通信电源系统设计原则及配置方案

通信电源系统设计原则及配置方案河南铁通工程建设有限公司设计所2014年2月本节培训目标了解通信电源在通信网络中的种类及地位了解各功能设备组成掌握通信电源设计中的基本方法1、通信电源在通信网络中的种类及地位1.1通信电源是通信局站的重要组成部分，通常称为通信设备的“心脏”。1.2通信局站供电的特点：重要性：通信电源故障会造成大量通信停止运行，在政治上、经济上给国家集体或个人造成重大损失。复杂性：通信电源用电功率大小不一，但供电质量要求高，可靠性高。电压种类：主要有直流：24V、-48V；交流：220V、380V，供电质量要求高。设备配置：冗于度较大，设备种类较多。2、通信设备对电源系统的要求2.1通信设备对电源系统的要求：（1）可靠（2）稳定（3）小型（4）高效率（1）可靠①交流电源供电的通信设备都应当采用交流不间断电源(UPS)。②在直流供电系统中，应当采用电池并联浮充供电方式。③必须提高各种通信电源设备的可靠性，可靠性第一，节能第二，节能应服从于可靠性的设计原则。（2）稳定：各种通信设备都要求电源电压稳定，不能超过允许变化范围。一般通信设备都由稳压电源供电。（3）小型：为了适应通信设备的发展，电源装置也必须实现小型化、集成化。（4）高效率：必须采用各种节能措施，提高能源利用率和经济效益。3.典型通信局站交（直）流供电系统原理图3.1通信局站交流供电系统原理图北站电源系统图3.2通信局站直流供电系统原理图中心所6楼电源系统图3.典型通信局站交（直）流供电系统原理图4.通信电源设计的特点设计周期较其他专业短：通信电源设计的计算依据在通信设备的方案最终确定后才能提供。供电系统相对独立：各局所设备之间不存在功能连接，仅有下级局所向上级传送信号监控的功能。设备种类品多：同类产品间采用技术手段分散。需要掌握的知识面较广：如发动机和发电机知识、流体力学、声学、微电子知识、电化学、机械工程等。5.通信局站供电系统设计通信局站供电系统的三种形式：5.1集中供电；5.2分散供电；5.3混合供电；5.1集中供电5.2分散供电交流供电系统仍采用集中供电方式，直流供电系统采取分散供电方式，可分楼层设置，也可按各通信系统设置。分散供电方式的优点a.可适应超大容量通信抠纽的要求b.当电源出现故障，可避免造成大范围通信中断c.缩短供电距离，减小损耗，提高效率5.3混合供电组成：太阳能电源、风力发电机、低压市电、蓄电池组、整流配电设备及移动电站等供电方式：交流市电电源与太阳能电源(或风力发电机)组成的混合供电方式6.电源设备配置原则依据：《通信电源设备安装工程设计规范》(YD/T5040-2005)；通信用交流配电设备，按系统远期配置；通信用直流配电设备，按系统近期配置；整流设备，按系统近期配置；蓄电池组，按系统近期配置。（近期为建成投产后3～5年）7.通信局站蓄电池配置7.1配置原则一般局站设二组相同容量的蓄电池组。一体化模块局等小容量局站可设一组100AH或200AH蓄电池。200AH电池可由同厂家、同型号、同容量、出厂日期相差不足一年的两组100AH蓄电池并联使用。对于既有电池组，当电池组中仅有少数2V电池老化时，在电池组使用时间较短（三年左右）并且其余电池的质量较好时可单块更换，不然则应全部更换。单组电池容量在200AH及以下时，采用12V单体电池，大于200AH时，采用2V单体电池。新设电池组应使用阀控密封免维护电池。7.2容量计算蓄电池组（一组或两组）总容量，按规范中下式计算：其中:Q—蓄电池容量(Ah)；K—安全系数1.25；I—负荷电流(A)；T—放电小时数(h)；η—放电容量系数；t—电池室最低温度，有采暖设备时取15，无采暖设备时取5。