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铁路通信电源系统维护 2 目录 第一章铁路通信电源系统组成及供电方式第二章通信用交流不间断电源UPS第三章阀控式密封铅酸蓄电池第四章高频开关电源系统第五章高压直流供电第六章铁路通信雷电综合防护系统第七章铁路通信电源及机房环境监控系统 第一章铁路通信电源系统组成及供电方式 4 第一节通信电源系统的组成铁路通信电源系统 是指为各种通信设备供电的电源设备以及为保证这些电源设备正常运行的附属设备所组成的系统称之为通信电源系统 广义上还应包括为通信机房建筑用电供电的设备 通信电源是通信系统的心脏 是确保各通信子系统正常工作的基础设施 5 一 通信电源系统组成 一 交流供电系统由低压配电设备 备用电源系统 发电机 不间断电源 UPS 等组成 广义上还应包括变电设备和高压配电设备 二 直流供电系统由整流器 蓄电池组 直流配电屏 直流 直流变换设备等组成 三 接地系统由接地体 汇集排 楼层接地排 工作及保护引接线组成 四 防雷系统由避雷针 网 带 接地引下线 等电位连接 各级浪涌保护器 SPD 以及 房屋 设备 线缆 的屏蔽等组成 五 监控系统由监控站设备 各种采集设备 网络传输设备 监控中心设备 服务器 监控终端 网络传输设备 传输通道组成 6 第二节通信设备供电标准及供电方式一 铁路通信设备负荷等级划分及外部供电要求一级负荷 客专线设备 通信站设备以及自动闭塞区段的通信设备为一级负荷 应由双路相对独立 稳定可靠的电源供电至用电设备或低压双电源切换装置处 当两路电源中的一路发生故障时 另一路不应同时受到损坏 并具备固定或移动式发电机作为备用电源 二级负荷 客专线 通信站以外的非自动闭塞区段的通信设备以及通信机房的空调设备为二级负荷 宜由两回线路供电至用电设备或低压双电源切换装置处 并具备固定或移动式发电机作为备用电源 7 二 通信机房内部供电负荷分类按负荷的重要性可分为不间断供电负荷和可短时间断供电负荷两类 8 一 不间断供电负荷按电源性质可分为直流通信电源负荷和交流通信电源负荷两类 48V直流通信电源负荷 通常包括铁路通信系统中的传输接入设备 交换设备 数据网设备 调度通信设备 GSM R设备 光纤在线监测系统 电源及机房环境监控系统的监控站设备等 由高频开关电源系统供电 220 380V交流通信电源负荷 通常包括部分GSM R核心网设备 光纤直放远端站设备 视频监控系统设备 会议电视设备 电源环境监控系统监控中心设备 综合网管设备 电报网设备 各系统网管设备等 由UPS系统供电 二 可短时间中断供电负荷机房空调设备 部分机房照明设备 临时用电设备等 9 三 通信设备供电标准1 外部交流引入电源供电标准 10 2 直流供电标准3 交流发电机组供电标准 11 四 通信机房供电方式大中型通信楼 宜采用变配电系统 备用电源系统相对集中 UPS 直流系统相对分散的供电方式 小型通信机房 宜采用UPS 直流系统集中供电方式 12 1 通信 交 直流 电源系统组成示意图 13 2 大中型通信楼变配电系统相对集中 UPS 直流系统相对分散设置示意图 14 3 小型通信机房常用供电系统图 一 双路电源切换装置在高开内部 15 4 小型通信机房常用供电系统图 二 双路电源切换装置在交流配电箱中 16 5 小型通信机房常用 一体化 供电系统图 三 UPS的输入 输出配电单元均在高频开关电源内部 第二章通信用交流不间断电源UPS 18 第一节UPS电源的组成及工作方式 19 性 3 控制电路 完成整机功能控制 提供检测 保护 同步以及各种开关显示驱动信号 4 转换开关 完成UPS逆变器供电 电池市电旁路供电 电池供电的切换 要求切换速度快 过载能力大 5 蓄电池 UPS的储能装置 具有良好的大电流放电特性 经得住反复充放电 寿命要长 目前常用阀控式密封铅酸蓄电池 20 二 UPS供电与市电供电的比较 21 三 UPS分类 按配电方式分为 单进 单出型 三进 单出型 三进 三出型 按设备结构分为 塔式UPS 模块式UPS 按工作方式分为 后备式 在线互动式和在线式 22 塔式UPS常用规格类型 1 单进单出单机容量 1 10KVA2 三进单出单机容量 10 20KVA3 三进三出单机容量 20 500KVA10 20KVA模块式UPS规格 三进三出单机容量 10 120KVA单模块容量 10KVA 30KVA 23 1 后备式UPS 输出电压波形和精度较差 市电与电池供电存在转换时间 10ms 24 2 在线互动式UPS 与后备式UPS相比电压输出波形较好 但同样存在市电供电和电池供电的转换时间 10ms 25 3 在线式UPS 26 1 在线式UPS特点 有极宽的输入电压范围 输出电压稳定精度高 市电停电时 无切换时间 