核心通信局基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)營深度評(píng)估探索與實(shí)踐

楊超

中國電信股份有限公司徐州分公司

0 引言

電源、空調(diào)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等組成的通信局基礎(chǔ)設(shè)施，是保障通信業(yè)務(wù)安全、高效運(yùn)營的基礎(chǔ)。隨著業(yè)務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大和基礎(chǔ)設(shè)施DC化重構(gòu)深入，以及通信設(shè)備功率密度不斷提高，核心通信局用電負(fù)荷持續(xù)增長，對(duì)電源、空調(diào)等設(shè)備的維護(hù)和保障要求也持續(xù)提高。為提升安全、高效的維護(hù)服務(wù)能力，保障核心通信局供電供冷安全，江蘇電信在2017至2019年集中全省專家和骨干多次對(duì)省級(jí)核心機(jī)樓開展供電安全評(píng)估，取得良好效果。本文抽取其中7個(gè)核心機(jī)樓在評(píng)估過程中發(fā)現(xiàn)的272項(xiàng)各類問題進(jìn)行分析總結(jié)，特別是對(duì)典型隱患進(jìn)行介紹，希望對(duì)同業(yè)者有所借鑒。

1 重點(diǎn)評(píng)估內(nèi)容

基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)營深度評(píng)估主要內(nèi)容包括：高低壓交流配電系統(tǒng)評(píng)估、直流供電系統(tǒng)評(píng)估、UPS系統(tǒng)評(píng)估、末端配電設(shè)備評(píng)估、空調(diào)系統(tǒng)評(píng)估、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)估等。其中系統(tǒng)容量、容錯(cuò)冗余、蓄電池放電能力、全程溫升檢查、發(fā)電機(jī)組帶載能力、動(dòng)環(huán)監(jiān)控告警有效性、應(yīng)急能力等作為重點(diǎn)評(píng)估項(xiàng)目，每個(gè)系統(tǒng)每臺(tái)設(shè)備每個(gè)開關(guān)逐一實(shí)施。

7個(gè)核心機(jī)樓在評(píng)估過程中共發(fā)現(xiàn)各類隱患272項(xiàng)，按照隱患原因排序，前3類分別是異常溫升43項(xiàng)，設(shè)備容量不足22項(xiàng)，開關(guān)整定值不合理21項(xiàng)。按照設(shè)備分類，前5位分別是高低壓交流配電、蓄電池、開關(guān)電源、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、列頭柜，具體見表1。

表1 隱患數(shù)量匯總

2 高低壓交流配電典型隱患分析

2.1 低壓供電系統(tǒng)容錯(cuò)冗余和容量冗余隱患

核心通信局低壓配電系統(tǒng)一般采用多套2進(jìn)線1母聯(lián)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，每臺(tái)變壓器負(fù)載率不大于45%，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或停電時(shí)，另一臺(tái)變壓器能夠承擔(dān)全部負(fù)荷。此種供電結(jié)構(gòu)簡潔，可靠性高，但是在評(píng)估過程中也發(fā)現(xiàn)末端電源設(shè)備為提高可靠性而盲目采用雙路電源自動(dòng)切換，反而人為造成隱患。如圖1，由兩路市電供電的4臺(tái)變壓器均處于分供狀態(tài)，UPS系統(tǒng)1與UPS系統(tǒng)2組成2N供電系統(tǒng)，其主路和旁路電源分別接到兩路市電供電的兩個(gè)變壓器下；DC240V高壓直流和48V開關(guān)電源的兩個(gè)整流機(jī)架采用負(fù)載均分方式，其整流機(jī)架分別接到兩個(gè)變壓器，每個(gè)整流機(jī)架可承擔(dān)全部負(fù)荷。當(dāng)市電1停電時(shí)，DC240與48V系統(tǒng)整流機(jī)架1承擔(dān)全部負(fù)荷，UPS系統(tǒng)2承擔(dān)全部負(fù)荷，T2與T3變壓器負(fù)載率90%，此時(shí)K2和K5母聯(lián)開關(guān)如果處于自動(dòng)狀態(tài)，由于兩個(gè)母聯(lián)開關(guān)動(dòng)作的不同步或者某個(gè)母聯(lián)開關(guān)無法合閘，例如K2先動(dòng)作，則T2變壓器相當(dāng)于帶載了T1、T2、T4的所有負(fù)載，從而引發(fā)過載。