考虑到许多局点电池与其他设备装在同一机房，另外，交流停电大部分发生在夏天，所以一般应取t=15；α—电池温度系数，当10＞放电小时率时，取0.008)]25(1[tKITQ电池容量计算表市电分类：市电类别月停电次数每次故障时间供电回路数1≤1≤0.5h独立可靠两路2≤3.5≤6h可靠一路3≤4.5≤8h一路4经常昼夜停电、供电无保证一路8.整流及配电设备配置原则8.1设备配置原则较大通信局站一般分设交流配电屏、直流配电屏和开关整流器，甚至设多套设备，分散供电；较小局站则设一套组合电源架。配电设备容量宜按远期容量配置，整流模块按近期容量配置。8.2、整流模块容量计算整流器容量IZ配置计算公式如下：IZ=I+K×ɑ×Q（假定同时给负载供电及为电池充电）IZ：计算的整流器总容量，单位安培；I：近期或终期负荷电流，单位安培；K：电池备用系数。1+1备份取2；ɑ：充电系数，取值为0.1；Ｑ：10小时放电率电池容量，单位Ah。按通信电源设计规范，整流模块数应按n+1冗余方式确定，当主用模块数n≤10时备1块，n10时备2块。8.3、整流设备价格整流设备价格估算中应注意开关电源包括机架（整流屏）、整流模块、监控模块，分别计价。8.4、整流设备输入交流输入交流电源三相或单相决定于整流模块输入电压及机架总耗电。一般50A及以上整流模块为三相输入。25A整流模块虽为单相输入，但总容量大时外电也可用三相，以保持电网平衡，此时多个模块应分接在不同相。小通信机房一般应采用单相，因为停电时要送发电机供电，而小功率（5kVA及以下）发电机都是单相的。9.逆变器和UPS9.1基本概念（1）逆变器和UPS的主要区别是前者利用通信站既有基础电池（48V），后者另配电池。两者都要输入交流电源，只是前者不对蓄电池充电，后者要对蓄电池充电。由于UPS可按需自备高压电池，所以可实现大功率输出。（2）UPS分在线式、互动式、后备式几种运行方式。在线式UPS系统输出质量高，可靠性高，并确保用户负载同普通的市电电源处于电隔离状态，最适合现代通信系统及算计机网络的应用。（3）UPS容量大于15kVA时应采用三进三出，小于15kVA时，采用三进单出或单进单出。（4）为提高UPS供电系统的可靠性，一般采用冗余方式，最常见的是并联冗余方式。上图是业务支撑中心双机冗余热备份（即1+1）方式运行的UPS电源系统结构简图（5）UPS的容量确定：规范规定UPS的容量应按近期（投产后3～5年）负荷配置，远期负荷增加不大时可按远期配置。但由于互联网发展迅速，实际近期负荷可能难以预料。根据经验，初装容量不要大于当前负荷的4倍。（6）UPS设计中应牢记：可靠性第一，节能第二，节能应服从于可靠性的设计原则。（7）UPS的输出功率因数，通常按0.8来计算。有文章给出了UPS的负载率和效率的关系，在负载率达到25%时，效率可达到90%，而负载率为15%时，效率仅为55%。低效率引起很多问题，一是浪费电能，例如对15kVA负载供电，UPS选用100kVA比选用30kVA每年多支出电费7万多元；二是增加建设投资，UPS价格基本与容量成正比；三是降低使用寿命，因为效率低意味着本身损耗大，即发热多，加快了元器件的老化。例如标称容量为120kVA的UPS，在负载功率因数为0.8时，负载最大有功功率为120*0.8=96kW，逆变器的输出功率也是96kW，输出电流为96000/(380*1.732)=146A9.2UPS蓄电池容量计算UPS蓄电池组的容量取决于UPS容量和备用放电时间。蓄电池容量的计算方法是首先按下式计算蓄电池的放电电流，再用前述蓄电池容量计算公式算出电池容量。式中：I为蓄电池放电电流（A）；S为已选定的单台UPS的额定容量（kVA）；0.8为UPS输出功率因数；μ为逆变器效率，容量越大，效率越高，小功率UPS可按0.8，10kVA以上可按0.85；U为所配电池组放电终了时的电压（V）（2V单体电池放电终了电压为1.85V举例：通信段洛阳无线网控制中心设一台UPS，供电范围包括控制设备、管理终端和中继光端机，总耗电约1000W，所以UPS额定容量应不小于1000/0.8=1429VA，按UPS容量系列，设2kVA单进单出UPS一套，配套蓄电池电压为48V。