额定功率大于等于1KVA的产品型号齐全 2 在线式UPS组成 由整流滤波电路 逆变器 输出变压器及滤波器 静态开关 充电电路 蓄电池组和控制监测 显示告警及保护电路组成 27 3 在线式UPS工作模式 28 1 正常 在线工作模式 市电输入经AC DC及DC AC至输出 为负载提供稳定干净的50Hz正弦波电源 同时充电器给电池充电 2 电池供电模式 当市电极其恶劣或停电时改由电池供电 为负载提供稳定干净的50Hz正弦波电源 供电时间视电池容量和负载大小而定 3 静态旁路模式 过载或散热器温度过高 整流器 逆变器故障时 可以由静态开关自动切换至旁路模式 市电经输入输出滤波后供给负载 4 维修旁路模式 当机器故障需维修时 由手工切换至维修旁路模式 市电直接供给负载 相当于将UPS从供电回路中切除 29 4 在线式UPS功能及保护性能 具有蓄电池管理功能 具有蓄电池放电后自动均衡充电 充电结束自动转浮充功能 蓄电池充电温度补偿功能 蓄电池放电过程中估算剩余容量的功能 输出负载量百分比指示功能 及过载控制功能 过负载能力 110 负载 不转旁路 120 负载 1min转旁路 交流输入过压 欠压 应立即转电池运行 并发出声光报警 交流输出过压 应立即关机 并发出声光告警 交流输出欠压 应立即发出声光报警信号 直流输入欠压 应立即转旁路供电或停机 并发出声光报警信号 逆变器温升过高 应立即关机转旁路 并发出报警信号 输出短路保护 UPS将切断输出 并发出报警信号 同步告警功能 输入市电超出UPS的频率跟踪范围时 发出报警信号 30 四 UPS系统供电方式单机供电 N 1并联冗余 独立双总线等模式 1 UPS单机供电 用于区间 车站等非重要负载设备供电 单机供电负荷应小于80 额定容量 可靠性低 设备故障或更新时 会中断负载供电 31 2 多台UPSN 1并联冗余供电 UPS的可靠性达到要求时 可选用冗余供电系统 通常单机容量在10KVA以上的UPS才可并机供电 每台UPS的负荷应不大于额定容量的40 系统可靠性及成本均高于单机供电 32 3 UPS单机双总线模式供电 核心网机房等重要负载采用 33 4 UPS1 1并机双总线双系统供电模式示意图 双路切换交流输入配电柜 双路切换交流输入配电柜 ACI b 380V ACII b 380V ACI b 380V ACII b 380V 列头柜 列头柜 通信设备 通信设备 AC a 380V AC a 380V 34 UPS1 1并机双总线双系统模式供电 调度所机房等重要负载采用 两套系统互为冗余备份 即UPS主机 蓄电池 输入 输出供电线路均实现冗余备份 使得设备故障维修 以及施工更换更加方便 供电可靠性非常高 但每台UPS的实际负荷仅为额定容量的20 高可靠性是由高成本支撑的 UPS的四种供电模式的可靠性和造价由高到低的顺序为 1 UPS1 1并机双总线双系统供电模式2 UPS单机双总线供电模式3 UPSN 1并机供电模式4 UPS单机供电模式 35 第二节UPS电源设备的维护一 UPS维护周期表 36 一 UPS维护周期表 续 37 二 UPS维护注意事项 38 6 7 8 9 10 防止电池断路或深度放电 电池的循环寿命和放电深度有关 核对性放电试验时 放出容量的30 40 即可 11 实际操作中应避免蓄电池大电流充放电 否则会造成电池极板膨胀变形 极板活性物质脱落 内阻增大 温升 将造成容量下降 寿命提前终止 第三章阀控式密封铅酸蓄电池 40 第一节阀控式密封铅酸蓄电池的结构及原理一 概述蓄电池是一种电能储存装置 工作机理 浸没于电解液中的性质差异的两种金属 它们可以导电 并在极板间产生一定电动势 不同用途的蓄电池其电动势不同 通信中大量使用的是阀控式密封铅酸蓄电池 铅酸蓄电池有两种基本类型 即开口排气式和阀控密封式 阀控式密封铅酸蓄电池以电解液的状态不同分为贫液式电池和胶体电池 阀控式密封铅酸蓄电池与开口排气式铅酸电池比较 具有维护量低 安装时不需要调配电解液 安全可靠 可直接在办公环境中使用等优点 41 二 阀控式密封铅酸蓄电池的结构主要由正负极板 电解液和容器三部分组成 42 三 阀控式密封铅酸蓄电池的常用规格 1 2V单体蓄电池容量 200Ah 3000Ah在直流供电系统中 由24只单体电池串联成一组48V电池组2 12V单体蓄电池容量 200Ah及以下在直流供电系统中 由4只电池串联成一组48V电池组 43 四 阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理 44 第二节阀控式密封铅酸蓄电池的特性 45 二 蓄电池的放电率 46 三 蓄电池的容量与电解液温度的关系温度影响电池的容量 温度下降 放电容量减小 温度越高 放电容量增大 阀控式密封铅酸蓄电池以25 为基准温度 电池放电时 