中兴通讯南宁地区工程可靠性案例

对远端通信站雷击故障的调查

——中兴通讯南宁地区工程可靠性案例

    

    2004年11月29日，在中兴通讯公司防雷培训研讨会上，广西南宁地区的工作人员反映，当地部分远端通信站机房遭雷击问题十分严重，培训研讨会要求公司专家对出事地区通信站接地防雷情况进行现场调研，以便制定整改方案。

    当年12月13日至15日，中兴通讯公司质量战略工作组可靠性总监彭轶和质量经理何杰一道，在当地相关工程人员的协助下，对南宁铁通分公司、防城港电信分公司、东兴市电信局的十多个通信局（站）的工程防雷接地情况进行了现场调研，发现了这些局（站）在接地防雷设计和工程方面的一些问题，提出了整改意见，为中兴通讯《工程可靠性要求》的制订，提供了重要的素材和依据。

  

    A.调研第一站：东兴市电信局江平镇黄竹站

    调查人员首先到广西防城港电信分公司东兴市电信局江平镇黄竹站调研。自2003年6月开通以来，该站因雷击导致用户板等设备损坏、返修的情况非常严重。经测试，该站接地桩的接地电阻为3Ω。

    经现场考察，调查人员认为，该站并非处于独立高点，遭受直击雷的可能性不大，但电源线和用户线均为农电，由架空明线引入，雷击很可能由电源线或用户线引入。

    调查人员发现，黄竹站的接地防雷网络有如下问题：

    1.地线与地桩的联结方式不符合要求（图1）。相关标准要求地线的连接以焊接为好，至少要通过接地汇流排转接，每个转接孔只能接一根地线，而且要通过线鼻子或铜垫片压紧。禁止多股地线绞在一起与地桩压接。主要目的是减少地线上的阻抗，抑制地电位反弹。

    2.地线的粗细不规范，泄放大电流的地线反而较细（图2）。40kA避雷器的泄放地线只有4mm（图2兰线，截面积，下同），不能有效泄放雷击电流，从而使避雷器效果变差，甚至被打坏，证明确有雷击信号从电源线进入。调查人员建议，将该地线改为25mm以上。

    另外，配线架的地线也较细（图1中的细黑线，约12mm），泄放雷击电流时会在线上产生较大的电位差（与线长有关，该地线线长大于6m）。

    3.接地网络不符合均压等电位原则。黄竹站的设备接地网络如图3所示，是一种典型的星型连接，配线架、ONU（光节点）、SDH（同步数字光端机）三台设备各自分别接地。由于三根地线长短粗细和泄放电流大小不一，所以当泄放雷击电流时，设备外壳地A、B、C三点的电位相差很大。当用户线上的雷击进入配线架时，配线架保安单元泄放电流，地线AD上会产生数千伏的浪涌电压，而B点、C点和D点的电位仍然为零伏。正是AD线上的数千伏电压加上配线架保安器的残压施加在用户板的入口，导致用户板损坏，这就是地电位反弹。

    为此，调查人员认为，黄竹站的整改方案是：将地线与接地桩的连接改为汇流排连接；将40kA避雷器的地线改为25mm以上；将ONU和SDH的地线用25mm以上的短线先连到配线架，再通过45mm以上的地线连接到接地桩。

    

    B.调研第一站：东兴市电信局长山站

    调查人员又来到东兴市电信局长山站。该站开通时间早于黄竹站，但雷击故障很少。该站的电源和用户线与黄竹站一样，都是农电和架空明线引入，之所以雷击故障较少，是因为它的地线网络符合均压等电位原理。长山站的接地网络是ONU和SDH的地线先用16mm的短线接到配线架底部的铜排,再通过25mm的多股铜线接到接地桩。这样三台设备处于等电位面上，避免了地电位反弹对用户板的损坏。

    

