通信電源的工作原理及維護(hù)

李 軍 上海鐵路局上海通信段

通信電源是通信負(fù)載的心臟，其性能直接影響通信的信號(hào)質(zhì)量和可靠性。一旦發(fā)生故障，通信系統(tǒng)將全部中斷。所以電源系統(tǒng)務(wù)必要有備份設(shè)備，電源設(shè)備要有備品備件，市電要有雙路或多路輸入，交流和直流互為備用。一個(gè)完整的通信電源系統(tǒng)應(yīng)由4 個(gè)部分組成：交流配電系統(tǒng)、直流配電系統(tǒng)、電源防雷與接地、監(jiān)控系統(tǒng)。

1 交流配電系統(tǒng)

要保證通信電源系統(tǒng)的可靠性，通信機(jī)房必須保證從兩個(gè)不同的供電單元引入兩路交流電，并設(shè)置兩路市電自動(dòng)倒換裝置；分別如圖1 和圖2 所示：

圖1 自動(dòng)轉(zhuǎn)換設(shè)置在配電箱內(nèi)電源接入圖

圖2 自動(dòng)轉(zhuǎn)換設(shè)置在高頻開(kāi)關(guān)電源柜內(nèi)電源接入圖

(1)如圖1 所示:兩路市電引入交流配電箱完成自動(dòng)切換后，引入通信高頻開(kāi)關(guān)電源柜，完成對(duì)通信設(shè)備的供電。由于機(jī)房設(shè)備維護(hù)工作的需要，建議在交流配電箱內(nèi)直接為空調(diào)、照明等提供分路，同步保障其穩(wěn)定可靠工作。如既有京滬線等普速鐵路區(qū)段的通信機(jī)房均是采用此供電模式。

(2)目前在用的新型一體化通信高頻開(kāi)關(guān)電源柜內(nèi)均含有交流自動(dòng)切換功能，如埃默生電源柜系列。如圖2 所示:在交流配電箱內(nèi)不設(shè)轉(zhuǎn)換設(shè)備，直接設(shè)置空氣開(kāi)關(guān)，用來(lái)明確與電力部門的維護(hù)界面，然后兩路交流市電直接引入高頻開(kāi)關(guān)電源柜，在機(jī)柜內(nèi)部完成切換，其交流分路為其它采用交流工作的設(shè)備供電，但機(jī)房空調(diào)、照明和墻壁臨時(shí)用電插座不允許從開(kāi)關(guān)電源柜內(nèi)取電，還需要另外引入照明市電或在配電箱內(nèi)增加電源分路。當(dāng)前滬寧城際，京滬高鐵的通信機(jī)房及通信基站均采用此供電方式。

(3)UPS:即"不間斷電源"，主要起到兩個(gè)作用：①是應(yīng)急使用，防止突然斷電而影響設(shè)備正常工作；②是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等"電源污染"，改善電源質(zhì)量。UPS 主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等幾部分組成。

UPS 的使用方法是將外部設(shè)備連接到UPS 的輸出上，再將UPS 的輸入與市電相連。當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS 能保證為設(shè)備繼續(xù)供電，并發(fā)出告警聲。UPS 按其工作方式分為離線式、在線式和線上互動(dòng)式三類。目前鐵路通信系統(tǒng)新設(shè)的UPS，特別是客專線UPS 均采用在線式接入，保證相關(guān)設(shè)備正常不間斷使用。所謂在線式UPS 是一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，它首先通過(guò)電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過(guò)高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給負(fù)載使用。在線式UPS 在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時(shí)則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時(shí)間問(wèn)題。

2 直流供電系統(tǒng)

2.1 直流電源轉(zhuǎn)換

2.1.1 通信直流電源簡(jiǎn)介

現(xiàn)在用通信直流電源供電的鐵路通信設(shè)備種類越來(lái)越多。從傳統(tǒng)的程控交換機(jī)到現(xiàn)在的GSM-R 移動(dòng)通信的各種通信設(shè)備,大都采用-48 V（正極接地）直流電源作為基礎(chǔ)電源。但隨著通信的發(fā)展，相控穩(wěn)壓電源已滿足不了現(xiàn)代通信對(duì)智能化監(jiān)控、質(zhì)量和可靠性的要求，而逐步被性能更優(yōu)良的高頻開(kāi)關(guān)電源所代替。通信設(shè)備的直流供電系統(tǒng)一般由高頻開(kāi)關(guān)電源、蓄電池、DC/DC 變換器等組成。

2.1.2 高頻開(kāi)關(guān)電源

也稱為開(kāi)關(guān)型整流器，實(shí)現(xiàn)從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程。其工作電路如圖3 所示，主要包括以下部分：

(1)輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。

(2)整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。

(3)逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

(4)輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

圖3 高頻開(kāi)關(guān)電源主電路圖

高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源同相控穩(wěn)壓電源比，有如下優(yōu)勢(shì)：①體積小、重量輕。②工作頻率高，使輸出濾波電路得以小型化。 ③功率因數(shù)高(0.98 以上)。④效率高，節(jié)省能源。⑤動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，提高通信質(zhì)量。⑥紋波小。⑦噪音低。⑧擴(kuò)容方便。高頻開(kāi)關(guān)電源一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，維護(hù)、擴(kuò)容要比較方便。⑨智能化程度高。