如果温度不是25 则需将实测容量按以下公式换算成25 基准温度时实际容量Ct C25 Ct 1 K t 25 式中 t放电时的环境温度K温度系数 10小时率容量实验时K 0 006 3小时率容量实验时K 0 008 1小时率容量实验时K 0 01 温度升高会损坏电池 降低电池的使用寿命 长期运行 温度每升高10 使用寿命约降低一半 47 四 蓄电池的寿命 48 五 蓄电池的放电终止电压 0 1C10A 0 3C10A 49 六 蓄电池的浮充电压UT U25 T 25 0 003 50 七 蓄电池的均衡充电 51 八 蓄电池的恒压限流充电 52 GFM 500电池在100 放电后 以0 1C10A限流 2 36V 25 恒压充电特性曲线 53 第三节阀控式密封铅酸蓄电池的维护一 蓄电池维护注意事项5 54 6 实际操作中应避免蓄电池大电流充放电 否则会造成电池极板膨胀变形 极板活性物质脱落 内阻增大 温升 将造成容量下降 寿命提前终止 7 8 55 二 阀控式密封蓄电池的充放电 56 2 阀控式密封蓄电池的均衡充电 第四章高频开关电源系统 58 第一节开关整流技术 59 二 开关整流电源 60 第二节高频开关电源系统的组成及功能 61 一 高频开关电源系统的常用类型1 机柜式开关电源系统 组合式 48V 300A系统尺寸规格 2000 600 600配置满容量 300A整流器规格 30A满容量模块数量 10个 48V 600A系统尺寸规格 2000 600 400配置满容量 600A整流模块规格 50A满容量模块数量 12个 交流输入电压 220 380V 62 2 分立式开关电源系统 交流配电柜尺寸规格 2000 700 660直流配电柜尺寸规格 2000 2152 700 660整流柜尺寸规格 2000 2152 700 660配置满容量 1000A 6000A整流器规格 100A交流输入电压 380V 63 大容量直流系统为减少配电连接压降 将整流柜与直流柜相互间隔布放 64 二 各组成单元及系统功能 以组合式开关电源为例 65 1 交流配电单元 66 1 交流配电单元 67 2 整流模块 68 3 直流配电单元 69 3 直流配电单元 70 3 直流配电单元 71 4 监控单元 72 5 整流模块的主要性能指标 73 6 高频开关电源系统的主要性能及功能工作温度 5 40 工作湿度 90 输入频率 50Hz 5Hz输入功率因数 0 99系统稳压精度 应优于 1 直流输出电流限制功能 限流范围可在90 110 之间调节 防雷性能 系统的交流输入端和直流输出端应装有浪涌保护装置 至少能承受电压脉冲 10 700 s 5KV 和电流脉冲 8 20 s 20KA 的冲击 接地性能 系统应具有工作地和保护地 且有明显的标志 保护功能 交流输入过 欠压保护 三相输入时应具有缺相保护 直流输出过 欠压保护 主输出过流及短路保护 蓄电池欠压保护 熔断器 或断路器 保护 高温保护 74 蓄电池管理功能 1 系统应具有接入两组蓄电池的装置 2 系统应具备对蓄电池的浮充充电和均充充电的手动或自动转换功能 3 系统在对蓄电池进行均充充电时 应具有限流充电功能 4 系统应能根据蓄电池环境温度 对系统输出电压进行温度补偿 5 在蓄电池放电及均充时 系统应具备对蓄电池容量估算的功能 6 系统宜具备蓄电池单体电压管理功能 标准列入可选 实际各厂家均不具备 整理模块休眠功能 75 7 中间站高频开关电源与通信站高频开关电源的区别容量 1 中间站电源 铁标规定 系统额定电流在200A及以下 交流 直流配电单元以及整流 监控模块乃至电池都在一个机柜内的组合电源 通常用于中间站的小容量高频开关电源系统 2 通信站电源 通信站使用的大容量直流电源系统称为通信站高频开关电源 性能 1 输入交流电压范围 2 输入功率因数 3 模块效率 4 负载下电及蓄电池低电压保护功能目前二者的界限已经不明晰了 76 8 高频开关电源控制系统的主要参数设置范围 默认值及设置说明 以艾默生电源为例 蓄电池基本参数 77 蓄电池充电管理参数 78 蓄电池充电管理参数 续 79 均浮充转换关系示意图 80 GFM 500电池在100 放电后 以0 1C10A限流 2 36V 25 恒压充电特性曲线 81 负载下电参数 82 温度补偿参数2V单体蓄电池温度补偿系数为3mV 只 48V系统 温度补偿系数为72mV 组 温度补偿中心点的温度通常设定为25 83 交流参数 84 直流参数 以下五个参数艾默生产品设置范围均为40 60V 85 整流模块参数 86 第三节高频开关电源的维护一 一般要求 6 高频开关电源设备应安装在有空调的机房 环境温度不宜超过28 87 二 开关电源维护周期见下表 88 二 开关电源维护周期见下表 续 第五章高压直流供电 90 第一节高压直流供电 