圖1 供電系統(tǒng)示意圖

另外，如圖2，有3套低壓系統(tǒng)分別接到兩路市電，UPS系統(tǒng)1和UPS系統(tǒng)2為2N關(guān)系，UPS系統(tǒng)3和UPS系統(tǒng)4為2N關(guān)系。當(dāng)市電1停電或閃斷時(shí)，由于末端設(shè)備的負(fù)載自動(dòng)切換，T2變壓器將承擔(dān)起T1與T3變壓器下的所有自動(dòng)切換負(fù)荷，極有可能造成T2變壓器過載。

圖2 供電系統(tǒng)示意圖

因此，設(shè)置末端電源設(shè)備雙路電源自動(dòng)切換時(shí)必須嚴(yán)格根據(jù)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理配置，充分考慮停電狀態(tài)下對(duì)變壓器影響，在容量緊張時(shí)優(yōu)先保障高等級(jí)電源系統(tǒng)自動(dòng)切換保護(hù)，其他系統(tǒng)可設(shè)置為手動(dòng)切換保護(hù)，同時(shí)應(yīng)保障整個(gè)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，路由清晰，避免過度保護(hù)造成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)引發(fā)誤操作，避免由小故障引起的范圍擴(kuò)大，同時(shí)應(yīng)合理規(guī)劃，統(tǒng)籌分配負(fù)荷，提高供電系統(tǒng)可靠性和利用率。

2.2 交流斷路器（空開）容量配置與整定參數(shù)設(shè)置隱患

斷路器參數(shù)設(shè)置不合理隱患數(shù)量約占總隱患數(shù)量的8%，該類隱患在低壓配電系統(tǒng)普遍存在，同時(shí)因整定參數(shù)問題引發(fā)的故障也是屢見不鮮，該類問題需要引起足夠重視。整定參數(shù)設(shè)置不合理隱患主要應(yīng)關(guān)注以下方面：

（1）工程結(jié)束后沒有對(duì)各級(jí)配電開關(guān)進(jìn)行整定值設(shè)定，各參數(shù)處于出廠狀態(tài)，其中In默認(rèn)處于最小值，隨著設(shè)備擴(kuò)容負(fù)荷增加沒有同步調(diào)整參數(shù)設(shè)置，存在跳閘隱患。特別是抽屜式開關(guān)整定參數(shù)從外面無法檢查，隱蔽性較高。需要在抽屜面板粘貼整定參數(shù)相關(guān)信息。

（2）整定值設(shè)置不合理造成與上級(jí)開關(guān)容量倒掛，存在越級(jí)跳閘隱患。

（3）熱磁脫扣與電子脫扣保護(hù)裝置上下級(jí)搭配使用，存在由于動(dòng)作靈敏度差異引發(fā)越級(jí)跳閘隱患。

（4）長延時(shí)整定電流Ir、短延時(shí)整定電流Isd、短路瞬時(shí)電流Ii及對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)間整定值設(shè)置不合理，特別是上下級(jí)配合與協(xié)同保護(hù)不合理，失去選擇性保護(hù)功能，存在越級(jí)跳閘隱患，其中Isd、Ii設(shè)置較小，Isd ＞ Ii現(xiàn)象最為常見。

（5）長延時(shí)整定電流Ir與配電電纜載流量不匹配，設(shè)定值大幅超過電纜或母線載流量，存在安全隱患。

（6）UPS旁路輸入各級(jí)斷路器由于使用頻率低，其整定參數(shù)易疏忽，常處于不合理狀態(tài)，其各級(jí)配電開關(guān)短延時(shí)整定電流和短路瞬時(shí)電流應(yīng)適度提高。