2.2 蓄電池

蓄電池作為直流(直流系統(tǒng))或交流(UPS 系統(tǒng))不間斷供電的保證,在整個(gè)通信系統(tǒng)中最為關(guān)鍵。目前鐵路通信使用的蓄電池基本為閥控式密封鉛酸蓄電池。單體一般以2V、12V 為主，容量配置根據(jù)室內(nèi)設(shè)備情況選定，在交流斷電后，一般能保證4-8h 的使用。優(yōu)點(diǎn)是：使用中幾乎無(wú)酸溢出，對(duì)環(huán)境和設(shè)備無(wú)污染和腐蝕，可直接逐層放置擺放在機(jī)房?jī)?nèi)，維護(hù)工作量少。

2.3 其它直流設(shè)備

通信電源的基礎(chǔ)電源是-48 V，然而通信設(shè)備中還需要±12 V、±5 V、±24 V 等直流電源。這些不同種類的直流電源主要由DC-DC 變換器來(lái)提供；另外，在上節(jié)的高頻開(kāi)關(guān)整流器中，DC-DC 變換器也是它的重要組成部分，可直接通過(guò)相關(guān)輸出端子取得相應(yīng)電源。

3 通信電源的防雷與接地

通信電源的防雷，最主要的方法就是設(shè)置接地裝置。

為了防止雷擊和過(guò)電壓對(duì)設(shè)備及人身造成危害而設(shè)置的接地稱為防雷接地。通信電源與通信設(shè)備處于同一機(jī)房的情況下，宜用同一個(gè)機(jī)房保護(hù)接地排。

交流電源線進(jìn)入機(jī)房的入口處應(yīng)配裝標(biāo)稱放電電流不小于20 kA 的交流電源防雷器（C 級(jí)防雷器）。-48 V 直流電源的正極應(yīng)在直流電源的輸出處接地。

4 通信電源的監(jiān)控

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信電源設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和顯示其工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和隱患。采用通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)提高了對(duì)通信電源設(shè)備的維護(hù)管理水平；使電源設(shè)備管理向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展；(2)提高了通信電源供電質(zhì)量，使供電系統(tǒng)具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性；(3)實(shí)現(xiàn)通信電源設(shè)備少人、無(wú)人值守和集中維護(hù)的條件。目前上海局管內(nèi)的通信電源主要是依靠機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置的動(dòng)力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)交、直流電源的監(jiān)控。

5 通信電源維護(hù)

隨著通信的發(fā)展，對(duì)通信電源的要求也越來(lái)越高，必須加強(qiáng)對(duì)通信電源的維護(hù)管理。

(1)加強(qiáng)對(duì)電源設(shè)備的重視，在組織機(jī)構(gòu)、人員、資金管理上，得到相應(yīng)的保證。

(2)加強(qiáng)電源管理隊(duì)伍的專業(yè)化，有獨(dú)立的電源專業(yè)管理機(jī)構(gòu)和人員，并配備電流鉗、電池充放電測(cè)試儀、地線測(cè)試儀、萬(wàn)用表等必備的儀表、工具。

(3)重視通信電源系統(tǒng)初期的設(shè)備選擇、方案設(shè)計(jì)、工程管理等環(huán)節(jié)尤其重要。在購(gòu)置通信電源過(guò)程中，除考慮性價(jià)比外，要選用可靠性高的設(shè)備，合理配置備份設(shè)備。設(shè)備宜采用模塊化、熱插拔式，便于更換和維修。

(4)在日常檢修中，要重點(diǎn)圍繞如下幾方面開(kāi)展工作：

①加強(qiáng)交流配電的切換試驗(yàn)工作，保證轉(zhuǎn)換元件的良好使用，發(fā)現(xiàn)異常要立即進(jìn)行更換修復(fù)。

②定期對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行清潔、除塵，防止灰塵加上潮濕引起主機(jī)工作紊亂并發(fā)生不準(zhǔn)確告警。在維護(hù)中首先應(yīng)嚴(yán)格按照"維規(guī)"要求執(zhí)行，日常務(wù)必保證通信機(jī)房環(huán)境整潔。其次就是在除塵時(shí)應(yīng)檢查各連接件和插接件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

③加強(qiáng)蓄電池維護(hù)，日常工作全部是在浮充狀態(tài)，應(yīng)按照"維規(guī)"規(guī)定,定期放電。放電過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),防止事故。在日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度；連接處有無(wú)松動(dòng)腐蝕現(xiàn)象，檢測(cè)連接條壓降；電池外觀是否完好，有無(wú)殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；加強(qiáng)通信機(jī)房的環(huán)境控制，蓄電池標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃。平時(shí)不要超過(guò)±5℃。

④要定期或不定期的對(duì)電源設(shè)備接地裝置進(jìn)行檢查和測(cè)試，保證接地電阻值符合規(guī)范要求，保證接地連接牢固、可靠。

(5)平時(shí)應(yīng)建立起對(duì)電源故障的應(yīng)急措施，應(yīng)急預(yù)案要切實(shí)可行，備品備件要齊全并定期檢查，確保良好。要經(jīng)常分析運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測(cè)故障的發(fā)生，并及時(shí)排除。

(6)實(shí)施集中監(jiān)控管理，用好當(dāng)前的機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除隱患，處理突發(fā)故障，保障電源穩(wěn)定、可靠。