91 一 HVDC系统的组成及特点 92 2 高压直流电源供电与传统UPS相比所具有的特点 93 二 高压直流供电系统性能指标 额定电压240V 94 三 高压直流供电系统的应用2009年12月工信部发布 通信用240V直流供电系统技术要求 中国电信在2007年就开始对240VHVDC进行试点 目前已经在江苏 浙江 湖北等12个省进行了HVDC部署或试用 部分厂家如中兴通信 中恒电气 奥特迅 动力源 伊顿电气等公司已经推出了自己的HVDC产品 95 四 制约高压直流技术大规模应用的主要因素从目前运营商的试点情况来看 绝大多数采用单相UPS电源供电的后端设备都支持高压直流供电 但还是有部分设备不支持高压直流供电 对于在高压直流供电下能正常运行的后端设备 也需要时间来检验其寿命是否会发生变化 高压直流供电毕竟不是后端设备的电源标准 改变设备的电源运行环境 实质上是改变了采购合同约定的运行条件 如果后端设备发生故障 采购方将处于较为不利的法律地位 面临较大风险 高压直流设备节能可靠 较之传统的UPS设备具有巨大优点 在解决了后端设备的适应性后 高压直流设备必将得到大规模应用 96 第六章铁路通信雷电综合防护系统 97 第一节概述一 雷电的入侵方式和浪涌电压的产生当建筑物本身受雷电直击时 产生地电位反击 并且经引下线流过的巨大电流 产生电磁冲击波 直击雷 云层间放电 电磁冲击波在金属导体感应出冲击电压 雷电感应 从远端的导线传导而来 雷电波入侵 变压器的空载 电机的启动 开关的开启等引起操作过电压 电源浪涌过电压 98 二 雷电的防护分区 1 直击雷非保护区 LPZ0A 在直击雷防护装置保护范围之外 本区内的各物体都可能遭到直接雷击 本区内的电磁场强度没有衰减 99 2 直击雷保护区 LPZ0B 本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击 但本区内的电磁场强度没有衰减 3 第一保护区 LPZ1 本区内的各物体不可能遭到直接雷击 本区内的电磁场强度有衰减 衰减程度取决于屏蔽措施的效能 4 后续保护区 LPZn 电磁场强度进一步衰减 流经各类导体的浪涌电流比LPZ1进一步减小 如特别设置的法拉第笼屏蔽房 全封闭计算机机柜 机箱等 5 因为由外部防雷装置 钢筋混凝土及其他金属管道构成的屏蔽层对电磁场有衰减作用 所以建筑物越往里 则雷电浪涌干扰影响程度越低 100 三 综合防雷的基本技术传导 传导是外部防护 防范直接雷击的主要措施 接闪器 避雷针 避雷带和避雷网 将闪电的巨大能量引导入大地 不使它对被保护的对象产生破坏作用 但是在引导闪电入地的导线上要通过巨大雷电电流 会产生感应电磁场 可能损坏设备 传导技术必须与其他防雷措施综合使用 才能使被保护的设备处于安全状态 屏蔽 用金属网 箔 壳 管等导体把需要保护的对象包围起来 将闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道进行阻栏隔开 分流 即暂态等电位连接 对于远处落雷产生的雷电电磁脉冲在电力线 电话线 信号线或者这类电缆的金属外套上的感应沿导线入侵的电压波 用浪涌保护器 SPD 分流入地 针对不同的电路结构 需要选用不同型号的浪涌保护器 SPD 101 等电位连接 将防护区内的防雷装置和建筑物的金属构架 金属管道 外来导线 电气装置 设备金属外壳等各种金属物用金属导体连接起来 形成一个等电位连接网络 以实现均压等电位 消除因地电位骤然升高而产生的 反击 等电位概念是雷电防护最重要的理论基础 接地 接地是将雷电流的能量泄放入地 它是等电位连接 传导 分流 屏蔽等防雷措施的基础 良好的接地系统 直接影响到防护的效果 是防雷工程的难点和重点 以上五项措施构成一个有机联系的整体 全面实施才能达到效果 这也是雷电综合防护的基本理论框架 102 四 铁路通信雷电综合防护措施通信机房 楼 站 机械室 的外部防雷措施和内部防雷措施 103 通信机房的雷电防护 应根据当地雷电活动情况和通信机房性质 选择合理的保护措施 同时也应防止过度保护造成不必要的浪费 通信机房接地应采用共用接地系统方式 即建筑物防雷系统的接地装置 建筑物金属构件 低压配电保护线 PE 防静电接地以及通信设备的工作接地 保护接地 防雷接地等连接在一起构成共用的接地系统 当条件具备时应接入铁路综合接地系统 邻近信号机房的通信接地系统应充分利用信号机房既有的雷电综合防护装置 避雷网 避雷带 引下线以及接地网 位于非通信机房 信号 信息 电力等机房 中的通信设备应与建筑物内其他系统共用接地装置 该共用接地装置的接地电阻值应符合设计规定 104 第二节通信机房外部防护措施通信机房外部防护措施包括安装 避雷网避雷带引下线 或利用建筑物内主钢筋 设置地网以及通信铁塔的接地与防护 