关键词 整流器 直流供电系统 蓄电池 放电终止电压
0 引言
伴随着改革开放，我国的通信业迅速发展。为了打破通信行业的垄断，国家实行了一系列的改革措施，重新组建了中国电信集团、中国移动集团、中国网通集团、中国联通、中国卫星通信集团、铁道通信信息公司等6大通信集团。各通信运营商都十分重视网络建设，不断扩大网络规模，完善其功能。而通信网络心脏的电源，对保障通信网络安全可靠运行起着至关重要的作用。
下面将着重论述－48V整流器配置与直流系统设置。
1 电源系统组成
电源系统组成方框示意图如图1所示。
交换局交流供电系统由专用变压器、市电油机转换屏、交流配电屏以及备用发电机组组成。移动油机可提供应急用电。
直流供电系统由整流设备、蓄电池组和直流配电设备组成。直流供电系统向通信设备提供直流电源。
交流不间断电源设备(UPS)由AC/DC整流器、DC/AC逆变器、控制电路、蓄电池、静态开关、旁路开关等组成，对通信设备及其附属设备提供不间断交流电源。
2 －48V整流器配置
2.1 通信设备耗电量
作为设计人员，希望设备供应商提供的耗电量准确可靠，以便设计出合理的供电系统。笔者曾就此事与多家知名通信设备制造商的技术人员进行探讨，对方解释，他们提供的耗电量有实验依据，是公司总部提供的数据。他们也承认提供的耗电量非设备长期运行数据，但他们只能提供设备最大耗电量。
通信设备供应商提供的数据，设计者可以参考，毕竟那是有实验依据的。设备的最大耗电量一般是指某机柜满配置、工作在较恶劣环境时的数值。
如朗讯交换设备机柜中的风扇，其功耗占整个机柜耗电量的百分比是较大的，风扇在机柜未满配置与满配置时的转速是不一样的。转速不同，耗电量当然有差别。如果要求设备制造商提供风扇在不同转速下的耗电量，是不现实的。
再如，S1240程控交换设备的适宜工作温度为15～25℃、湿度为 30％～70％。该设备在温度5～42℃、湿度为 20％～50％的极端恶劣环境下，也可以工作，但是，在适宜工作环境与恶劣工作环境下，设备的耗电量肯定是有差别的。
因此，设计人员不要绝对照搬厂商提供的数据，对已经在网上运行的某种设备，再次扩容时，可以参考该种设备的长期运行负荷，结合设备供应商提供的数据，得出较合理的设备耗电量；对于不曾使用过的设备，则可采用通信设备供应商提供的数据。但应注意，同类型、同规模的交换、数据、智能网等设备，不同厂家的产品耗电量相差是较大的。
2.2 整流器配置
通信电源设备的配置应该满足设备的最大耗电量。原邮电部发布的《通信电源设备安装设计规范》(YD 5040－97)要求，采用高频开关型整流器的局(站)，应按n＋1冗余方式确定整流器的配置。其中n只主用，n≤10时，1只备用；n＞10时，每10只备用1只。主用整流器的总容量应按负荷电流和电池的均充电流(10小时率充电电流)(无人站除外)之和确定。
－48V直流供电系统，蓄电池大部分时间处在浮充运行方式，当前使用的阀控式密封铅酸蓄电池，浮充电压在2.23～2.27V/只，即系统电压通常在－53.52～－54.48V。
通信设备受电端子上电压变动范围应在－40～－57 V之间，交换局使用的蓄电池放电终止电压通常设置为1.80 V/只，即蓄电池组放电终止电压为－43.2 V，低压告警点一般设置为－44.4V。
阀控式密封铅酸蓄电池的充电过程为先限流充电，再恒压充电，蓄电池充电特性如图2所示。
例如，某交换局现有直流负荷为620 A，系统电压为－53.8 V，通信设备的功率为
P＝53.8×620＝33356(Ｗ)
通信设备都是恒功率运行的，系统运行中某个用电部件接通，它的功率就是恒定的。系统电压一定时，电流有波动，是由于系统接通的用户数有变化。如果系统电压不变，接通的用户数不变，直流负荷就不会变。
假设蓄电池放电至低压告警点－44.4 V时，市电恢复或备用发电机组启动。此时系统电压为－44.4 V，那么系统电流为Ｉ＝33 356/44.4＝751(A)
