通信直流供電系統(tǒng)開關(guān)電源和蓄電池維護(hù)及配置探討

戰(zhàn) 旗

（陜西省專用通信局，陜西 西安710075）

1 高頻開關(guān)電源

1．1 高頻開關(guān)電源及與蓄電池組的關(guān)系

直流供電系統(tǒng)主要由整流配電設(shè)備和蓄電池組組成，采用整流器和蓄電池組并聯(lián)冗余供電方式，即以全浮充工作方式運(yùn)行。蓄電池組既為備用電源，又可以吸收高頻紋波電流，目前常用的蓄電池為閥控式鉛酸蓄電池。在市電正常時(shí)，蓄電池與整流開關(guān)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行，蓄電池自放電引起的容量損失在全浮充過程中被補(bǔ)足，在市電中斷或某種特殊場合，由蓄電池單獨(dú)向負(fù)荷供電。

高頻開關(guān)電源是具有模塊化結(jié)構(gòu)的高頻開關(guān)型整流器。多臺(tái)開關(guān)整流模塊并聯(lián)工作，能實(shí)現(xiàn)大功率電流系統(tǒng)供電，多臺(tái)整流模塊并聯(lián)冗余，還可提高通信電源系統(tǒng)的可靠性。一個(gè)直流供電系統(tǒng)的蓄電池一般設(shè)置兩組，即組合開關(guān)電源系統(tǒng)一般配有兩組電池，電池組的輸入與開關(guān)電源輸出匯流排并聯(lián)。開關(guān)電源系統(tǒng)在保證設(shè)備安全可靠供電的同時(shí)，其最重要的功能就是蓄電池管理，不同廠家實(shí)現(xiàn)的方法各有不同，但是都必須完成如下管理功能：溫度補(bǔ)償、充電智能限流、自動(dòng)均充功能、周期均充、欠壓保護(hù)告警功能。

1．2 開關(guān)電源針對(duì)電池管理的常用技術(shù)指標(biāo)

（1）智能限流

智能限流就是系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的容量、負(fù)載所需電流的大小來自動(dòng)計(jì)算整流器的限流點(diǎn)。限流點(diǎn)：正常情況0．1C～0．15C。電網(wǎng)條件差：0．2C～0．25C。均充電壓設(shè)定為單體2．35 V，24只單體電池串聯(lián)，故開關(guān)電源的均衡充電電壓應(yīng)設(shè)置在56．4 V。當(dāng)環(huán)境溫度變化，均衡充電電壓應(yīng)隨之變化，通常，環(huán)境溫度每升高1℃，單體電池的均衡充電電壓應(yīng)下降3 mV，蓄電池均充電流小于10 mA／Ah時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為浮充。浮充時(shí)間設(shè)定為單體2．23 V（25攝氏度），充電限流設(shè)定為0．1 C10A 。

（2）自動(dòng)穩(wěn)壓及浮充和均充的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能

整流模塊的作用是將交流轉(zhuǎn)換為直流對(duì)負(fù)載供電并對(duì)電池組充電。浮充電壓可設(shè)53．5 V，均充電壓可設(shè)56．4 V。蓄電池在使用過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生容量、端壓不一致的情況，為防止發(fā)展為落后電池，需要定期均衡充電以活化蓄電池。遇到以下情況時(shí)也需均充：一是蓄電池單獨(dú)向負(fù)載供電15分鐘以上；二是電池深放電后容量不足；三是電池組中已經(jīng)出現(xiàn)了落后電池，在浮充狀態(tài)下單體電壓低于2．2 V；四是更換新電池后。均衡時(shí)間應(yīng)該設(shè)置為3個(gè)月～6個(gè)月，均充時(shí)間不大于10小時(shí)。

