通信局（站）防雷與接地添磚加瓦。