通信電源縱橫談

劉峰

摘 要 本文全面介紹了通信電源系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，分別描述了通信電源的主要部分——高頻開關(guān)整流器、閥控式密封鉛酸蓄電池，以及通信系統(tǒng)對(duì)它們的技術(shù)要求；文中著重總結(jié)了實(shí)際工作中的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)通信電源的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 通信電源 高頻開關(guān)整流器 蓄電池

1 引言

通信電源是向通信設(shè)備提供交直流電的電能源，在通信網(wǎng)中的位置極其重要，被喻為通信網(wǎng)和通信設(shè)備的“心臟”。如果電力調(diào)度通信由于電源供電系統(tǒng)發(fā)生故障而中斷，它所產(chǎn)生的后果是災(zāi)難性，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良的政治影響。因此如何保證通信電源系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行是我們所關(guān)心的，也是我們所要研究和探討的原因。

2 通信電源的基本要求和組成

2.1 電源系統(tǒng)的基本要求

電源系統(tǒng)的基本要求是可靠性和穩(wěn)定性，其電磁兼容設(shè)計(jì)、防護(hù)設(shè)計(jì)、可操作性和可維護(hù)性也是非常關(guān)鍵的因素。一般通信設(shè)備發(fā)生故障的影響面較小，是局部性的，而通信電源系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，則是全局性的。

我國(guó)對(duì)通信電源的要求是：防雷措施要求完善，設(shè)備允許的交流輸入電壓波動(dòng)范圍大，多重備用系統(tǒng)以防止電源系統(tǒng)發(fā)生電源完全中斷故障。

2.2 電源系統(tǒng)的基本組成

一個(gè)完整的通信電源系統(tǒng)由5個(gè)部分組成：交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、蓄電池組、監(jiān)控系統(tǒng)。這樣組合的通信電源系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用意義，它不僅適用于電力系統(tