核心通信局基础设施安全运营深度评估探索与实践

杨超

中国电信股份有限公司徐州分公司

0 引言

电源、空调、动环监控等组成的通信局基础设施，是保障通信业务安全、高效运营的基础。随着业务规模不断扩大和基础设施DC化重构深入，以及通信设备功率密度不断提高，核心通信局用电负荷持续增长，对电源、空调等设备的维护和保障要求也持续提高。为提升安全、高效的维护服务能力，保障核心通信局供电供冷安全，江苏电信在2017至2019年集中全省专家和骨干多次对省级核心机楼开展供电安全评估，取得良好效果。本文抽取其中7个核心机楼在评估过程中发现的272项各类问题进行分析总结，特别是对典型隐患进行介绍，希望对同业者有所借鉴。

1 重点评估内容

基础设施安全运营深度评估主要内容包括：高低压交流配电系统评估、直流供电系统评估、UPS系统评估、末端配电设备评估、空调系统评估、动环监控系统评估等。其中系统容量、容错冗余、蓄电池放电能力、全程温升检查、发电机组带载能力、动环监控告警有效性、应急能力等作为重点评估项目，每个系统每台设备每个开关逐一实施。

7个核心机楼在评估过程中共发现各类隐患272项，按照隐患原因排序，前3类分别是异常温升43项，设备容量不足22项，开关整定值不合理21项。按照设备分类，前5位分别是高低压交流配电、蓄电池、开关电源、动环监控、列头柜，具体见表1。

表1 隐患数量汇总

2 高低压交流配电典型隐患分析

2.1 低压供电系统容错冗余和容量冗余隐患

核心通信局低压配电系统一般采用多套2进线1母联的经典结构，每台变压器负载率不大于45%，当一台变压器故障或停电时，另一台变压器能够承担全部负荷。此种供电结构简洁，可靠性高，但是在评估过程中也发现末端电源设备为提高可靠性而盲目采用双路电源自动切换，反而人为造成隐患。如图1，由两路市电供电的4台变压器均处于分供状态，UPS系统1与UPS系统2组成2N供电系统，其主路和旁路电源分别接到两路市电供电的两个变压器下；DC240V高压直流和48V开关电源的两个整流机架采用负载均分方式，其整流机架分别接到两个变压器，每个整流机架可承担全部负荷。当市电1停电时，DC240与48V系统整流机架1承担全部负荷，UPS系统2承担全部负荷，T2与T3变压器负载率90%，此时K2和K5母联开关如果处于自动状态，由于两个母联开关动作的不同步或者某个母联开关无法合闸，例如K2先动作，则T2变压器相当于带载了T1、T2、T4的所有负载，从而引发过载。

图1 供电系统示意图

另外，如图2，有3套低压系统分别接到两路市电，UPS系统1和UPS系统2为2N关系，UPS系统3和UPS系统4为2N关系。当市电1停电或闪断时，由于末端设备的负载自动切换，T2变压器将承担起T1与T3变压器下的所有自动切换负荷，极有可能造成T2变压器过载。

图2 供电系统示意图

因此，设置末端电源设备双路电源自动切换时必须严格根据供电系统结构合理配置，充分考虑停电状态下对变压器影响，在容量紧张时优先保障高等级电源系统自动切换保护，其他系统可设置为手动切换保护，同时应保障整个供电系统结构简洁，路由清晰，避免过度保护造成的复杂结构引发误操作，避免由小故障引起的范围扩大，同时应合理规划，统筹分配负荷，提高供电系统可靠性和利用率。

2.2 交流断路器（空开）容量配置与整定参数设置隐患

断路器参数设置不合理隐患数量约占总隐患数量的8%，该类隐患在低压配电系统普遍存在，同时因整定参数问题引发的故障也是屡见不鲜，该类问题需要引起足够重视。整定参数设置不合理隐患主要应关注以下方面：