电池容量取决于放电电流和放电时间。放电电流由上式求出，其中S应取实际输出视在功率而不是设备视在功率，即S*0.8应取实际有功功率1kW。上式中μ取0.8，U=1.85*24=44.4V，于是I=1*1000/(0.8*44.4)=28.15A。如果确定UPS支持停电时间4小时，利用公式即可计算出电池容量，其中K=1.25，I=28.15，T=4，η=0.79，α=0.008，t=15，得Q=193.65AH，取蓄电池容量200AH，即采用4块12V、200AH电池串联或24块2V、200AH电池串联。10.通信局站交流用电估算通信局站主要用电内容包括：通信设备用电（包括直流、交流直供、UPS）、空调用电、照明用电等。此项估算主要用于：向供电局申请用电容量、确定局站专用变压器容量、计算油机容量、选择交流电源线截面（1）开关电源：交流输入有功功率等于其直流输出功率除以其效率η，即Py=IU/η。在开关电源输出功率大于1500W时，η≥0.9。（2）UPS：多按标称输出功率的2倍计算。（反向谐波影响）（3）空调：机房空调主要用制冷抵消设备余热，机房的余热除由设备发热产生外，还有通过墙体、门窗传导的热量和空气对流的热量，还有照明灯具产生的热量和人体产生的热量等。空调的制冷功率至少应等于设备的耗电功率。其他几项热源可近似认为占设备热量的20%，再考虑冷气不会均匀地抵达每一处发热的地点，所以还要计入一定余量，可按10%。机房所需空调制冷功率还与送风方式有关（下送风约比上送风省25%）。空调行业常以“匹”作为制冷速率单位，一匹=2000千卡/小时，换算成制冷功率单位以W表示时，一匹=2000/1.163=2325W。通常空调行业把制冷功率2200-2600W都称为一匹，3200-3600W为1.5匹，4500-5500W为2匹等。11.发电机11.1配置原则一、二类通信枢纽应配置满足通信负载（含通信机房空调用电）容量要求的发电机。同一市区至少应有一台能满足最大负荷的局站（上述一、二类枢纽除外）使用的流动发电机。边远县应配能满足最大负荷局站的发电机。10kVA及以下发电机应采用汽油发电机，以便搬运，更大功率则采用拖车式或固定安装式柴油发电机。5kW及以下采用单相发电机，更大功率采用三相发电机。发电机应具有消噪音装置，以保证在使用中符合国家关于噪音的环保要求。11.2容量计算发电机功率P应满足直流电源的浮充功率P1、蓄电池组的充电功率P2、机房保证空调功率Pk、机房保证照明功率Pz和UPS功率Ps。因此，可按下式计算发电机的额定有功功率：（kW）其中：I为负荷电流和充电电流之和，56.4为电池均充电压，0.9为开关整流器效率，Pk为空调功率，Pz为保证照明功率（可按6～8W/m2）估算，每局站1～2kW），Ps为UPS功率。12.交直流电源线配线12.1相关规定按97年《通信电源设备安装设计规范》规定，“机房内的交流导线应采用阻燃型电缆”。而05年规范则要求“机房内的导线应采用非延燃电缆”，即全部导线。一般应采用铜质配线，但和铝质架空电力线相接的引入线必须采用铝芯电力电缆，以防在杆上连接处不同金属产生电化腐蚀。在同一路径内，交流与直流电源线应间隔100mm以上。为便于备料，用量很少且线径相近的线缆类型可以向大线径合并。12.2交流电源线（1）在确定每段导线载面时，则应依据该段导线上的视在功率P计算其中电流。对于单相供电，线电流；对于三相供电，线电流。用于室内的聚氯乙烯绝缘交流电力电缆在空气中敷设时的安全载流量如下表（假定为四芯电缆，导线温度65℃，环境温度30℃）：以往标准要求零线（中性线）线径为相线的50%，现行规范规定交流中性线应采用与相线相等截面的导线。在条文说