此时通信设备直流负荷较系统电压为－53.8V时的直流负荷，增大了131A。
配置开关电源整流器，还应考虑整流器的均分负载性能。信息产业部发布的《通信用高频开关整流器》(YD/T 731－2002)规定，当系统在大于半载状态工作时，其均分负载的不平衡值应不超过直流输出电流额定值的5％。
系统整流器的配置亦没必要太大，大了也是一种浪费。阀控式密封铅酸蓄电池最大充电电流不应超过电池安时数C10的25％，即每100 Aｈ，充电电流不应超过25 A。应合理地设置蓄电池充电电流，充电电流太小，蓄电池充电时间过长；充电电流太大，会损伤蓄电池，缩短其寿命，通常以10小时率充电电流为宜。
3 －48V直流系统设置
3.1 蓄电池放电终止电压设置
交流电中断，由蓄电池放电供通信设备用电。蓄电池放电至通信设备负载端子放电回路全程压降分为五部分：蓄电池组本身压降(U1)、电池至直流配电屏线路压降(U2)、直流配电屏内放电回路压降(U3)、直流配电屏至通信设备电源分配柜压降(U4)、直流分配柜至通信设备受电端压降(U5) 。直流压降分配图见图3。
信息产业部发布的《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》(YD/T799－2002)规定，电池间的连接压降ΔU≤10ｍV(蓄电池按1小时率电流放电时)。－48V系统每组蓄电池由24只2V蓄电池组成，蓄电池组本身压降(V1) 可按0.24V考虑。
信息产业部发布的《通信用配电设备》(YD/T 585－1999)规定，直流配电屏电压降≤500 ｍV(环境温度20℃，通以直流配电屏的额定电流时；对直流配电设备设有限流电阻的输出分路的负载端子不进行直流配电设备的电压降实验)。直流配电屏内放电回路压降(U3)可按0.5V考虑。
放电回路全程压降确定时，可供分配的压降为U2、U4、U5，应合理的分配各段压降，如何计算U2、U4、U5，在此不展开论述。
为满足通信设备负载端子电压变动范围，通常直流配电屏设置不宜距通信设备过远，同时蓄电池设置不宜距直流配电屏太远。在蓄电池放电终止电压一定时，放电线路太长，线路上压降增加，为减小压降，就要增大导线截面积，通常，要把导线截面积控制在可操作的范围内。现在，蓄电池与直流配电屏连接一般不采用硬铜母排，多采用软电缆。一般情况下，蓄电池至直流配电屏电缆不要多于ＲVVＺ－240电缆4根，多了，极难接线。
解决放电回路中线路上压降过大的另外一个办法是牺牲蓄电池容量，提高放电终止电压。
蓄电池额定容量，我国采用的是10小时率标称值(国外有的采用8小时率标称值)，即在环境温度为25℃、蓄电池以 10小时率电流放电、在放电终止电压为1.80 V/只时，蓄电池放出的容量为其额定容量。
蓄电池放电终止电压的设置，归根到底是由通信设备受电端子上电压变动范围(－40～－57V)决定的。受电端子上电压低于－40V，通信设备无法工作。交换局配置的蓄电池，放电终止电压通常设置在1.80V/只。如果放电回路中线路上压降过大，为使通信设备正常工作，不妨把蓄电池放电终止电压设置在1.81～1.85V/只。
蓄电池在放电终止电压1.81～1.85V/只，时放出的容量小于其额定容量。牺牲了蓄电池容量，可能满足不了对通信设备的放电时间，要相应增大蓄电池的配置。放电终止电压为1.81～1.85V/只时蓄电池的放电性能，需查阅相关数据。
如果通信设备电压范围较宽，同时蓄电池组、直流配电设备、通信设备三者相距较近，可把蓄电池放电终止电压设置在1.75～1.79V/只，使蓄电池放出较额定容量更多的容量。
3.2 直流系统设置
在直流供电系统中，通常蓄电池组接入与通信负载直流引出为同一个直流配电屏，或者是屏顶母线相通的几个直流配电屏。也可根据实际情况，灵活设置。
例如，某局电力电池室位于地下室，交换机房位于楼上四层，电缆走公用电缆上线井。由于直流配电屏距通信设备很远，同时为避免以后交换设备扩容，公用电缆上线井内无法布线，该局采用的供电系统，把常规直流配电屏一拆为二，如图4所示。