（1）工程结束后没有对各级配电开关进行整定值设定，各参数处于出厂状态，其中In默认处于最小值，随着设备扩容负荷增加没有同步调整参数设置，存在跳闸隐患。特别是抽屉式开关整定参数从外面无法检查，隐蔽性较高。需要在抽屉面板粘贴整定参数相关信息。

（2）整定值设置不合理造成与上级开关容量倒挂，存在越级跳闸隐患。

（3）热磁脱扣与电子脱扣保护装置上下级搭配使用，存在由于动作灵敏度差异引发越级跳闸隐患。

（4）长延时整定电流Ir、短延时整定电流Isd、短路瞬时电流Ii及对应动作时间整定值设置不合理，特别是上下级配合与协同保护不合理，失去选择性保护功能，存在越级跳闸隐患，其中Isd、Ii设置较小，Isd ＞ Ii现象最为常见。

（5）长延时整定电流Ir与配电电缆载流量不匹配，设定值大幅超过电缆或母线载流量，存在安全隐患。

（6）UPS旁路输入各级断路器由于使用频率低，其整定参数易疏忽，常处于不合理状态，其各级配电开关短延时整定电流和短路瞬时电流应适度提高。

3 列头柜典型隐患分析

3.1 末端交直流配电设备双路由供电保护不足隐患

重要网络设备一般采用双路电源输入，当其中一个电源模块故障时另一个电源模块可以承担起供电任务。根据业务等级不同，两路输入电源可来自一套电源或两套电源，但均要求全程双路由供电。对于此类负荷，要求配电设备输入端熔断器或空气开关负载率不超过45%，但是在评估过程中经常发现主备列头柜的输入保护装置负载率大于50%，分析原因主要包括：

（1）现场维护作业项目缺失或未按要求落实检查。

（2）两个单路输入列头柜互为主备，但两个列头柜放置距离较远，误作为单路供电设备维护使用。

（3）列头柜输入开关容量大于上级直流屏开关容量，形成保护装置容量倒挂，现场维护作业只关注列头柜输入端，造成上级直流屏侧保护装置超载。例如列头柜输入为两个400A熔丝，上级直流屏输出为两个300A熔丝，当列头柜侧每路输入160A时直流屏侧熔丝已失去双路保护功能。

（4）现场基础资料不全，标签不准确或缺失，线缆对应关系错乱。

（5）加电流程及用电管控制度缺失，造成加电不规范，随着负荷增长对应开关过载。例如，一套240V直流供电系统配置两个整流机架，每个整流机架按规范各配置1个160A输入空开，此两个空开分别从两个交流屏引入，随着设备扩容这两个交流屏用电设备不断增加，从而忽略了后端双路电源自动切换特性，当其中1号整流机架故障时，造成2号整流机架对应的交流屏输入空开过载跳闸。

4 发电机组典型隐患分析

发电机组作为通信机楼重要后备电源，其可靠性直接影响供电安全，由于近年市电可用性保持较高水平，发电机组使用率普遍不高，维护部门对发电机组实际带载和运行数据掌握不足，发电机组带载成功率偏低，长时间带载故障率偏高。根据安全评估情况，发电机组隐患主要体现在以下方面：

（1）发电机组配置容量与实际负荷不匹配，存在发电机组功率配置误区，致使发电机组容量无法满足实际负载要求。例如，某通信机楼实际配置1台2000KVA变压器，配置1台1600KW发电机组。1600KW发电机组铭牌额定电流2886A，2000KVA变压器铭牌额定电流2886A。按照铭牌电流比对1600KW发电机组能够满足要求，但是发电机组2886A电流是在功率因素0.8基础上计算得出，实际应用中通信机楼自然功率因素普遍高于0.9，在变压器负载率较高情况下，1600KW发电机组功率无法满足实际带载要求。

