通信电源系统概述

目录1.1通信电源的现状和发展趋势1.1.1供电方式向分散供电方向发展1.1.2电力电子新技术在整流器中的应用1.2通信设备对电源系统的要求1.2.1可靠1.2.2稳定1.2.3小型1.2.4高频率1.3通信电源系统的组成1.3.1集中供电方式电源系统的组成1.3.2分散供电方式电源系统的组成1.3.3混合供电方式电源系统的组成页码，1/7通信电源系统概述1.1通信电源的现状和发展趋势通信电源通常被称为通信设备的“心脏”，在通信局（站）中，具有无可比拟的重要地位。随着相关学科理论和技术的不断发展，通信电源也在不断地发展进步，主要表现为以下4个方面。1．供电方式由集中供电向分散供电发展。2．在整流器中运用新的电力电子技术。3．阀控式密封铅酸蓄电池的应用。4．电源集中组网监控。1.1.1供电方式向分散供电方向发展集中供电是指全局只设一个通信电源供电中心（如电力室、电池室），所有通信设备由该供电中心的电源供电。由于电源设备体积庞大、噪音大、有酸雾污染环境，只能安装在电信大楼的底层的电力室和电池室。具有以下缺点：1．电源设备远离通信负载中心，直流输电损耗大。2．安装和运行费用较高，系统可靠性较差。分散供电是指全局分设多个通信电源供电点，每个供电点对邻近的通信设备提供独立的供电电源。与集中供电方法比较，具有以下特点：1．综合投资少，扩容方便。2．运行可靠、容易实现智能管理与无人值守。3．所需蓄电池的个数加大。4．对交流电源可靠性、电磁兼容性、电源设备使用性能以及维护人员技术水平等均有较高要求。1.1.2电力电子新技术在整流器中的应用整流器是整个通信电源系统中对系统可靠性影响最大、技术含量最高、技术更新最快的部分。在早期多采用可控硅（晶闸管）相控整流器，现已逐步被高频开关整流器取代。随着电力电子技术的飞速发展，高频开关整流器的技术和产品也在快速更新。1.2通信设备对电源系统的要求通信设备对电源系统的一般要求是：可靠、稳定、小型、高效率。1.2.1可靠为了确保通信畅通，必须同时提高通信设备和通信电源的可靠性。通常，一个通信电源系统需要给许多通信设备供电，对通信的影响很大。为确保可靠供电，采用以下措施：1．在直流供电系统中，采用整流器与电池并联浮充供电方式。2．采用多个整流模块并联工作的方式，避免某一个模块发生故障时影响供电。1.2.2稳定通信设备要求电源电压稳定，禁止超过允许的变化范围。电源电压过高，会损坏通信设备中的电子元器件；电源电压过低，通信设备不能正常工作。直流电源电压中的脉动杂音也必须低于允许值，否则会严重影响通信质量。1.2.3小型为了适应通信设备的发展，通信电源必须实现小型化、集成化。为了减少通信电源的体积和重量，各种集成稳压器和无功频变压器的开关电源得到了广泛的应用。近年来，在通页码，2/7通信电源系统概述信设备中，工作频率高达几百kHz且体积非常小的谐振型开关电源得到了广泛的应用。1.2.4高频率随着通信设备容量的增加，通信电源系统的负荷也不断增大，为节约电能，必须设法提高电源设备的效率。高频开关电源效率大于90%。为了节能，需要使用高频开关电源设备。1.3通信电源系统的组成为各种通信设备和通信的建筑负荷供电的所有电源设备组成的系统，称为通信电源系统。存在以下3种供电方式。z集中供电方式z分散供电方式z混合供电方式1.3.1集中供电方式电源系统的组成集中供电方式电源系统的组成如图1.3-1所示。该系统由交流供电系统、直流供电系统、接地系统和集中监控系统组成。图1.3-1集中供电方式电源系统的组成1.3.1.1交流供电系统的组成通信电源的交流供电系统包括：z变电站供给的交流电源（高压市电或低压市电）。z油机发电机供给的自备交流电源。z由整流器、蓄电池和逆变器组成的交流不间断电源（UPS）。具有以下特点：1．电信局的电源一般由高压电网供给。为了提高供电可靠性，重要通信枢纽局一般由两个变电站引入两路高压电源，并且用专线引入，一路主用，另一路备用。2．电信局内通常设有降压变电室。室内装有高、低压配电屏和降压变压器。