宁夏气象预警中心信息系统防雷工程设计

中国防雷信息网2007No.2──────────────────────────────────────────────中国北京海淀区中关村南大街46号100081Phone／Fax：[e-mail]1高攀亮侯建平张玉林祁海（宁夏雷电灾害技术防护中心，银川750001）【摘要】宁夏国税系统金税网络36个节点机房实施防雷工程运行三年来稳定可靠，本文通过对宁夏气象预警中心大楼信息系统的介绍，提出该楼信息系统的防雷设计思路，并对信息系统的雷电波侵入途径和雷击电磁脉冲防护等级进行分析计算，并对防雷装置的布局配置、SPD的选型等设计要点进行了说明。【关键词】信息系统防雷SPD接地宁夏气象预警系统是中国气象局和宁夏回族自治区政府共同建设的宁夏气象业务发展计划“十五”重点工程，而信息系统是工程建设的一个相当重要组成部分。宁夏气象局高速计算机网络系统建设，使得气象信息传输网络化、高速化、自动化，实现文字、数据、声音、图形图像、视频等气象信息资源综合传输和共享。宁夏省级气象信息网络系统按层次划分为省级骨干网、省级气象信息综合应用网。省级骨干网作为宁夏气象信息广域网，是由IBM小型计算机系统及网络、卫星通信系统、CHINAPAC分组交换数据网构成，其基本任务是远程通信，完成与国家气象信息控制中心、本区的地（市）级气象信息控制中心和县级气象信息的传输。省级气象信息综合应用网是集省级气象业务、服务、科研、办公自动化、INTERNET接入等综合信息为一体，骨干传输速率为1000Mbps、到桌面100Mbps的局域网系统。1.设计思路宁夏气象预警中心大楼位于银川市高新技术开发区，亲水大街中路。大楼由裙楼、主楼及塔体组成，裙楼为二层，主楼为六层，其北侧为雷达塔体，周围环境开阔，无高大建筑物。该楼是宁夏回族自治区气象局区级气象业务集中地，楼内主要包括气象台、气象信息中心、农业气象中心、人工影响天气中心、影视中心、气象科研所等部门，各部门与国家气象局和各市、县气象局的业务实现网络信息化管理。一旦发生雷击事故，将造成巨大的损失。信息系统防雷是一项要求高、难度大的系统工程，涉及多方面的因素，其设计指导思想是本着“经济、实用、高标准、高起点、高可靠性”的原则，在不影响系统正常运行的情况下，根据客观实际条件，执行国家有关防雷技术标准、规范的基础上，采用等电位连接、屏蔽、合理布线、电涌保护器和共用接地系统等措施进行综合防护。2.设计要点首先应确定雷电波侵入业务楼和雷达站计算机信息系统的各种途径以及信息系统的雷击电磁脉冲的防护等级，在此基础上，采取相应的雷电防护措施，进行有针对性的防雷设计，才能达到确保系统安全运行之目的。2.1雷电波侵入信息系统的途径尽管我们在业务楼顶部安装了避雷针（网、带），采取了防直击雷措施，但强大并且剧变的雷电流流经引下中国防雷信息网2007No.2──────────────────────────────────────────────中国北京海淀区中关村南大街46号100081Phone／Fax：[e-mail]2线时，会在周围空间产生高频电场和磁场，这个高频电场和磁场会通过耦合和传导进入计算机网络系统。避雷针的接地系统不同程度地存在电阻，它将引起接地网电位升高而沿线路或管道反击设备。另外，邻近地区雷电放电或空中闪电，产生瞬间强大的雷击电磁脉冲（LEMP）辐射，其威力虽比不上直击雷，但其分布范围大，发生几率却比直击雷多得多。这种电磁脉冲辐射会通过传导和耦合，感应到金属导线、金属构件上，使其带上高电压，并沿着计算机系统的网络信号线、电源线、天馈线等线路进入系统内部，从而导致计算机信息网络系统环路中由于空间电磁感应产生瞬态浪涌，对信息系统造成干扰，或损坏，甚至危及人的生命。因此，设计该大楼的信息系统防雷从电源、信号、天馈传输线路进行重点考虑。2.2信息系统雷击电磁肪冲等级的计算确定业务楼所处位置土壤电阻率为60Ω·m，年平均雷暴日为19.7d/a。业务楼主体高为23.85m，建筑总长75.2m，宽30.6m，其中，塔楼高75.38m。因此,该业务楼内信息系统雷击电磁脉冲的防护就要考虑环境因素、设备的重要性以及发生雷电事故后果的严重程度等因素进行雷击风险评估。首先，计算建筑物预计雷击次数N的值，可根据如下公式计算：Ｎ＝ＫＮgAe=0.024Td1.3•Ｋ•[ＬＷ＋２(L+W)•)200(HH−+πH(200-H)]10-6其中：Td=19.7（d/a）；Ｋ=１；L=752m；Ｗ=30.6m；H=23.8m；经计算，Ｎ＝0.0338（次/a）.其次是计算因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数Ｎc的值，计算公式如下：Ｎc＝5.8×10-3/C=5.8×10-3/(1.0+2.0+1.0+0.5+1.5)其中：各类因子C=6.0；计算结果：Ｎc＝0.967×10-3。