3 列頭柜典型隱患分析

3.1 末端交直流配電設(shè)備雙路由供電保護(hù)不足隱患

重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般采用雙路電源輸入，當(dāng)其中一個(gè)電源模塊故障時(shí)另一個(gè)電源模塊可以承擔(dān)起供電任務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)等級(jí)不同，兩路輸入電源可來自一套電源或兩套電源，但均要求全程雙路由供電。對(duì)于此類負(fù)荷，要求配電設(shè)備輸入端熔斷器或空氣開關(guān)負(fù)載率不超過45%，但是在評(píng)估過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)主備列頭柜的輸入保護(hù)裝置負(fù)載率大于50%，分析原因主要包括：

（1）現(xiàn)場維護(hù)作業(yè)項(xiàng)目缺失或未按要求落實(shí)檢查。

（2）兩個(gè)單路輸入列頭柜互為主備，但兩個(gè)列頭柜放置距離較遠(yuǎn)，誤作為單路供電設(shè)備維護(hù)使用。

（3）列頭柜輸入開關(guān)容量大于上級(jí)直流屏開關(guān)容量，形成保護(hù)裝置容量倒掛，現(xiàn)場維護(hù)作業(yè)只關(guān)注列頭柜輸入端，造成上級(jí)直流屏側(cè)保護(hù)裝置超載。例如列頭柜輸入為兩個(gè)400A熔絲，上級(jí)直流屏輸出為兩個(gè)300A熔絲，當(dāng)列頭柜側(cè)每路輸入160A時(shí)直流屏側(cè)熔絲已失去雙路保護(hù)功能。

（4）現(xiàn)場基礎(chǔ)資料不全，標(biāo)簽不準(zhǔn)確或缺失，線纜對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)亂。

（5）加電流程及用電管控制度缺失，造成加電不規(guī)范，隨著負(fù)荷增長對(duì)應(yīng)開關(guān)過載。例如，一套240V直流供電系統(tǒng)配置兩個(gè)整流機(jī)架，每個(gè)整流機(jī)架按規(guī)范各配置1個(gè)160A輸入空開，此兩個(gè)空開分別從兩個(gè)交流屏引入，隨著設(shè)備擴(kuò)容這兩個(gè)交流屏用電設(shè)備不斷增加，從而忽略了后端雙路電源自動(dòng)切換特性，當(dāng)其中1號(hào)整流機(jī)架故障時(shí)，造成2號(hào)整流機(jī)架對(duì)應(yīng)的交流屏輸入空開過載跳閘。

4 發(fā)電機(jī)組典型隱患分析

發(fā)電機(jī)組作為通信機(jī)樓重要后備電源，其可靠性直接影響供電安全，由于近年市電可用性保持較高水平，發(fā)電機(jī)組使用率普遍不高，維護(hù)部門對(duì)發(fā)電機(jī)組實(shí)際帶載和運(yùn)行數(shù)據(jù)掌握不足，發(fā)電機(jī)組帶載成功率偏低，長時(shí)間帶載故障率偏高。根據(jù)安全評(píng)估情況，發(fā)電機(jī)組隱患主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）發(fā)電機(jī)組配置容量與實(shí)際負(fù)荷不匹配，存在發(fā)電機(jī)組功率配置誤區(qū)，致使發(fā)電機(jī)組容量無法滿足實(shí)際負(fù)載要求。例如，某通信機(jī)樓實(shí)際配置1臺(tái)2000KVA變壓器，配置1臺(tái)1600KW發(fā)電機(jī)組。1600KW發(fā)電機(jī)組銘牌額定電流2886A，2000KVA變壓器銘牌額定電流2886A。按照銘牌電流比對(duì)1600KW發(fā)電機(jī)組能夠滿足要求，但是發(fā)電機(jī)組2886A電流是在功率因素0.8基礎(chǔ)上計(jì)算得出，實(shí)際應(yīng)用中通信機(jī)樓自然功率因素普遍高于0.9，在變壓器負(fù)載率較高情況下，1600KW發(fā)電機(jī)組功率無法滿足實(shí)際帶載要求。

