铁路通信电源系统讲义

铁路通信电源系统维护2目录第一章铁路通信电源系统组成及供电方式第二章通信用交流不间断电源UPS第三章阀控式密封铅酸蓄电池第四章高频开关电源系统第五章高压直流供电第六章铁路通信雷电综合防护系统第七章铁路通信电源及机房环境监控系统第一章铁路通信电源系统组成及供电方式4第一节通信电源系统的组成•铁路通信电源系统：是指为各种通信设备供电的电源设备以及为保证这些电源设备正常运行的附属设备所组成的系统称之为通信电源系统。广义上还应包括为通信机房建筑用电供电的设备。通信电源是通信系统的心脏，是确保各通信子系统正常工作的基础设施。通信电源系统交流供电系统直流供电系统监控系统防雷系统接地系统5一、通信电源系统组成（一）交流供电系统•由低压配电设备、备用电源系统（发电机）、不间断电源（UPS）等组成。（广义上还应包括变电设备和高压配电设备）（二）直流供电系统•由整流器、蓄电池组、直流配电屏、直流-直流变换设备等组成。（三）接地系统•由接地体、汇集排、楼层接地排、工作及保护引接线组成。（四）防雷系统•由避雷针（网、带）、接地引下线、等电位连接、各级浪涌保护器（SPD)以及（房屋、设备、线缆）的屏蔽等组成。（五）监控系统•由监控站设备（各种采集设备、网络传输设备）、监控中心设备（服务器、监控终端、网络传输设备）、传输通道组成6第二节通信设备供电标准及供电方式一、铁路通信设备负荷等级划分及外部供电要求•一级负荷：客专线设备、通信站设备以及自动闭塞区段的通信设备为一级负荷，应由双路相对独立，稳定可靠的电源供电至用电设备或低压双电源切换装置处，当两路电源中的一路发生故障时，另一路不应同时受到损坏。并具备固定或移动式发电机作为备用电源。•二级负荷：客专线、通信站以外的非自动闭塞区段的通信设备以及通信机房的空调设备为二级负荷，宜由两回线路供电至用电设备或低压双电源切换装置处。并具备固定或移动式发电机作为备用电源。7二、通信机房内部供电负荷分类•按负荷的重要性可分为不间断供电负荷和可短时间断供电负荷两类。铁路通信机房负荷不间断供电负荷可短时中断供电负荷-48V直流负荷220/380V交流负荷机房空调机房照明临时用电设备8（一）不间断供电负荷•按电源性质可分为直流通信电源负荷和交流通信电源负荷两类。•-48V直流通信电源负荷：通常包括铁路通信系统中的传输接入设备、交换设备、数据网设备、调度通信设备、GSM-R设备、光纤在线监测系统、电源及机房环境监控系统的监控站设备等。由高频开关电源系统供电。•220/380V交流通信电源负荷：通常包括部分GSM-R核心网设备、光纤直放远端站设备、视频监控系统设备、会议电视设备、电源环境监控系统监控中心设备、综合网管设备、电报网设备、各系统网管设备等。由UPS系统供电。（二）可短时间中断供电负荷•机房空调设备、部分机房照明设备、临时用电设备等。9三、通信设备供电标准1、外部交流引入电源供电标准标准电压(V)设备受电端子上电压变动范围(V)频率变动范围（Hz）220187～242(维规-15%～+10%）198～235（技规-10%～+7%）502380323～418(维规-15%～+10%）353～407（技规±7%）502102、直流供电标准3、交流发电机组供电标准标准电压(V)设备受电端子上电压变动范围(V)频率变动范围（Hz）220209～231（±5%）501380361～399（±5%）501标准电压(V)通信设备受电端子上电压变动范围(V)供电回路全程最大允许压降(V)标准电压(V)-48-40～-57311四、通信机房供电方式•大中型通信楼：宜采用变配电系统、备用电源系统相对集中，UPS、直流系统相对分散的供电方式。•小型通信机房：宜采用UPS、直流系统集中供电方式。