最后计算分级的参数E值，依据公式E=1-Ｎc/Ｎ，得出E=0.9714。因此，0.95＜E≤0.98，为Ｂ级，宜在低压系统采取2～3级的防护。2.3电源系统防护设计要点预警中心大楼电源系统安装三级SPD保护，楼内各层电源安装两级SPD进行防护，雷达机房及网络中心机房采取三级SPD防护，具体设计安装位置如下：（1）在预警中心大楼总配电室（AL）、七楼7AL1（送往雷达塔楼顶部射灯用配电柜）选择加装SPD1德国菲尼克斯FLT40/3+1单片通流量40kA(10/350μs)的雷电放电器两组作为大楼的第一级防护。（2）雷达机房（4AP两组）、电梯配电（3AP两组）、大楼各楼层配电（1AL-7AL各一组）、120kW发电机输出（1WE）选择加装SPD2德国菲尼克斯VAL-MS320/3+1-FM单片通流量40kA（8/20μs）共十二组作为第二级防护。（3）雷达机房、五楼网络中心机房UPS输出配电柜选择加装SPD3德国菲尼克斯VAL-MS230/3+1-FM（参数与VAL-MS320/3+1-FM相同，但启动电压较低，残压较低）三组，作为第三级防护。（4）由于选用的SPD为导轨式安装设备，为了整体的美观和效果故总配电柜、配电盘和分配电盘上均应留出安装SPD的导轨空间。雷达天线伺服控制电缆的两端均应加装标称放电电流不小于5kA，响应时间不大于10ns的SPD4。因为控制电缆接口还不能确定,关于SPD4的选型需要定做，故没有做明确的型号选定。2.4信号系统防护要点网络线路的雷电波防护重点是在信息系统中各电子设备相连的传送各种数、模信号的传输线上安装电涌保护器，五楼信息机房和雷达机房信号传输线路做如下的防护。（1）五楼信息机房设计中国防雷信息网2007No.2──────────────────────────────────────────────中国北京海淀区中关村南大街46号100081Phone／Fax：[e-mail]3根据宁夏气象局预警大楼网络系统建设最终设计方案，具体对下列通信线路实施加装信号SPD的防雷措施：1)对连接各市县气象局的X.25专线接入设备加装菲尼克斯信号SPD。2)对连接业务外网的DDN专线接入设备加装DTU专用信号SPD。3)对接入INTERNET的终端设备（如果不是光纤接入时）加装相应接口的信号SPD。4)对于卫星传输系统的防雷应用原来防雷系统，新增加对PCVSAT两台处理器网卡加装相应接口信号SPD。5)对于大楼内300对电话线路采取配线架整体防雷，加装配线架专用SPD。6)各楼层服务器包括局域网服务器、综合数据库系统、SGI高性能计算机、办公自动化服务器、气象信息网站的三台服务器等所有通过双绞线传输的都加装相应传输速率的信号SPD。（2）雷达传输系统的防护根据雷达的具体结构，对其数据传输采用屏蔽电缆或穿金属管埋地引入，在线缆与MODEM之间应安装信号SPD。进入主机房的电话线宜穿金属管屏蔽埋地引入，并应在接线盒前端的电话组线箱内安装电话线SPD。雷达数据经由同轴电缆或双绞线上网时，在同轴电缆或双绞线安装SPD。使用含有金属部件的光缆传输时，应在光缆的终端将金属部件直接或通过开关型SPD接到等电位连接带。2.5屏蔽屏蔽工程已经按照原设计在土建施工中交叉进行完毕,具体做法是将天面钢筋网格按照1m×1m的网格点焊和柱钢筋焊接连通。2.6等电位连接与接地进入机房的金属管道、信号电缆外屏蔽层、电力电缆外铠装均在雷达站的入口处做等电位连接。机房内PE线、直流地、屏蔽地、防静电地和SPD接地均应与建筑物主钢筋连接的等电位连接带连接。所有金属构件、机柜等设备采用6mm2铜线就近与等电位连接带进行良好的电气连接，配电箱接地母排用16mm2多股铜线与等电位带连接。所有的SPD的接地线就近与等电位连接带连接，SPD连接导线应短而直，总长度不宜大于0.5m。在机房静电地板下，用3×30mm扁铜带设置环行闭合等电位连接带，等电位连接带与机房内所有预留接地端子电气连接。以上是对宁夏灾害性天气预警中心信息系统防雷设计要点做了概述。外部防雷和内部防雷是一个整体项目，防直击雷工程包含在了土建工程中，信息系统的防雷工程运行多年来，安全、稳定、可靠，经受住了多次雷击和过电压的考验，至今没有出现任何相关问题。借此抛砖引玉，希望各位同行提出宝贵的意见和建议！参考文献[1]《建筑物防雷设计规范》（2000年版）GB50057-94[2]《新一代天气雷达站防雷技术规范》QX2—2000[3]《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》QX3—2000[4]《电子计算机机房设计规范》GB50174—93