（2）發(fā)電機(jī)組帶容性負(fù)荷功率不足。通信機(jī)樓發(fā)電機(jī)組主要負(fù)載為UPS、開關(guān)電源、高壓直流、機(jī)房空調(diào)、服務(wù)器電源模塊直供等，其中UPS、開關(guān)電源、服務(wù)器電源模塊、高壓直流設(shè)備均為非線性負(fù)載，該類設(shè)備的整流濾波電路、輸入端的電容器件、諧波等因素均對(duì)發(fā)電機(jī)組帶載能力產(chǎn)生影響，特別是當(dāng)UPS負(fù)載率較低時(shí)呈現(xiàn)明顯的容性特征，并且通信機(jī)樓配置的發(fā)電機(jī)組功率普遍偏小，帶載瞬間沖擊對(duì)發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行更為不利。對(duì)于以上問題可采取以下措施減少影響：

①新建工程選用瞬態(tài)響應(yīng)能力好的發(fā)電機(jī)組，改善帶容性負(fù)載能力。

②新建工程發(fā)電機(jī)組功率配置應(yīng)按功率因素0.9-1核算。

③提高UPS系統(tǒng)的負(fù)載率，盡量采用諧波較小的設(shè)備。

④發(fā)電機(jī)組帶載時(shí)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置應(yīng)切除。

⑤當(dāng)有多套低壓系統(tǒng)時(shí)，UPS等非線性負(fù)荷應(yīng)與機(jī)房空調(diào)等感性負(fù)載搭配組合，優(yōu)化功率因素，減少對(duì)發(fā)電機(jī)組影響。

⑥發(fā)電機(jī)組帶載應(yīng)采用分步加載，多個(gè)ATS應(yīng)設(shè)置不同延時(shí)，多套UPS和高壓直流應(yīng)分套帶載，減少對(duì)發(fā)電機(jī)組沖擊，提高帶載成功率。

⑦高壓直流等系統(tǒng)應(yīng)選用帶載軟啟動(dòng)功能和沖擊啟動(dòng)沖擊較小的品牌。

同時(shí)，發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)維護(hù)與應(yīng)急演練缺失也是引起各類問題的重要原因，主要表現(xiàn)在：

①周期性保養(yǎng)項(xiàng)目缺失，認(rèn)為發(fā)電機(jī)使用頻率低僅需要定期空載試機(jī)即可。

②發(fā)電機(jī)組帶載測(cè)試長期缺失或帶載時(shí)間過短或帶載季節(jié)選擇不合理。發(fā)電機(jī)組每年至少帶載一次，帶載時(shí)間應(yīng)大于50分鐘，應(yīng)盡量選擇在室外環(huán)境30℃以上時(shí)進(jìn)行帶載，摸底測(cè)試機(jī)組性能。

③發(fā)電機(jī)組外部和配套設(shè)施因素是造成故障多發(fā)的重要原因，主要包括進(jìn)排風(fēng)風(fēng)量不足；日用油箱和柴油管路長期不維護(hù)；冷卻水箱表面長期不維護(hù)；排煙管路過長或不順暢；外置控制系統(tǒng)或接線松動(dòng)等。

5 蓄電池典型隱患分析

蓄電池隱患占比13.6%，作為供電保障的最后環(huán)節(jié)，必須保證蓄電池的工作可靠，確保作業(yè)維護(hù)落實(shí)到位，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

（1）整體容量不足。主要表現(xiàn)：總電壓在放電初期電壓反彈弱；放電過程中總電壓下降速度快；沒有特別明顯的落后電池，單體電池容量較一致；整組后備時(shí)間明顯少于理論時(shí)間；實(shí)際容量小于80%額定容量。此種情況5年以上蓄電池組較常見，可視為電池組性能劣化，并隨時(shí)間增長劣化嚴(yán)重，需加強(qiáng)關(guān)注及時(shí)更新。