    C.调研第三站：冲榄站和竹围站

    冲榄站和竹围站的雷击损坏设备数大约是黄竹站的三分之一，远远超过正常范围，在一年多的时间内，竹围站有数十个配线架的保安单元被打坏，也属于严重雷击故障点。

    这两个通讯基站的电源线和用户线也由架空明线引入。经查，故障也是因为接地网络有问题，在遭遇雷击时，地电位反弹损坏用户板。

    冲榄站和竹围站的接地网络都是SDH先接到ONU，再从ONU接到接地桩（图4），而配线架单独接地线到接地桩，这种接法并没有避免配线架上的地电位反弹。当雷击信号经用户线进入并经配线架保安器泄放时，配线架地线上A点电位升高（假设D点电位为零），而B点和C点电位保持为零，这时AD电压和配线架保安器的残压共同施加在ONU用户板端口上，造成用户板损坏。

    

    D.调研第四站：东兴市电信局大旺站

    与长山站类似，东兴市电信局大旺站的雷击故障也很少，在正常范围之内。大旺站的设备接地网络，是先将配线架和SDH的地线就近接到ONU的接地排上，再接到机房的接地桩上（图5），符合均压等电位原理。当雷击信号从用户线进入并经配线架泄放时，配线架地B点电位升高、ONU地C点电位同时也升高了，从而实现了均压等电位。

    此外，调查人员还调研了东兴市电信局中心机房、防城港市电信分公司中心机房、南宁铁通分公司中心机房，这些中心机房均有中兴通讯公司的交换、接入、传输、PCS等各种产品数万线或十多万线运行，但雷击问题均不严重，完全在正常可接受的范围之内。其原因在于这些中心机房有良好的防雷网络和接地网络，其用户线和电源线也不是架空明线，而由地下埋管进入机房。设备地线均在25mm以上，地线母线在50mm以上，接头方法符合标准，所有互连设备外壳良好互连，处于等电位面上；电源线有分级防雷网络，交流进线防雷等级为40kA，直流电源柜防雷等级为20kA。

    

    E.改进方案

    调查发现，3个雷击故障率高的站（黄竹、冲榄、竹围）都是配线架和ONU单独接地，泄放雷击电流时二根地线上的电位差很大，也就是两个设备的外壳（内部线路的电位参考点）地电位差很大，正是这个电位差超过了用户板的抗浪涌能力，导致用户板损坏，这就是地电位反弹。

    而两个雷击故障率低的站（长山、大旺），都是配线架和ONU的地线（外壳）先短线相连，然后再接到机房接地桩，泄放雷击信号时，地线上的电位差大部落在地线互联点到接地桩之间，这样配线架和ONU的外壳的电位差很小（满足均压等电位原理），没有超过用户板的防护能力，所以雷击故障率就低。

    对于从电源线上进入的雷击信号，接地网络是否符合均压等电位原理，对设备的安全有同样的功效。总之，对类似配置的通信基站来说，不管雷击信号从用户线来还是从电源线来，要降低雷击故障率，ONU和配线架地（外壳）均压等电位是最起码的要求。

    具体方法就是：首先要使用良好的地桩和地线，尽可能降低地线上的电压降。然后是通过接地网络设计，尽可能实现互连设备地的均压等电位，减少互连设备地的电位差对互连接口的损坏。

    本案例的改进方法，是将ONU和配线架的地线先短线相连，再用较长线连到接地桩，使雷击泄放时的瞬时高压大部分落在二者地线的公共部分，尽可能降低二者外壳（地）的瞬时电位差，避免该电位差对接口电路的危害。

 

    进一步分析，部分远端机房雷击故障较多，根本原因在于远端机房的进线、防雷网络、接地网络及电源网络等与标准的要求有较大的差距。调查人员建议，公司必须加强这方面的研究、建立相关标准，尽可能使远端机房的进线方式、防雷网络、接地网络及电源条件得到改善和优化，用提高工程可靠性的方法，降低设备的故障率。（据中兴通讯彭轶、何杰的调研报告整理，中兴通讯供图。）