（2）发电机组带容性负荷功率不足。通信机楼发电机组主要负载为UPS、开关电源、高压直流、机房空调、服务器电源模块直供等，其中UPS、开关电源、服务器电源模块、高压直流设备均为非线性负载，该类设备的整流滤波电路、输入端的电容器件、谐波等因素均对发电机组带载能力产生影响，特别是当UPS负载率较低时呈现明显的容性特征，并且通信机楼配置的发电机组功率普遍偏小，带载瞬间冲击对发电机组稳定运行更为不利。对于以上问题可采取以下措施减少影响：

①新建工程选用瞬态响应能力好的发电机组，改善带容性负载能力。

②新建工程发电机组功率配置应按功率因素0.9-1核算。

③提高UPS系统的负载率，尽量采用谐波较小的设备。

④发电机组带载时并联电容补偿装置应切除。

⑤当有多套低压系统时，UPS等非线性负荷应与机房空调等感性负载搭配组合，优化功率因素，减少对发电机组影响。

⑥发电机组带载应采用分步加载，多个ATS应设置不同延时，多套UPS和高压直流应分套带载，减少对发电机组冲击，提高带载成功率。

⑦高压直流等系统应选用带载软启动功能和冲击启动冲击较小的品牌。

同时，发电机基础维护与应急演练缺失也是引起各类问题的重要原因，主要表现在：

①周期性保养项目缺失，认为发电机使用频率低仅需要定期空载试机即可。

②发电机组带载测试长期缺失或带载时间过短或带载季节选择不合理。发电机组每年至少带载一次，带载时间应大于50分钟，应尽量选择在室外环境30℃以上时进行带载，摸底测试机组性能。

③发电机组外部和配套设施因素是造成故障多发的重要原因，主要包括进排风风量不足；日用油箱和柴油管路长期不维护；冷却水箱表面长期不维护；排烟管路过长或不顺畅；外置控制系统或接线松动等。

5 蓄电池典型隐患分析

蓄电池隐患占比13.6%，作为供电保障的最后环节，必须保证蓄电池的工作可靠，确保作业维护落实到位，应重点关注以下内容：

（1）整体容量不足。主要表现：总电压在放电初期电压反弹弱；放电过程中总电压下降速度快；没有特别明显的落后电池，单体电池容量较一致；整组后备时间明显少于理论时间；实际容量小于80%额定容量。此种情况5年以上蓄电池组较常见，可视为电池组性能劣化，并随时间增长劣化严重，需加强关注及时更新。

（2）单体落后电池。落后电池在蓄电池整个生命周期都会发生，如果不及时更换有可能在放电时突然形成反极引发事故。整组电池中如果个别电池落后应进行单体更换，如果大批量出现落后应进行整组更换。

（3）超年限使用。其最大问题在于可靠性下降，内阻增加，正极板腐蚀严重，在大电流冲击下易引发突然失效，核心局蓄电池在达到使用年限后应及时退出。

（4）表面物理变化。常见的隐患包括漏夜、腐蚀、鼓胀、开裂、变形、连接松动等，特别是漏夜可能造成短路，连接条松动可引起高温，甚至引发火灾，应定期巡检及时处理。

以上隐患通过加强放电测试、温升测试、螺栓紧固等作业项目，大部分可以被及时发现，消灭在萌芽状态。

6 机房空调典型隐患分析

机房局部高温是经常遇到的隐患，引发的主要原因包括以下几种：

（1）送风或回风通道不顺畅，致使送风量不足，热量积聚。例如送风管路过长或者弯头过多，造成风量损失过多；送风管路的管径过小；设备扩容后未同步考虑空调改造；设备安装在拐角等不合理位置。

（2）设备功率密度超出冷却能力。每种送风方式都有其制冷量的最大限值，当设备散热量超出供冷能力范围时就会形成局部高温，特别是当前高密机柜越来越多，而普通机房改造跟不上主设备更新或新建速度时，此类问题更是多发。