105 通信楼避雷网 避雷带 引下线 综合地网整体防护示意图 106 明装避雷网由不大于3m 3m的方形网格构成 并将各端点与避雷带焊接连通 网格由不小于40mm 4mm的热镀锌扁钢交叉焊接构成 热镀锌钢材的镀层厚度为20 60 m 焊接部位必须进行防腐处理 明装避雷网须采取有效措施 防止损坏屋顶防水层并避免避雷网浸泡在水中 避雷带采用不小于 8mm热镀锌圆钢沿屋顶周边设置一圈 避雷带转角处应为圆弧形 弯曲半径不小于90mm 距墙体高度0 15m 并用相同规格的热镀锌圆钢均匀设置避雷带支撑柱 支撑柱间距不大于1m 107 二 引下线 引下线是避雷带与接地装置的连接线 是雷电流泄放入大地的通道 1 钢筋混凝土结构建筑物当建筑物为钢筋混凝土框架结构时 可利用建筑物内主钢筋作为引下线 此时引下线应与接地装置 避雷带焊接 并进行防腐处理 2 砖混结构建筑物 引下线沿机房建筑物外墙均匀垂直敷设 数量不少于4根 每个外屋角设置一根 间距应不大于18m 安装应平直 并与其他电气线路距离大于1m 引下线的固定卡钉布置应均匀牢固 间距宜小于2m 采用不小于40mm 4mm热镀锌扁钢 或不小于 8mm的热镀锌圆钢 上端与避雷带焊接连通 下端与地网焊接 焊接处的弯曲半径不小于90mm 焊接部位必须进行防腐处理 108 外露引下线在高2 7m以下部分穿不小于3mm厚交联聚乙烯管 该管应能耐受100kV冲击电压 1 2 50 s波形 应设立阻止人员进入的护栏或警示牌 护栏与引下线水平距离不应小于3m 建筑物外的引下线敷设在人员可停留或经过的地点时 应采用下列一种或多种方法防止接触电压和旁侧闪络电压对人员造成伤害 109 三 通信机房地网的设置通信机房地网由建筑物四周的环形接地装置 建筑物基础钢筋构成的接地体相互连接构成 新建建筑物的环形接地装置必须与建筑物四脚的主筋焊接 并应在地下每隔5 10m就近与建筑物基础接地网钢筋焊接一次 既有砖混结构建筑物应在其四周设环形接地装置 环形接地装置一般由水平接地体和垂直接地体组成 应沿建筑物散水外 环绕建筑物外墙闭合成环 受条件限制时可不环周敷设 但应尽可能沿建筑物周围设置 以便与地网连接的各种引线就近连接 水平接地体与建筑物外墙的间距不小于1m 埋深不小于0 7m 在寒冷地区 接地体应埋设在冻土层以下 110 水平接地体可采用以下材料 1 镀层厚度大于20 60 m的40mm 4mm热镀锌扁钢 2 镀层厚度大于250 m 直径大于14mm的镀铜圆钢 3 不小于50mm2铜带或缠绕的电缆 4 与贯通地线材质相同 避雷带引下线与水平接地体的连接点处应设垂直接地体 垂直接地体必须与水平接地体可靠焊接 接地电阻不满足要求时 可增设垂直接地体 其间距宜为垂直接地体长度的2倍 并均匀布置 垂直接地体可采用石墨电极 铜铸钢 铜材 热镀锌钢材 钢管 角钢 圆钢 扁钢 或离子接地体等新型接地材料 电力牵引区段宜采用石墨接地体 1 采用热镀锌钢管时 钢管壁厚不小于3 5mm 长度宜为2 5m 2 采用热镀锌角钢时 角钢不小于50mm 50mm 5mm 长度宜为2 5m 111 在接地装置拐角及尽头处的地面上设置永久性走向标志 接地电阻值要求 1 通信机房所在建筑物的地网接地电阻值应不大于1 2 接入综合接地系统或贯通地线的通信机房 接地电阻应不大于1 3 不具备接入综合接地系统或贯通地线条件的基站 区间中继设备和漏泄同轴电缆的接地电阻值应不大于4 4 与机房地网相连的铁塔接地电阻应不大于1 不与机房地网连接的铁塔 电杆单独设置防雷接地体时 接地电阻值应不大于10 5 具备贯通地线的区段或电气化区段的长途电缆 地区电缆屏蔽地线的接地电阻值应不大于1 其他长途电缆 地区电缆的防雷接地电阻值应不大于4 困难地区不大于10 112 通信地网与贯通地线的连接 1 各类通信机房 区间的通信电缆 铁塔等设施 当其距离贯通地线在20m以内时 宜就近与贯通地线引接线等电位连接 接入铁路综合接地系统中 当距离大于20m时 可不与贯通地线连接 2 贯通地线在通信机房建筑物一侧每隔2 3m用50mm2的裸铜线与环形接地装置连接 两侧各连接两次 3 贯通地线与设备接地端子的连接线应采用25mm2的裸铜线焊接或压接 焊接时焊接长度不小于100mm 并套150mm长热熔热缩带防护 通信基站专用电力变压器设置在通信机房外 且距通信机房地网边缘30m以内时 应用不少于1根的水平接地体将电力变压器的地网与通信机房地网焊接连通 距地网边缘大于30m时 可不与地网连通 113 通信地网与贯通地线的连接示意图 114 四 通信铁塔的接地与防护 1 铁塔的地网铁塔地网应采用40mm 4mm的热镀锌扁钢 将铁塔四个塔脚地基内的金属构件焊接连通 铁塔地网的网格尺寸应不大于3m 3m 铁塔地网与机房地网边缘距离大于15m时 铁塔地网与机房地网宜相互独立 