廣大體育教師應(yīng)該擔(dān)負(fù)起推廣小學(xué)體育教學(xué)中的德育教學(xué)責(zé)任，重視自身的一言一行，對(duì)學(xué)生起到良好的榜樣作用。這樣，學(xué)生就會(huì)在模仿教師的言行舉止中，獲得良好的效果，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的德育教育的目的。通過體育教師以身作則的榜樣作用，能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的品格，有利于團(tuán)結(jié)合作精神的培養(yǎng)，幫助學(xué)生堅(jiān)定百折不撓的毅力和信心，這樣才能符合素質(zhì)教育的各項(xiàng)要求，培養(yǎng)良好的競爭意識(shí)。

（3）欠壓保護(hù)功能

電源系統(tǒng)為了保護(hù)蓄電池放電時(shí)不過放，采用直流斷路器將蓄電池和負(fù)載斷開，以達(dá)到保護(hù)蓄電池的目的?，F(xiàn)在的通信電源為了延長重要負(fù)載的工作時(shí)間，增加了“二次下電”的功能。

1．3 開關(guān)電源的維護(hù)

開關(guān)電源應(yīng)急故障處理的核心是保障直流供電不間斷。日常例行維護(hù)的主要內(nèi)容包括：通風(fēng)、環(huán)境衛(wèi)生、性能檢查、定時(shí)記錄、異常狀況記錄、簡單維修、應(yīng)急處理等。日常維護(hù)周期可按月、季、半年和年進(jìn)行，定期安排巡檢。

1．4 開關(guān)電源的容量配置

一旦選擇好了蓄電池后，就必須選擇合適的電源系統(tǒng)，以保證整個(gè)通信設(shè)備系統(tǒng)的正常工作。選擇依據(jù)是：要保證蓄電池在最大充電（均充）電流情況下電源系統(tǒng)能可靠工作，要配置合理以保證能節(jié)約資源和建設(shè)成本，原則上要保證該電源機(jī)架上的整流器個(gè)數(shù)最少不得小于3個(gè)，另外還要考慮到以后的擴(kuò)容。容量配置依據(jù)：組合開關(guān)電源整流模塊數(shù)可按近期負(fù)荷配置，但滿架容量應(yīng)考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷發(fā)展，其配置容量應(yīng)滿足設(shè)備負(fù)荷與充電負(fù)荷的要求，即主用整流器的總?cè)萘繎?yīng)按負(fù)荷電流和電池的均充電流（10小時(shí)率充電電流，一般取0．1C10）之和確定，同時(shí)，為提高系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)“N＋1”冗余原則配置電源模塊，其中N≤10，1只備用，N＞10，每10只備用1只。例如，設(shè)備負(fù)荷170 A，需配置2組1000 Ah的電池即蓄電池組總?cè)萘繛?000 Ah，算出充電負(fù)荷200 A，開關(guān)電源滿架選擇600 A系統(tǒng)，需要配置的50 A模塊數(shù)量為9塊，最大提供450 A直流電流。

2 閥控鉛酸（VRLA）蓄電池

現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，蓄電池是直流供電系統(tǒng)的最后一道安全保障，隨著技術(shù)的發(fā)展，新型閥控鉛酸蓄電池替代了防酸隔爆式鉛蓄電池。閥控鉛酸蓄電池利用陰極吸收技術(shù)，應(yīng)用多元合金板柵材料，電池可以實(shí)現(xiàn)密封不漏液，在整個(gè)壽命期間基本無須定期補(bǔ)水，也不需要補(bǔ)酸，因?yàn)闊o酸霧排出。但“密封”也是相對(duì)的，現(xiàn)在的國家標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)取消“密封蓄電池”這一詞匯，最新的電池工藝上采用螺紋結(jié)構(gòu)，便于打開和恢復(fù)。不過，目前的電信電源維護(hù)規(guī)程并沒有作出修訂，對(duì)維護(hù)中補(bǔ)水也沒作出要求。蓄電池維護(hù)工作的好壞，直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，閥控鉛蓄電池的設(shè)計(jì)浮充壽命一般10年左右，維護(hù)不好，短短幾年電池就會(huì)報(bào)廢。由于采用“貧液式”設(shè)計(jì)，降低水損耗是維護(hù)的重點(diǎn)，當(dāng)電池失水10%，容量降低20%；失水25%，電池壽命結(jié)束。