通过这些变、配电设备，将高压电源（一般为10kV）变为低压电源（三相380V），为整流设备和照明设备供电。页码，3/7通信电源系统概述3．在高层通信大楼中，为了缩短低压供电线路，降压变电站可设在主楼内，此时，电力变压器应选用干式变压器，配电设备中的高压开关应选用户内高压真空断路器。4．为了不间断供电，电信局内一般配有油机发电机组。当市电中断时，通信设备由油机发电机组供电。采用无人值守自动启动油机发电机组，当市电中断时，能自动启动。由于市电比油机发电机供电经济可靠，因此，在有市电的条件下，通信设备由市电供电。5．通过低压交流配电屏完成低压市电和油机发电机的转换。低压交流配电屏将低压交流电分别送给整流器、照明设备和空调装置。它还能监测交流电压和电流的变化情况，当市电中断或电压发生较大变化时，自动发出告警信号。6．为了确保通信电源不中断、无瞬变，采用静止型交流不间断电源（UPS）。该电源系统一般由蓄电池、整流器、逆变器和静态开关等部分组成。市电正常时，市电经整流和逆变后，给通信设备供电，此时，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器（DC/AC变换器）给通信设备供电。通过交流静态开关完成逆变器和市电的转换。1.3.1.2直流供电系统通信设备的直流供电系统由整流器、蓄电池、直流变换器和直流配电屏等部分组成。具有以下特点：1．整流器的交流电源由交流配电屏引入，整流器的输出端通过直流配电屏与蓄电池和负载连接。2．当通信设备需要多种不同数值的电压时，采用直流变换器将基础电源的电压变换为所需的电压。3．由于直流供电系统中设置了蓄电池组，可保证不间断供电。4．目前广泛应用的直流供电方式为并联浮充供电方式。z并联浮充供电方式是将整流器与蓄电池并联后对通信设备供电。在市电正常的情况下，整流器一方面给通信设备供电，一方面又给蓄电池充电，以补充蓄电池因局部放电而失去的电量。z在并联浮充工作状态下，蓄电池还起一定的滤波作用。z当市电中断时，蓄电池单独给通信设备供电。由于蓄电池通常处于充足电状态，所以市电短期中断时，由蓄电池保证不间断供电。若市电中断期过长，整流器应由油机发电机组供电。z并联浮充供电方式的优点是结构简单、工作可靠，供电效率较高。但是，采用这种工作方式时，在浮充工作状态下，输出电压较高，当蓄电池单独供电时，输出电压较低，因此负载电压变化范围较大。1.3.1.3接地系统为了提高通信质量、确保通信设备与人身的安全，通信电源的交流和直流供电系统必须进行良好的接地。1．交流接地电信局一般由交流三相电源供电。为了避免因三相负载不平衡而使各相电压差别过大，三相电源的中性点（如三相变压器和三相交流发电机的中性点）应当直接接地。这种接地称为交流工作接地。接地线一般称为零线。接地装置与大地之间的电阻称为接地电阻。2．直流接地在直流供电系统中，由于通信设备的需要，蓄电池组的正极（或负极）必须接地。这种接地通常称为直流工作接地。3．保护接地和防雷接地（1）保护接地。为了避免电源设备的金属外壳因绝缘损坏而带电，与带电部分绝缘的金属外壳必须直接接地。这种接地称为保护接地。（2）防雷接地。为了防止因雷电而产生的过电压损坏电源设备，在通信电源系统中，一般避雷器还设有防雷接地装置。当电网遭受雷击时，防雷地线中的瞬时电流很大，因而在地线上将产生很高的电压降。4．联合接地各类通信设备的交流工作接地、直流工作接地、保护接地及防雷接地共用一组接地体的接地方式，称为联合接地方式。这种接地方式具有良好的防雷和抗干扰作用。页码，4/7通信电源系统概述联合接地方式由接地体、接地引入线、接地汇集线和接地线四部分组成，如图1.3-2所示。（1）接地体。接地体又称为接地电极或地网。它与土壤形成电气接触，可将各地线中的电流汇入大地。采用联合接地方式时，接地体由建筑物混凝土内的钢筋和建筑物四周敷设的环形接地电极组成。（2）接地引入线。接地体与接地总汇集线之间的连线，称为接地引入线。为了提高使用寿命，接地引入线应作防腐处理。