警惕机房“石墨炸弹”毁伤电力电子设备

警惕机房“石墨炸弹”毁伤电力电子设备

（龚为佳  ,陈通 ,衣明源）

中国人民解放军31121部队 福建福州 350000

摘要：针对碳纤维导电性优、隐蔽性强等特点，分析其对电力电子设备的毁瘫机理，实验验证碳纤维对通信机房运行设备的影响范围及程度，提出替代、隔离、备份、绝缘4条防范对策。结论表明：机房飘浮的碳纤维丝能够迅速造成相间短路、单相或多相对地短路、空气击穿短路，且不易发现，需要引起警惕。

关键字：石墨炸弹、碳纤维、通信机房、电力电子设备

引言

某局站通信机房在土建施工过程，突发设备持续短路断电事故，造成若干台电源及通信设备停机，并伴有爆炸声和焦糊味，电源设备电路板和通信设备电源模块出现不同程度烧毁。经查市电电压正常，且施工严格控制尘土，“肇事凶手”正是墙面防水层中的碳纤维。

一、机理分析

碳纤维具有极好的导电性，据其开发的石墨炸弹号称“电力杀手”，可迅速造成电网瘫痪，是近年“灰色战争”的重要攻击手段，曾分别在伊拉克、南斯拉夫战场上得到过有效验证。石墨炸弹选用经特殊处理的纯碳纤维丝制成，其直径仅千分之一厘米。在目标上方引爆后，纤维会搭落在裸露的高压电缆或变电站变压器等电力设施上，使之迅速短路烧毁，进而造成大范围停电；同时，纤维受热会产生电弧，并涂覆在电力设备上，破坏电路原有绝缘性能，使设备设施长期受损，并难以修复；由于其重量轻，可悬浮于空气中，跟随气流进入未封闭的在线电力电子设备中，从而造成电路板短路烧毁，且过程难以发现，后期处理困难。当前通信机房普遍采用碳纤维材料用于建筑防水加固，施工过程极易造成碳纤维脱落，存在巨大隐患。为验证碳纤维材料对通信机房电力电子设备运行的影响范围及程度，通过实验的方式进行验证评估。

二、实验研究

（一）设备器材：采用退网报废设备，包括：通信电源设备（DPF-380V/125A交流配电柜、科华YTM33125UPS（含蓄电池组）、动力源DUM-48/50B高频开关电源（含蓄电池组））；传输设备（华为OSN3500、华环H5003PCM，话机1部）；网络设备（思科7609路由器、H3C5500交换机、计算机终端1套）。器材及仪表工具包括：万用表、代通电缆及空开、电蚊拍、吸尘器等。

（二）实验方法

1.设备加电组网，模拟典型小型通信机房运行状态，确保各类设备正常工作无告警，传输信道正常、网络接口可用，计算机终端上显示的监控软件运行正常，动力环境系统正常，话机对外通联正常；

2.将各设备进行分段布置物理隔绝，采取分段保护并分段实施实验（明确分几段，分别说明，要与实验结果对应）。每一段进行试验时，确保其他设备处于正常工作状态。将碳纤维材料裁剪成1cm长的碳纤维丝分别使用2立方厘米的量在设备上、左右、前后进行布放；

3.每段进行试验前，对其他分段实验产生的故障进行排除或代通设备，并对设备进行彻底除尘。

4.操作人员采用防护服操作，防止吸入碳纤维。

5.由于正常光照下，纤维丝肉眼不可见，采用关灯条件下，探照灯反光和电蚊拍捕捉的方式验证纤维丝的存在。

6.实验结束后，对所有设备断电进行彻底除尘，采取细水雾吸附空气中剩余纤维。

（三）实验结果

1.DPF-380V/125A交流配电柜，在其周围投放后，未出现明显故障，而后将碳纤维丝长度增加至2cm后，设备空开出现跳闸现象；

2.科华YTM33125UPS（含蓄电池组），在其周围投放后，蓄电池运行正常，UPS的 2组功率模块相继出现告警伴有短暂大火现象，旁路模块出现元器件击穿现象（伴随较大的击穿声响），机组宕机；