排除設(shè)計(jì)和制造因素，從使用和維護(hù)角度來說，影響閥控蓄電池壽命周期的因素有：環(huán)境溫度、充放電流、放電深度、容量配置、維護(hù)等條件。過充、過放、滲液、環(huán)境溫度過高、浮充電壓過高等因素對(duì)閥控鉛蓄電池的健康影響很大。在現(xiàn)有維護(hù)規(guī)程指導(dǎo)下，有效的做好維護(hù)工作，避免以上情況發(fā)生，對(duì)延長電池壽命周期有很大作用。

2．1 環(huán)境溫度的影響

溫度與電池壽命的關(guān)系如圖1所示。

圖1 溫度與電池壽命的關(guān)系表

如圖1所示，環(huán)境溫度過高，蓄電池中的化學(xué)反應(yīng)加劇，從而加速了失水速度，降低了蓄電池壽命。當(dāng)環(huán)境溫度從25℃ 上升到43℃時(shí)閥控電池的浮充壽命下降到5年。

2．2 放電深度

放電深度與蓄電池壽命之間的關(guān)系非常密切，如表1所示。

表1 2 V閥控鉛酸蓄電池放電深度與放電循環(huán)次數(shù)關(guān)系表

從表1可以看出，電池壽命和其循環(huán)次數(shù)有很大關(guān)系，而不是以使用多少年來衡量的。閥控鉛酸蓄電池循環(huán)使用時(shí)，容量下降到額定容量的50%時(shí)，蓄電池完成的充放電循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。閥控鉛酸蓄電池的循環(huán)壽命隨電池放電深度增大而迅速降低，為了延長壽命，盡量避免深度放電。

2．3 放電電流和終止電壓

放電電流和終止電壓與蓄電池壽命之間的關(guān)系也是非常密切。

圖2 蓄電池放電曲線

從圖2、表2、表3中可以看出，放電電流越大，時(shí)間越短，實(shí)際放出的容量越??；放電電流越小，時(shí)間越長，實(shí)際放出的容量就越大（即放電深度越深）。所以放電過大和過小，都應(yīng)盡力避免。過大時(shí)電池會(huì)因在極短時(shí)間內(nèi)降至極低而導(dǎo)致失效，過小則會(huì)造成深度放電而報(bào)廢。一般情況選用10小時(shí)放電率來進(jìn)行放電，10小時(shí)放電率的計(jì)算方法為蓄電池的標(biāo)稱容量（Ah）與放電時(shí)間（h）的比值。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定3小時(shí)與1小時(shí)放電率的放電電流分別是10小時(shí)放電率放電電流的2．5倍和5．5倍。盡量避免大電流放電。放電到終止電壓時(shí)必須采取保護(hù)措施，不得繼續(xù)放電。

表2 放電率與電池電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 閥控式鉛酸蓄電池放電率與容量、放電電流的關(guān)系

目前，在通信電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源通常都將閥控鉛酸蓄電池的放電終止電壓設(shè)置在43 V，單體電池的終止電壓約為1．80 V。在放電初期電池端電壓下降是比較快的，在放電10分鐘后，電壓下降到53．0V。大約半小時(shí)后，電池端電壓降至49 V左右，1小時(shí)后降至48 V；蓄電池在48 V時(shí)，放電時(shí)間最長，大約要持續(xù)7～8小時(shí)；8小時(shí)后，蓄電池端電壓開始下降，下降速度比較快，降至43．2 V時(shí)系統(tǒng)直流斷路器斷開，以便保護(hù)蓄電池，此時(shí)蓄電池端電壓會(huì)有所上升，上升值約為5 V左右。按維護(hù)規(guī)程要求，每一年需對(duì)電池組進(jìn)行核對(duì)性放電，采用0．25 C的放電電流，放出額定容量的30%～40%為止，放電時(shí)長為核定后的電池容量的30%～40%除以實(shí)際放電電流。放電結(jié)束后，要對(duì)蓄電池充電，充入電量應(yīng)是放出電量的1．2倍。