（2）單體落后電池。落后電池在蓄電池整個(gè)生命周期都會(huì)發(fā)生，如果不及時(shí)更換有可能在放電時(shí)突然形成反極引發(fā)事故。整組電池中如果個(gè)別電池落后應(yīng)進(jìn)行單體更換，如果大批量出現(xiàn)落后應(yīng)進(jìn)行整組更換。

（3）超年限使用。其最大問題在于可靠性下降，內(nèi)阻增加，正極板腐蝕嚴(yán)重，在大電流沖擊下易引發(fā)突然失效，核心局蓄電池在達(dá)到使用年限后應(yīng)及時(shí)退出。

（4）表面物理變化。常見的隱患包括漏夜、腐蝕、鼓脹、開裂、變形、連接松動(dòng)等，特別是漏夜可能造成短路，連接條松動(dòng)可引起高溫，甚至引發(fā)火災(zāi)，應(yīng)定期巡檢及時(shí)處理。

以上隱患通過加強(qiáng)放電測(cè)試、溫升測(cè)試、螺栓緊固等作業(yè)項(xiàng)目，大部分可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，消滅在萌芽狀態(tài)。

6 機(jī)房空調(diào)典型隱患分析

機(jī)房局部高溫是經(jīng)常遇到的隱患，引發(fā)的主要原因包括以下幾種：

（1）送風(fēng)或回風(fēng)通道不順暢，致使送風(fēng)量不足，熱量積聚。例如送風(fēng)管路過長或者彎頭過多，造成風(fēng)量損失過多；送風(fēng)管路的管徑過?。辉O(shè)備擴(kuò)容后未同步考慮空調(diào)改造；設(shè)備安裝在拐角等不合理位置。

（2）設(shè)備功率密度超出冷卻能力。每種送風(fēng)方式都有其制冷量的最大限值，當(dāng)設(shè)備散熱量超出供冷能力范圍時(shí)就會(huì)形成局部高溫，特別是當(dāng)前高密機(jī)柜越來越多，而普通機(jī)房改造跟不上主設(shè)備更新或新建速度時(shí)，此類問題更是多發(fā)。

（3）主設(shè)備機(jī)架擺放不合理。主要體現(xiàn)在列間距過小，仍按照傳統(tǒng)交換或傳輸設(shè)備列間距擺放；更新設(shè)備后沒有同步調(diào)整列間距；未按照“面對(duì)面，背靠背”方式布置機(jī)架，使得熱風(fēng)接力。

（4）空調(diào)老化或數(shù)量缺少引發(fā)制冷量不足。

（5）主設(shè)備進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)不合理。例如前進(jìn)前出、前進(jìn)側(cè)出等設(shè)備造成氣流組織混亂，散熱困難，制冷效率下降。

冷水機(jī)組在評(píng)估過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）冷凍水管路需采用雙回管路或AB管路完全隔離供水方式。

（2）應(yīng)配置與蓄電池后備時(shí)間匹配的儲(chǔ)冷裝置。

（3）冷凍水泵、末端空調(diào)、群控系統(tǒng)等應(yīng)采用UPS供電。

7 異常溫升典型隱患分析

溫升過高和異常發(fā)熱隱患占比15.8%，需高度重視，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下方面：

（1）開關(guān)、熔絲、斷路器等保護(hù)裝置異常發(fā)熱。主要包括滿載或接近滿載運(yùn)行、接觸不良、產(chǎn)品質(zhì)量等原因，需要加強(qiáng)用電管理與負(fù)荷管控，作業(yè)執(zhí)行落到實(shí)處。