分开设置 铁塔地网与机房地网边缘距离在15m以内时 应采用不少于2根40mm 4mm的热镀锌扁钢 在地下将铁塔地网与机房外环形接地体焊接连通 热镀锌扁钢上应均匀设置垂直接地体 间距宜为垂直接地体的长度的2倍 以利于雷电流的充分泄放 115 当铁塔地网的接地电阻值达不到要求时 可敷设辅助地网 适当扩大地网的面积 即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置 环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成 水平接地体周边为封闭式 水平接地体与地网宜在同一平面上 环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔5m相互焊接连通一次 也可在铁塔四角设置辐射式接地体 延伸接地体的长度宜限制在10 30m以内 环形接地装置的周边可根据地形 地质状况决定其形状 2 铁塔直击雷防护通信铁塔的避雷针应将机房和塔上通信设备置于保护范围内 应使用40mm 4mm的热镀锌扁钢设置专门的铁塔避雷针雷电引下线 接入铁塔的地网 铁塔位于建筑物屋顶时 铁塔四脚应利用建筑物柱内的钢筋作雷电引下线 或与楼 房 顶避雷带就近不少于两处焊接连通 116 变压器 铁塔 机房的地网连在一起 117 3 馈线的室外防护铁塔上架设的馈线及其他同轴电缆金属外护层应分别在天线处 离塔处以及机房入口处外侧就近接地 天线处 离塔处工艺做法为从馈线的地线卡子引出线就近接引至铁塔塔身 应确保接地卡子与天馈线连接处防水 防渗漏良好 当馈线及其他同轴电缆长度大于60m时 宜在铁塔中部增加一个接地点 接地连接线应采用截面积不小于10mm2的多股铜线 室外走线架始末两端均应接地 馈线及其他同轴电缆在机房馈线入口处接地时 应接入室外接地汇集线 4 馈线的室内防护天馈传输系统应安装浪涌保护器防护 浪涌保护器宜安装在机房馈线入口处或收 发通信设备的射频电缆接口处 天馈线浪涌保护器接地端应采用截面积不小于6mm2的多股绝缘铜导线 馈线浪涌保护器接地线宜接入室外接地汇集线上 118 第三节通信机房的内部防护内部防护措施主要包括设置接地汇集线 等电位连接 线缆屏蔽及合理布线以及加装浪涌保护器 SPD 等防护项目 一 接地汇集线的设置要求 1 接地汇集线是用以完成等电位连接的金属带 也称公共接地母线 等电位接地端子板 地线排 接地母板 接地汇流条等 所有接地线均从接地汇集线上引出 2 接地汇集线宜采用截面积不小于30mm 3mm的铜排 并用截面积不小于50mm2 2 25mm2单点冗余连接 的有绝缘护套多股铜缆就近与通信机房地网作可靠连接 3 新建建筑物施工时 应在机房四周室内 室外距地面0 3m处预留与混凝土框架内主筋连接的接地汇集线各不少于4块 4 既有建筑物新设环形接地装置时 接地汇集线应就近从室外环形接地装置引接 引接线的长度不宜超过30m 119 5 通信机房的接地汇集线可分为设置于室内的工作接地汇集线 保护接地汇集线 电源防雷接地汇集线 以及设置于室外通信线路入口处的室外接地汇集线 其中 工作接地汇集线与保护接地汇集线宜合设 称为工作保护接地汇集线 电源防雷接地汇集线宜独立设置 受条件限制时 可与室外接地汇集线合设 通信机房接地汇集线示意图如下 120 6 电源防雷接地汇集线用于连接由室外引入的第一级交流电源浪涌保护器的PE线及防雷箱外壳 7 工作保护接地汇集线用于连接直流电源系统的正极 机房内的设备机柜外壳 包括长途电缆配线柜 室内电缆屏蔽层 防静电地板金属支架 或支架下的铜箔带 室内电缆桥架等 8 当工作汇集线和保护汇集线分设时 工作汇集线仅用于接直流电源系统的正极 9 室外接地汇集线用于连接外部入室电缆 包括天馈线 的屏蔽层或保护钢管 根据现场条件 可设置在光电缆线路的引入口附近 安设于户外的室外接地汇集线应做防护箱体防护 工作保护接地汇集线用于连接直流电源系统的正极 机房内的设备机柜外壳 包括长途电缆配线柜 室内电缆屏蔽层 防静电地板金属支架 或支架下的铜箔带 室内电缆桥架等 10 严禁在接地线中加装开关或熔断器 121 二 室内等电位连接 1 通信机房室内接地系统的等电位连接 应采用星形接地结构 2 各室内接地汇集线与室外环形接地装置单点冗余连接 同时室内接地汇集线与室内各设备单点连接 各接地线间不宜闭合成环 3 接地汇集线宜采用截面积不小于30mm 3mm的铜排 可相互连接成条状 环状或网格状 不得构成闭合回路 4 室内同一排不同的金属机架 柜之间也可用不小于16mm2的铜排栓接后 再用不小于50mm2的铜缆或铜排就近与接地汇集线连接 5 机房面积较大或机柜设备较多时 可设置与地网单点冗余连接的总接地汇集线 同时分列或分区域设置分接地汇集线 