2．4 充電限流

蓄電池充電過程是電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程，充電電壓和電流要合適，偏大和偏小均會(huì)影響蓄電池的壽命。一般情況下蓄電池的充電電流要求在0．1C～0．25 C，C為蓄電池的容量。如果過大，電池就會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣體造成膨脹變形、活性物質(zhì)脫落甚至出現(xiàn)“熱失控現(xiàn)象”，導(dǎo)致蓄電池提早失效而報(bào)廢；如果充電電流過小，那么充電時(shí)間就會(huì)變得比較長，甚至導(dǎo)致蓄電池充不飽，長期也會(huì)影響電池的正常壽命。充電時(shí)期的溫度以及充電設(shè)備的性能等因素決定各種型號(hào)的電源限流點(diǎn)設(shè)定值不盡相同，維護(hù)規(guī)程規(guī)定，環(huán)境溫度恒定在25攝氏度時(shí)，充電時(shí)單體蓄電池的充電電壓在2．30 V時(shí)，充電時(shí)間24 h；設(shè)在2．35 V 時(shí)，充電時(shí)間12 h。均衡充電，通常用恒壓限流充電法，單體閥控鉛酸蓄電池的均衡充電電壓設(shè)置在2．35 V，充電電流應(yīng)不超過0．25 C10A，（C10為蓄電池10小時(shí)率放電容量），一般可設(shè)值在0．1 C10A，在經(jīng)常停電地區(qū)，為快速補(bǔ)充容量，可以設(shè)大一些。

2．5 蓄電池的其它日常維護(hù)

蓄電池運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別電池落后或失效的現(xiàn)象。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后（失效）電池，落后（失效）電池會(huì)影響其他正常的電池，隨時(shí)間推移進(jìn)而使整個(gè)電池組報(bào)廢。為了保證電池設(shè)備具有充足的放電容量和延長電池使用壽命，一定要按維護(hù)規(guī)程周期要求認(rèn)真對(duì)蓄電池進(jìn)行正常維護(hù)，主要是檢查蓄電池組中有無漏液、有無落后電池存在、蓄電池引線及端子的接觸情況、電纜及軟連接頭壓降，環(huán)境溫度是否正常等，在閥控鉛蓄電池組深度放電或長期浮充供電時(shí)，為避免出現(xiàn)單體電池電壓和容量不平衡現(xiàn)象，必須均衡充電。只有做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，才能確保蓄電池的正常壽命。

2．6 蓄電池容量配置

蓄電池按直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)進(jìn)行配置，蓄電池容量配置原則：按近期負(fù)荷配置，依據(jù)蓄電池壽命，適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展。一般蓄電池放電時(shí)間按照6～8 h配置。根據(jù)蓄電池容量計(jì)算公式和電池組的放電時(shí)間確定蓄電池的配置。對(duì)于給通信設(shè)備供電的蓄電池來說，合理的配置蓄電池容量是非常重要的，容量偏小不能滿足通信設(shè)備在停電較長的情況下正常供電，影響正常通信；容量太大不僅是一種浪費(fèi)，也會(huì)影響蓄電池的壽命，所以要合理選擇蓄電池的容量。選擇蓄電池容量主要是根據(jù)負(fù)載電流、停電后放電時(shí)間長短和頻繁程度、放電容量系數(shù) 、以及擴(kuò)容情況來決定。計(jì)算公式：

Q ≥ KIT／｛η［1＋0．008（t－25）］｝

式中：Q 為電池容量（Ah）；K 為安全系數(shù)（取1．25）；I為負(fù)載電流；T為放電時(shí)間（6或8h）；η為放電容量系數(shù)（0．94），見表4；t為 電解液最低溫度（15°C）。例如，某局動(dòng)力機(jī)房直流負(fù)荷峰值為110 A，考慮 預(yù)留，直流負(fù)載按照170 A計(jì)算，如果放電時(shí)間要求6h，經(jīng)計(jì)算電池容量Q 為1575 Ah，需配置2組800 Ah蓄電池組。如果放電時(shí)間要求8 h，經(jīng)計(jì)算得電池容量Q 為1966 Ah，需要配置2組1000 Ah蓄電池組。容量設(shè)計(jì)不考慮過長的放電時(shí)間，停電時(shí)間太長，如48 h，是不能用單靠增加電池容量的辦法來實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)考慮用發(fā)電機(jī)供電，否則將影響到蓄電池的壽命。