121、通信（交、直流）电源系统组成示意图AC交流切换屏ACUPS输出配电屏/箱AC交流负载AC油机AC高频开关电源AC直流配电屏DC直流负载DC直流负载DCDC/DC变换器电池组交流负载逆变器ACUPS（含电池）AC市电I市电II132、大中型通信楼变配电系统相对集中，UPS、直流系统相对分散设置示意图143、小型通信机房常用供电系统图（一）双路电源切换装置在高开内部154、小型通信机房常用供电系统图（二）双路电源切换装置在交流配电箱中165、小型通信机房常用（一体化）供电系统图（三）UPS的输入、输出配电单元均在高频开关电源内部第二章通信用交流不间断电源UPS18第一节UPS电源的组成及工作方式19性。3.控制电路：完成整机功能控制，提供检测、保护、同步以及各种开关显示驱动信号。4.转换开关：完成UPS逆变器供电、电池市电旁路供电、电池供电的切换，要求切换速度快、过载能力大。5.蓄电池：UPS的储能装置，具有良好的大电流放电特性，经得住反复充放电，寿命要长，目前常用阀控式密封铅酸蓄电池。20（二）UPS供电与市电供电的比较：市电供电UPS供电电压不稳220/380(-15%~+10%)电压稳定度高220/380±1%频率波动范围大50Hz±2Hz频率稳定度50Hz±0.1Hz（电池逆变供电时）受谐波影响，波形畸变严重正弦波，波形畸变率≤3%供电有间断蓄电池做后备，不间断向负载供电21（三）UPS分类：•按配电方式分为：单进/单出型、三进/单出型、三进/三出型。•按设备结构分为：塔式UPS、模块式UPS。•按工作方式分为：后备式、在线互动式和在线式。22•塔式UPS常用规格类型：1、单进单出单机容量：1-10KVA2、三进单出单机容量：10-20KVA3、三进三出单机容量：20-500KVA10-20KVA•模块式UPS规格：三进三出单机容量：10-120KVA单模块容量：10KVA、30KVA231、后备式UPS：•输出电压波形和精度较差，市电与电池供电存在转换时间（≤10ms）。242、在线互动式UPS：•与后备式UPS相比电压输出波形较好，但同样存在市电供电和电池供电的转换时间（≤10ms）。253、在线式UPS：26（1）在线式UPS特点：•有极宽的输入电压范围；•输出电压稳定精度高；•市电停电时，无切换时间；•额定功率大于等于1KVA的产品型号齐全。（2）在线式UPS组成：•由整流滤波电路、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、充电电路、蓄电池组和控制监测、显示告警及保护电路组成。27（3）在线式UPS工作模式：281.正常/在线工作模式：市电输入经AC／DC及DC／AC至输出，为负载提供稳定干净的50Hz正弦波电源。同时充电器给电池充电。2.电池供电模式：当市电极其恶劣或停电时改由电池供电，为负载提供稳定干净的50Hz正弦波电源。供电时间视电池容量和负载大小而定。3.静态旁路模式：过载或散热器温度过高，整流器、逆变器故障时，可以由静态开关自动切换至旁路模式，市电经输入输出滤波后供给负载。4.维修旁路模式：当机器故障需维修时，由手工切换至维修旁路模式，市电直接供给负载，相当于将UPS从供电回路中切除。29（4）在线式UPS功能及保护性能：•具有蓄电池管理功能，具有蓄电池放电后自动均衡充电，充电结束自动转浮充功能；蓄电池充电温度补偿功能；蓄电池放电过程中估算剩余容量的功能。•输出负载量百分比指示功能，及过载控制功能。•过负载能力：110%负载，不转旁路；120%负载，≥1min转旁路。•交流输入过压、欠压，应立即转电池运行，并发出声光报警。•交流输出过压，应立即关机，并发出声光告警。•交流输出欠压，应立即发出声光报警信号。•直流输入欠压，应立即转旁路供电或停机，并发出声光报警信号。•逆变器温升过高，应立即关机转旁路，并发出报警信号。•输出短路保护，UPS将切断输出，并发出报警信号。•同步告警功能，输入市电超出UPS的频率跟踪范围时，发出报警信号30（四）UPS系统供电方式•单机供电；•N+1并联冗余；•独立双总线等模式。1、UPS单机供电：用于区间、车站等非重要负载设备供电。单机供电负荷应小于80%额定容量。可靠性低，设备故障或更新时，会中断负载供电。312、多台UPSN+1并联冗余供电：UPS的可靠性达到要求时，可选用冗余供电系统，通常单机容量在10KVA以上的UPS才可并机供电。