直流屏(1)解决蓄电池的充、放电，直流屏(2)提供通信设备所需直流端子。直流屏(1)至直流屏(2)的连接电缆按该局交换满容量(即终局容量)的直流负荷设计。
鉴于公用电缆上线井内电缆较多，同时两个直流屏相距较远，为系统安全起见，直流屏(1)至直流屏(2)的连接电缆未从直流屏(1)的屏顶母线直接接至直流屏(2)的屏顶母线。
由于该局直流负荷大、供电线路长，蓄电池放电终止电压设置高于1.80V/只，即蓄电池组放电终止电压高于通常的43.2V。
对于分楼层设置多个电力电池室的情况，也不会由此带来维护上的不便。因为现在电源设备本身的各种保护和控制功能比较完善，自动化程度和可靠性较高，维护人员可通过监控系统，查看设备的运行情况甚至控制相应设备，改变其运行方式。
3.3 高、低阻配电系统与电力设备平面布置
如果有多套电源系统同室安装，就要为每套系统都留出足够的扩容空间，避免留下隐患，电源设备布置应整齐、有序。
传统的低阻配电系统，通信设备自配有电源分配柜，把从直流配电屏引来的直流电进行再次分配，供给通信设备用电。通常1个交流配电屏、2个直流配电屏、2～3个开关电源架即可满足系统要求。生产厂家不同，每架开关电源容量从600～1 200A不等。我国使用的通信设备，除瑞典爱立信公司的程控交换设备外，都采用低阻配电系统。
地高阻配电系统中，各分路中都接有一定阻值的电阻，防止因某一负载分路发生短路而引起配电系统电压瞬变，影响其他分路负载的正常工作，目的是提高系统的可靠性。
蓄电池放电时，由于每一放电回路都接有电阻，串联电阻上产生电压降，会导致负载电压降低。为使串联电阻的大小与负载电流恰当匹配，每一放电回路的电流都很小。每个交换机柜都需从直流配电屏引2～6路的电源线。根据容量不同，一套交换设备一般需从直流配电屏引数百条电缆。
高阻配电系统不宜设置在距交换设备较远处，距离远了，每一分路的电缆线经就要加大。数百条、成捆的电缆走较长的距离，不方便，也不安全。在瑞典，高阻配电系统的配电柜有时就与交换设备同行(列)安装。
一个高阻直流屏通常能提供一百多个小分路，要为一套高阻配电系统留出3～4个直流屏空间。高阻直流屏分两种，有的可接入蓄电池，有的不可接入蓄电池，仅提供高阻配电端子。相对于可接入蓄电池的高阻直流屏而言，不可接入蓄电池的高阻直流屏通常能提供较多的高阻配电端子。
与开关电源配套使用的交流配电屏容量通常为400 A，交流引入线的选择应能满足交流屏的额定容量。载流量为400 A的交流三相电缆较粗，工程实践中，建设单位往往提出，一套电源系统(包括UPS不间断电源)的交流负荷其实不大，耗电量最大的机房空调设备配有专用的交流屏，希望选择线径细一些的电缆，便于施工。解决此类问题的方法，可以考虑多套电源系统合用交流配电屏。电力电池室设有多套电源系统时，根据实际情况，不是每套电源系统都必须配置交流配电屏。
4 结束语
电源是通信网络的重要组成部分，在通信网中起着重要的作用，应重视通信电源的建设。
直流通信设备的负荷电流随着系统电压的降低会逐渐增大，通信电源设备的配置应该满足设备的最大负荷。整流器的配置应以通信设备的功率为依据，同时设置合适的蓄电池充电电流。
交换局配置的蓄电池，放电终止电压的设置不要局限在1.80V/只，可根据不同情况，灵活设置在1.75～1.85V/只。
根据用电设备种类不同，设置多个电力电池室是可行的，不会因此带来维护的不便；布置电力电池室，要给扩容设备留出足够的空间，避免给电源设备扩容带来不便。
参 考 文 献
1 YD5040－97.通信电源设备安装设计规范
2 YD/T731－2002.通信用高频开关整流器
3 YD/T799－2002.通信用阀控式密封铅酸蓄电池
4 YD/T585－1999.通信用配电设备
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