表4 鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)（η）表

3 直流供電系統(tǒng)纜線線徑的選擇

（1）直流電源饋線應(yīng)按照遠(yuǎn)期負(fù)荷確定，當(dāng)近期與遠(yuǎn)期負(fù)荷相差懸殊時(shí)，可按照分期敷設(shè)的方式確定。在不同機(jī)房之間選用RVVZ系列銅芯聚氯乙烯絕緣護(hù)套軟電力電纜，在同一機(jī)房選用RVZ系列銅芯聚氯乙烯絕緣電力電纜。－48 V電源直流放電回路全程壓降不大于3．2 V，線徑計(jì)算公式：

S＝IL／K銅△U

式中，S為導(dǎo)線截面積（mm2），I為流過導(dǎo)線的電流（A），L為導(dǎo)線回路的長度（m），K銅為銅的導(dǎo)電率值為57，△U 為分配壓降（V）。

（2）蓄電池連線的選擇

蓄電池連線一般都選用雙護(hù)套非延然多股銅芯軟線纜，在選擇蓄電池導(dǎo)線的線徑時(shí)不但要考慮到載流量，也要考慮導(dǎo)線的壓降，一般情況下壓降不得大于0．5 V。所以選擇導(dǎo)線線徑時(shí)要將如下因素考慮進(jìn)去：蓄電池均充時(shí)的最大電流0．25 C，每平方毫米導(dǎo)線的最大允許通過電流，導(dǎo)線長度帶來的壓降。在選取蓄電池的連接導(dǎo)線時(shí)，一般在一定的范圍內(nèi)截面積越大越好。按經(jīng)驗(yàn)值蓄電池連線線徑的選擇如下：電流在1～41 A時(shí)，每平方毫米載流量為4 A；電流在41～100 A時(shí)，每平方毫米載流量為2 A；電流在100～200 A時(shí)，每平方毫米載流量為1．6 A；電流在200 A以上時(shí)，每平方毫米載流量為1．2 A。

（3）接地系統(tǒng)線徑選擇

接地導(dǎo)線應(yīng)采用銅芯導(dǎo)線。工作地線的線徑一般選用最大最粗負(fù)載線的線徑。保護(hù)地線的線徑按如下規(guī)則選擇：當(dāng)相線線徑S＜16 mm2時(shí)，選用與相線線徑一致；當(dāng)相線線徑16≤S≤35 mm2時(shí)，保護(hù)地線線徑選用16 mm2，當(dāng)相線線徑S＞35 mm2時(shí)，選用交流輸入線徑的一半S／2作為保護(hù)地。

4 結(jié)束語

為保證通信供電的安全可靠，直流供電系統(tǒng)日常維護(hù)中要以核心設(shè)備組合開關(guān)電源與蓄電池為主。同時(shí)，動(dòng)力機(jī)房前期的設(shè)計(jì)也非常重要，一定要合理選型、合理配置設(shè)備容量，來滿足業(yè)務(wù)對(duì)供電可靠性的需求。維護(hù)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)也要有全面地了解，對(duì)設(shè)備容量、負(fù)載情況、線徑大小、環(huán)境變化做到心中有數(shù)，才能提高維護(hù)效率，更好的提高通信質(zhì)量。

［1］ 中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)部，中國電信股份有限公司廣州研究院．中國電信電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程（試行）［S］．2005．

［2］ 工業(yè)與信息化部．通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范（YD5040－2005）［S］．2005．

［3］ 李海螢．閥控式鉛酸蓄電池的維護(hù)與監(jiān)測［J］．通信電源技術(shù)，2012，29（1）：89－92．

［4］ 工業(yè)與信息化部郵電通信人才交流中心．通信工程師［Z］．2007．