每台UPS的负荷应不大于额定容量的40%，系统可靠性及成本均高于单机供电。323、UPS单机双总线模式供电：核心网机房等重要负载采用。334、UPS1+1并机双总线双系统供电模式示意图双路切换交流输入配电柜双路切换交流输入配电柜ACI(b)380VACII(b)380VACI(b)380VACII(b)380V列头柜列头柜通信设备通信设备AC(a)380VAC(a)380V34•UPS1+1并机双总线双系统模式供电：调度所机房等重要负载采用。两套系统互为冗余备份，即UPS主机、蓄电池、输入、输出供电线路均实现冗余备份，使得设备故障维修、以及施工更换更加方便。供电可靠性非常高。但每台UPS的实际负荷仅为额定容量的20%，高可靠性是由高成本支撑的。•UPS的四种供电模式的可靠性和造价由高到低的顺序为：1、UPS1+1并机双总线双系统供电模式2、UPS单机双总线供电模式3、UPSN+1并机供电模式4、UPS单机供电模式35第二节UPS电源设备的维护一、UPS维护周期表周期项目与内容备注日1.运行情况及告警巡视检查可通过监控系统巡视月2.输出电压、电流测量、记录月3.设备检查、清扫季4.输出频率测试5.风扇及滤网清洁检查36一、UPS维护周期表(续）：周期项目与内容备注年1.直流工作地线、保护地线检查防雷保护单元检查在雨季应每月进行一次，遭到雷击应及时更换2.告警试验3.防雷保护单元检查及更换4.强度检查及配线整理5.逆变及旁路转换试验37二、UPS维护注意事项38（6）（7）（8）（9）（10）防止电池断路或深度放电，电池的循环寿命和放电深度有关。核对性放电试验时，放出容量的30~40%即可。（11）实际操作中应避免蓄电池大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形、极板活性物质脱落、内阻增大、温升，将造成容量下降，寿命提前终止。第三章阀控式密封铅酸蓄电池40第一节阀控式密封铅酸蓄电池的结构及原理一、概述•蓄电池是一种电能储存装置。•工作机理：浸没于电解液中的性质差异的两种金属，它们可以导电，并在极板间产生一定电动势，不同用途的蓄电池其电动势不同。•通信中大量使用的是阀控式密封铅酸蓄电池。•铅酸蓄电池有两种基本类型，即开口排气式和阀控密封式。•阀控式密封铅酸蓄电池以电解液的状态不同分为贫液式电池和胶体电池。•阀控式密封铅酸蓄电池与开口排气式铅酸电池比较，具有维护量低、安装时不需要调配电解液，安全可靠，可直接在办公环境中使用等优点。41二、阀控式密封铅酸蓄电池的结构•主要由正负极板、电解液和容器三部分组成42三、阀控式密封铅酸蓄电池的常用规格1、2V单体蓄电池容量：200Ah-3000Ah在直流供电系统中，由24只单体电池串联成一组48V电池组2、12V单体蓄电池容量：200Ah及以下在直流供电系统中，由4只电池串联成一组48V电池组43四、阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理44第二节阀控式密封铅酸蓄电池的特性45二、蓄电池的放电率46三、蓄电池的容量与电解液温度的关系•温度影响电池的容量。温度下降，放电容量减小；温度越高，放电容量增大。阀控式密封铅酸蓄电池以25℃为基准温度，电池放电时，如果温度不是25℃，则需将实测容量按以下公式换算成25℃基准温度时实际容量Ct。C25=Ct/1+K(t－25)式中：t放电时的环境温度K温度系数，10小时率容量实验时K=0.006/℃3小时率容量实验时K=0.008/℃1小时率容量实验时K=0.01/℃•温度升高会损坏电池，降低电池的使用寿命。•长期运行，温度每升高10℃，使用寿命约降低一半。47四、蓄电池的寿命48五、蓄电池的放电终止电压0.1C10A~0.3C10A49六、蓄电池的浮充电压•UT℃=U25℃-(T-25)×0.00350七、蓄电池的均衡充电51八、蓄电池的恒压限流充电52•GFM-500电池在100