图1.3-2联合接地方式示意图（3）接地汇集线。接地汇集线是指与各通信机房接地线相连的接地干线。为了减少地线上杂散电流回窜，接地汇集线分为垂直接地总汇集线和水平接地分汇集线两部分。垂直接地总汇集线是垂直贯穿于通信局各层楼的接地主干线。它的一端与接地引入线相连，另一端与各层楼的钢筋和水平接地分汇集线相连，形成辐射状结构。水平接地分汇集线应分楼层设置，各通信设备的接地线应就近接入水平接地分汇集线。（4）接地线。各类通信设备的接地端与水平接地分汇集线之间的连线，称为设备的接地线。接地线的截面积应根据设备接地要求确定，并且不准使用裸线。1.3.2分散供电方式电源系统的组成1.3.2.1基本结构分散供电方式电源系统组成框图如图1.3-3所示。页码，5/7通信电源系统概述图1.3-3分散供电方式电源系统组成框图说明如下：z采用分散供电方式时，交流供电系统仍采用集中供电方式。z交流供电系统的组成与集中供电方式相同。z直流供电系统可分楼层设置，也可按各通信系统设置。z阀控式免维护蓄电池组可设置在电池室内，也可与通信设备设置在同一机房内。在各个分设的直流供电系统中，每部分可采用较小容量的电池组。1.3.2.2分散供电方式的优点为了适应超大容量通信枢纽的要求，分散供电方式已成为必然的选择。在大型枢纽和高层局（站）内，通信设备的容量迅速增加，所需的供电电流大幅度提高，有时需要几千安培的电流，集中供电系统很难满足这些要求。同时，采用集中供电系统时，电源出现故障，将造成大范围通信中断，产生巨大的经济损失和极坏的社会影响。分散供电系统具有以下优点：z可大大缩短蓄电池与通信设备之间的距离，大幅度减小直流供电系统的损耗。z从电力室到各通信机房采用高电压交流市电供电，线路的损耗很小，大大提高馈线的送电效率。z将大型通信枢纽或高层通信局（站）的通信设备分为几部分，每一部分由容量合适的电源设备供电，不仅能充分发挥电源设备的性能，而且，还能大大缩小电源设备故障造成的影响，同时，还能节约大量能源，因此，目前各国的通信大楼一般采用分散供电方式。1.3.2.3分散供电方式需考虑的问题1．蓄电池是否会污染通信机房。80年代，我国曾提出将电源设备分散安装在各个机房内的分散式供电方式，由于电池容易泄漏而没有被采用。页码，6/7通信电源系统概述现在，阀控式密封铅酸蓄电池密封度很高，不必担心酸雾泄漏。2．合理选择蓄电池容量。蓄电池在市电停电起至油机尚未开出的短暂期间内为设备供电，平时起滤波作用。3．将通信机房内直流供电系统分成几个独立单元，每个单元包括整流器和一组电池，实行N+1备份的供电方式。例如：某机房满负荷供电需48V/500A，设计一个500A直流屏，需要100A整流模块6个（即500A+100A）。平时6个整流模块同时供电，电流均分。当一个整流模块障碍时，总负荷由其它5个整流模块均分，值班人员可立即更换障碍模块，待修复后换上。电池同样被分为6组，每组为48V/100A。运行时，不可能所有模块同时发生故障，因此可靠性要远大于集中供电方式。1.3.3混合供电方式电源系统的组成光缆无人值守中继站和微波无人值守中继站，通常采用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。采用混合供电方式的电源系统由太阳能电源、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部分组成，如图1.3-4所示。图1.3-4混合供电方式电源系统方框图说明如下：z通信容量较大的微波无人值守中继站，为了降低电源系统的造价，不宜采用太阳能供电。z目前，普遍采用市电与无人值守油机发电机组相结合的交流供电系统，保证交流电源不中断或只有短时间中断，在交流电源中断期间，通信设备由容量很小的蓄电池组供电。z微波无人值守中继站和光缆无人值守中继站，大部分处于远离城市的农村，市电的质量较差，电压波动范围较大，因此，在市电引入端应加入调压器或交流稳压器。页码，7/7通信电源系统概述