3.动力源DUM-48/50B高频开关电源（含蓄电池组），在其周围投放后，蓄电池运行正常，整流模块风扇告警，运行1h后，整流模块全部停止工作；

4.华为OSN3500，在其周围投放后，出现设备风扇故障告警，承载业务不受影响；

5.华环H5003PCM，在其周围投放后，未出现告警，承载业务不受影响；

6.思科7609路由器，在其周围投放后，电源模块出现告警，运行1h后，2个电源模块均故障，设备掉电影响承载业务；

7.H3C5500交换机，在其周围投放后，电源模块出现告警，运行0.5h后，2个电源模块均故障，设备掉电影响承载业务；

8.计算机终端，在其周围投放后，主机宕机，设备掉电；

9.纤维投放过程，黑暗中探照反光可见头发细丝，电蚊拍加电后频繁发出“啪啪”声，开启风机风扇、空调以及人员走动都会加速纤维在空气中的流动。

（四）原因分析

碳纤维材料施工中产生的碳纤维丝通过设备风扇、设备空隙进入设备后，可造成设备相间、元器件短路，从而毁瘫电源，损坏设备，影响业务。

（五）实验结论

1.碳纤维丝材料能够造成相间短路、单相或多相对地短路、空气击穿短路。

2.建筑施工过程，飘浮在空气中的碳纤维丝材料难以发现，但客观存在。

3.发生短路后，应迅及关闭设备电源，防止影响面扩大，清洁过程不允许通风和使用吸尘器，喷洒细水雾是收集飘浮物的较优方法。

三、应对策略

战场上针对石墨炸弹，可采取隐身伪装、干扰诱骗、激光主动打击、绝缘主动喷射包覆、水幕隔离、电缆涂覆等手段进行对抗和防护，但多停留于理论研究层次。而对于机房内碳纤维的现实隐患，其防治思路类似，可从替代、隔离、备份、绝缘4个方面考虑。

（一）更换防水材料

目前，主流防水材料有沥青基、橡胶塑料基、水泥基、金属基四类。由于石墨烯是当臆发现最薄、强度最大的新型纳米材料，具有极好的强度和柔韧性，由其和橡胶沥青以及助剂混合制成的材料，适应性强、密封防水和抗裂效果佳、施工方便，在修补水缝和裂缝时广泛应用。但对于电力电子设备密集分布的场所，应尽量舍弃此类材料，可采用高分子材料、聚合物水泥、新型密封涂料等进行替代，从根源上杜绝碳纤维。

（二）确保有效隔离

机房遇墙面施工时，电力电子设备应进行停机隔离或搬迁离场。无法满足停机条件时，应设置阻挡使施工作业区与设备运行区物理隔离。当碳纤维已扩散至设备区时，应立即将电力电子设备停机，同时，应停止使用空调、风机、风扇等促进空气流动的设备，减少人员流动，处置人员应缓慢行动减少扬尘，对环境进行水雾喷洒，禁用吸尘器。同时对设备进行彻底清洁除尘，宜采用绝缘液冲洗。

（三）异地设置备份

集中供电存在较大的安全隐患，虽然其建设和维护成本低，但发生故障时，往往影响面较大。有条件时，应采取分散供电，并实现异地电源备份，确保一台供电设备故障时，不影响设备正常使用。对于其他用电设备，建议通过异地备份建设或本地冷备份的方式，实现系统冗余可用。对于关键设备、模块、板件以及开关、电缆等，应设置一定数量的备件库存，确保快速代通。

（四）涂覆绝缘材料

通信设备、电源设备都离不开电路板，应选用优质绝缘胶，涂覆于电路板表面，确保其绝缘性和耐久性。同时，需考虑绝缘涂料的散热性和以及成本、涂覆密度等因素，必要时还需考虑电烙温度可熔性，确保可维修性。当前最为流行的绝缘涂覆材料是三防涂覆层，在满足电路正常运行条件下还可实现绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、防霉、防脱落、耐电晕等效果。

小结

对于碳维维导致通信机线设备故障这类不常见的情况，运维管理人员更应做好复盘反思，提高警惕，防患未然，确保通信系统安全可靠。