两级接地汇集线间应采用截面积不小于50mm2的多股铜缆相连 6 机房分布在几个楼层时 各楼层可设置总接地汇集线 总接地汇集线间应采用50 95mm2的有绝缘外护套的多股铜缆焊接或加线鼻栓接 7 各接地汇集线与室外环形接地装置的连接线 在室外环形接地装 122 置上的连接点之间的距离宜大于5米 避雷带的引下线 铁塔在环形接地装置上的连接点与各接地汇集线在环形接地装置上的连接点间距应大于5米 8 建筑内所有不带电的自来水管 暖气管道等金属物体都必须与建筑物钢筋或环形接地装置做等电位连接 9 直流电源系统机柜外壳与直流电源系统的正极母线不应在设备侧直接连通 不论保护接地汇集线与直流工作接地汇集线是否合设 直流电源系统机柜外壳与直流电源系统的正极母线均应分别接入接地汇集线 10 第二级以下的电源浪涌保护器和通信线缆浪涌保护器的地线以及室内电缆屏蔽层宜就近与机柜的保护地线 排 连接 11 一般设备的接地线 应使用截面积不小于16mm2的多股铜线 12 数据服务器 环境监控系统 数据采集器等小型设备的接地线 应采用截面积不小于6mm2多股铜线连接到本机架的汇集线 然后用16mm2的多股铜线就近连接到机房接地汇集线上 123 三 线缆的屏蔽 1 进出建筑物的电力线 通信线宜采用屏蔽电缆埋地敷设 电缆屏蔽层宜在两端接地 其中一端为通信机房入口处 采用非屏蔽电缆时 必须穿金属管埋地敷设 电力电缆埋地长度应大于15m 电气化区段或接地系统有较大干扰时 电缆屏蔽层或金属管应只在机房入口处一端接地 2 电气化铁路区段 通信电缆进入通信机房前 屏蔽层应可靠断开 并做接地处理 使室内 外的金属护套及金属加强件彼此绝缘 以保证牵引电气化感应电流不进入通信机房影响设备及人身安全 3 电气化铁路区段 长途通信电缆及光电综合缆线路 其金属护套应设专用的屏蔽地线 屏蔽地线间距不宜大于4km 4 地区及站场电缆与电气化铁路平行接近长度超过2km时 其主干金属护套电缆 或平行接近段 两端应设屏蔽地线 124 5 电气化铁路区段直埋光缆不设屏蔽地线 但接头两侧的金属护套及金属加强件应相互绝缘 光缆引入通信机房室内宜换接室内光缆 当光缆引入中间站时 可用本缆直接引入 在进入通信机房前均应做绝缘接头 使室内 外的金属护套及金属加强件彼此绝缘 室外光缆的金属护套及金属加强件使用截面积不小于16mm2的多股铜线引到机房室外接地汇集线上 6 包含通信设备的箱 盒 柜等壳体应具有良好的电气贯通和电磁屏蔽性能 壳体内应设专用接地端子 板 7 室外通信设备的金属箱 盒壳体 区间通话柱 室外交接箱等 必须接地 进出金属箱 盒的电源线 通信线宜采用屏蔽电缆或非屏蔽电缆穿钢管埋地敷设 屏蔽电缆的金属屏蔽层或钢管应接地 8 机房内的通信线缆宜敷设在密闭的金属线槽或金属管内 9 电源线与通信信号线 进线与出线必须分开敷设 室内信号传输线路与电力线路平行靠近敷设时 间距及敷设方式应符合下表要求 条件不许可时 应采用屏蔽电缆 电缆护套和电缆屏蔽层应接地 125 电力电缆与通信信号电缆接近距离 126 第四节铁路通信设备浪涌保护器 SPD 要求一 一般要求浪涌保护器在正常工作条件下 非雷击保护时 并联应用时 在任何情况下不得成为短路状态 串联应用时 在任何情况下不得成为开路状态 电源浪涌保护器处于劣化或损坏状态时 应有状态指示 并立即自动脱离电路且不得影响设备正常工作 用于电源电路的浪涌保护器 应单独设置 并应在其前端安装熔丝或断路器进行后备过电流保护 并联应用的浪涌保护器应能实现热插拔 通信线缆浪涌保护器应实现即插即用 被保护设备本身已加装浪涌保护器 且其抗扰度已达到TB T3074 2003第九章规定的试验等级为4级或X级的 可不再增设浪涌保护器 127 电源浪涌保护器工作原理 当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时 SPD在纳秒内导通 将脉冲电压短路于地泄放 后又恢复为高阻状态 从而不影响用户设备的供电 128 二 电源浪涌保护器的设置位置通信机房的交流电源应设置两级或以上的浪涌保护器第一级设在通信机房交流电源引入处 配电箱处 第二级设在高频开关电源 UPS的交流输入侧必要时在精密用电设备的电源前设置浪涌保护器直流保护浪涌保护器可选择在直流配电柜 列头柜处安装对于直流集中供电或UPS集中供电的通信综合楼 在远端机房的 第一级 直流配电箱 柜 或UPS交流配电箱 柜 内 宜分别安装浪涌保护器 129 三 电源防雷箱要求室内第一级电源防雷应采用电源防雷箱形式 防雷箱的设置应符合防火防爆要求 电源防雷箱原则上应与电源箱分离 防雷箱内电源浪涌保护器的引接线上 应串接断路装置 断路装置的标称电流不应大于前级供电线路断路装置的1 1 6倍 电源防雷箱内应有独立的输入和输出接线端子 输入和输出接线端子与断路器接线端子间配线应采用凯文式接法 