（2）接觸器、刀閘等控制裝置異常發(fā)熱。主要原因包括觸頭接觸不良；接觸器老化、灰塵過多造成異響和過熱；長期閑置造成氧化，接觸電阻增大等。例如，某核心機(jī)樓發(fā)電機(jī)組供電采用刀閘人工切換，安全評(píng)估檢查發(fā)電機(jī)組帶載時(shí)發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換刀閘B相觸頭溫度高達(dá)90度，A、C相觸頭溫度正常。停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)該刀閘B相觸頭壓緊裝置螺絲松動(dòng)，并且因?yàn)殚L期不使用該觸頭氧化嚴(yán)重，如果該問題發(fā)生在中性線則可能引起嚴(yán)重故障。

（3）電纜異常發(fā)熱。主要原因包括電纜線徑選擇不合理，引發(fā)過載；電纜溝、孔洞等電纜集中堆積處，通風(fēng)不暢、散熱困難，引發(fā)異常發(fā)熱；電纜與銅鼻子壓接質(zhì)量不過關(guān)，造成連接處接觸電阻過大，引發(fā)異常發(fā)熱；電纜布放不規(guī)范，過度彎曲引起發(fā)熱。

（4）變壓器、電抗器、互感器等鐵芯發(fā)熱。諧波是造成變壓器和電抗器運(yùn)行溫度升高的主要原因，部分電抗器運(yùn)行溫度超過100℃。接觸不良和安裝不規(guī)范是造成互感器異常發(fā)熱、異常聲響的主要原因，特別是近年能耗檢測(cè)使用的互感器大量安裝，并且由于場地限制造成安裝不規(guī)范，引發(fā)殼體發(fā)熱燒毀、變形。評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)某核心機(jī)房配電室低壓配電柜上方互感器異常發(fā)熱，殼體變形，因此需要定期測(cè)試檢查，特別是隱蔽位置要檢查仔細(xì)。

（5）電容補(bǔ)償裝置發(fā)熱。電容補(bǔ)償柜內(nèi)部元器件是溫升異常的高發(fā)位置，包括接觸器、電容器、熔斷器、連接端子、連接線等，電容器組工作電流高達(dá)數(shù)十至上百安培，電容器燒毀事故也屢見不鮮，評(píng)估過程也發(fā)現(xiàn)個(gè)別接觸器溫升較高，應(yīng)定期巡檢，檢查元器件表面有無變色、燒蝕現(xiàn)象，定期更換補(bǔ)償電容器。

（6）渦流引起的異常發(fā)熱。在通電母排周圍由于渦流效應(yīng)可引起機(jī)柜、背板、固定鐵件等異常溫升，需要特別引起重視，定期用熱成像儀掃描檢查，避免引發(fā)事故。評(píng)估過程發(fā)現(xiàn)某核心機(jī)樓低壓配電柜交流母排周圍多處固定螺栓溫度高達(dá)70～80℃，但大部分螺栓溫度正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)熱的螺栓均為鐵質(zhì)，而其他螺栓為不銹鋼質(zhì)地，不銹鋼屬非導(dǎo)磁材料，所以不存在渦流效應(yīng)。另外，在渦流引發(fā)的事故中，單相交流電纜穿鐵管布放引發(fā)過熱燒毀故障時(shí)有發(fā)生，需引起重視。

8 結(jié)束語

安全運(yùn)營評(píng)估應(yīng)充分保證參加人員數(shù)量和能力，保證儀器儀表準(zhǔn)確高效，利用熱成像儀、電力分析儀、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等先進(jìn)儀表或手段，充分提高評(píng)估效率。深度評(píng)估應(yīng)做到橫向到邊，縱向到底，對(duì)蓄電池容量、配電結(jié)構(gòu)、冗余保護(hù)等重點(diǎn)評(píng)估項(xiàng)目應(yīng)每臺(tái)設(shè)備逐一測(cè)試逐一檢查，保障能力全面起底，針對(duì)存在的隱患制定解決方案和保障預(yù)案，全面提升應(yīng)急保障能力，確保通信網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)運(yùn)行安全。