（3）主设备机架摆放不合理。主要体现在列间距过小，仍按照传统交换或传输设备列间距摆放；更新设备后没有同步调整列间距；未按照“面对面，背靠背”方式布置机架，使得热风接力。

（4）空调老化或数量缺少引发制冷量不足。

（5）主设备进出风设计不合理。例如前进前出、前进侧出等设备造成气流组织混乱，散热困难，制冷效率下降。

冷水机组在评估过程中应重点关注以下几点：

（1）冷冻水管路需采用双回管路或AB管路完全隔离供水方式。

（2）应配置与蓄电池后备时间匹配的储冷装置。

（3）冷冻水泵、末端空调、群控系统等应采用UPS供电。

7 异常温升典型隐患分析

温升过高和异常发热隐患占比15.8%，需高度重视，应重点关注以下方面：

（1）开关、熔丝、断路器等保护装置异常发热。主要包括满载或接近满载运行、接触不良、产品质量等原因，需要加强用电管理与负荷管控，作业执行落到实处。

（2）接触器、刀闸等控制装置异常发热。主要原因包括触头接触不良；接触器老化、灰尘过多造成异响和过热；长期闲置造成氧化，接触电阻增大等。例如，某核心机楼发电机组供电采用刀闸人工切换，安全评估检查发电机组带载时发现该转换刀闸B相触头温度高达90度，A、C相触头温度正常。停机后检查发现该刀闸B相触头压紧装置螺丝松动，并且因为长期不使用该触头氧化严重，如果该问题发生在中性线则可能引起严重故障。

（3）电缆异常发热。主要原因包括电缆线径选择不合理，引发过载；电缆沟、孔洞等电缆集中堆积处，通风不畅、散热困难，引发异常发热；电缆与铜鼻子压接质量不过关，造成连接处接触电阻过大，引发异常发热；电缆布放不规范，过度弯曲引起发热。

（4）变压器、电抗器、互感器等铁芯发热。谐波是造成变压器和电抗器运行温度升高的主要原因，部分电抗器运行温度超过100℃。接触不良和安装不规范是造成互感器异常发热、异常声响的主要原因，特别是近年能耗检测使用的互感器大量安装，并且由于场地限制造成安装不规范，引发壳体发热烧毁、变形。评估时发现某核心机房配电室低压配电柜上方互感器异常发热，壳体变形，因此需要定期测试检查，特别是隐蔽位置要检查仔细。

（5）电容补偿装置发热。电容补偿柜内部元器件是温升异常的高发位置，包括接触器、电容器、熔断器、连接端子、连接线等，电容器组工作电流高达数十至上百安培，电容器烧毁事故也屡见不鲜，评估过程也发现个别接触器温升较高，应定期巡检，检查元器件表面有无变色、烧蚀现象，定期更换补偿电容器。

（6）涡流引起的异常发热。在通电母排周围由于涡流效应可引起机柜、背板、固定铁件等异常温升，需要特别引起重视，定期用热成像仪扫描检查，避免引发事故。评估过程发现某核心机楼低压配电柜交流母排周围多处固定螺栓温度高达70～80℃，但大部分螺栓温度正常，经检查发现发热的螺栓均为铁质，而其他螺栓为不锈钢质地，不锈钢属非导磁材料，所以不存在涡流效应。另外，在涡流引发的事故中，单相交流电缆穿铁管布放引发过热烧毁故障时有发生，需引起重视。

8 结束语

安全运营评估应充分保证参加人员数量和能力，保证仪器仪表准确高效，利用热成像仪、电力分析仪、动环监控等先进仪表或手段，充分提高评估效率。深度评估应做到横向到边，纵向到底，对蓄电池容量、配电结构、冗余保护等重点评估项目应每台设备逐一测试逐一检查，保障能力全面起底，针对存在的隐患制定解决方案和保障预案，全面提升应急保障能力，确保通信网络和业务运行安全。