且配线长度小于0 5m防雷箱应具有故障声光报警 雷电计数和状态显示 三相电源每一相线均应有状态显示 具备接入铁路通信电源及机房环境监控系统的条件 能够提供断路装置动作 浪涌保护器故障等报警信息 通信设备机房的交流电源应采用TN S供电方式 130 四 电源浪涌保护器的防护模式 TN S供电方式 三相电源供电的通信机房 当供电线路为直埋电力电缆方式引入时 应采用L PE N PE的四线对地防护方式 131 三相电源供电的通信机房 当供电线路为架空电力电缆方式引入时 第一级电源浪涌保护器应采用L L L PE和N PE全模防护方式 第二级三相电源可采用四线对地防护方式 132 单相电源供电的通信机房 第一级电源浪涌保护器应采用L N L PE和N PE的单相全模防护模式 133 五 电源浪涌保护器冲击通流容量和限制电压 134 六 通信线缆浪涌保护器设置原则1 室内数据传输线长度在50m以内时可不设置防雷器 50 100m时 可在通信机房设备接口处设置浪涌保护器 大于100m时 应在两端设备接口处设置浪涌保护器 2 根据通信机房实际雷害状况可选择在下列处所安装SPD 室外引入的PCM电缆 2Mbps信号线和信号电缆 网络线 控制线 应在DDF架的相应端口安装SPD 不经过DDF架传输的综合通信楼内的网管系统 应对室外引入的网络线 控制线 两端加装SPD保护 环境监控和视频监控系统中 当室外的监控点不在联合地网范围内或摄像机远离监控中心时 可分别在信号 控制 视频 线路及电源线路两端安装SPD 135 第五节施工工艺一 一般要求所有传输放电电流的导线必须阻燃且走最直接的路径 配线不留余长 减少方向变化 且这些导线的曲线半径不小于200mm 浪涌保护器的接地线以及与被保护设备端子相连的连接线截面积不小于1 5mm2 并联型浪涌保护器与被保护设备端子的连接线长度不得大于0 5m 受条件限制时可适当延长 但严禁超过1 5m 也可采用凯文接法 接地线长度应不大于1m 通信线上设置的浪涌保护器 其接地线必须与被保护设备金属外壳连接 长度应不大于200mm 并就近与接地汇集线连接 室外的通信设备浪涌保护器接地端子应就近与接地体可靠连接 连接线应进行颜色区分 L1 L2 L3相线 黄色 绿色 红色 N零线 蓝色 PE地线 黄绿双色 136 电源浪涌保护器的连接线及接地线截面积应符合下表要求 注 当S 16mm2时 要求第一级连接线和接地线截面积不小于10mm2 第二级不小于6mm2 第三级不小于2 5mm2 各种浪涌保护器均应设置用途及去向标牌 各接地线与汇集线的连接处应有清晰的标识牌 137 二 连接钢质接地体应采用焊接连接 圆钢与圆钢 圆钢与扁钢 角钢 的焊接长度必须大于圆钢直径的6倍 扁钢 角钢必须三面焊接 焊接长度必须大于宽边的2倍 焊点平滑无毛刺 并做防腐处理 防腐层应在焊点四周延伸20 25mm 埋入地下的焊点防腐层必须大于5mm以上 铜质接地体或铜质接地体与钢制接地体之间连接应采用放热焊接 又称放热熔接 熔接接头应将被连接的导体完全包在接头里 要保证连接部位的金属完全熔化 并应连接牢固 连接部位应做防腐处理 室内的铜材与铜材间可用螺栓连接 连接时必须用双螺帽或栓接后施焊 电缆金属护套与接地汇集线连接时 连接线一端焊接在金属护套上 另一端做线鼻后用铜螺栓与汇集线栓接 也可用线卡箍在电缆金属护套上 连接线两端做线鼻后分别与线卡和接地汇集线栓接 138 室内多芯线缆在与汇集线或浪涌保护器连接时 必须通过接线端子或铜鼻压接 焊接牢固 不同材料连接时应采用过渡接头 139 第六节防雷与接地系统的维护一 维护项目与质量标准 140 电源浪涌保护器的标称导通电压压敏电阻的漏电流 141 二 维护注意事项通信线缆浪涌保护器通常只检查外观状态 不进行测试 安装浪涌保护器的通信线路 如果被保护设备出现丢帧 信号衰减大或中断通讯故障时 应先将通信线路中的浪涌保护器拆下 恢复线路与设备连接 若设备工作正常 可初步判断浪涌保护器故障 需要更换 测试电缆芯线绝缘时 应拔除浪涌保护器 以免影响测试结果 测试接地电阻 测试值大于规定值时 应检查接地装置和土壤条件 找出变化原因 并采取有效措施进行整改 地线系统使用二十年以上的局站 即使接地电阻值满足要求 宜应增设新的接地装置 新增的接地装置电阻值应满足要求 并与原有的接地系统相连接 142 第七章铁路通信电源及机房环境监控系统 143 第一节监控系统的结构和功能铁路通信电源及机房环境集中监控系统可以实现对铁路通信站 车站 中间站 移动通信基站 直放站 卫星地面站等各类有人 无人值守机房中的电源设备 空调设备以及机房环境进行遥测 遥信 遥控 实时监视系统和设备的运行状态 记录和处理相关数据 及时传送告警信号 信息 从而实现通信机房的少人或无人值守 以及电源 空调 机房环境的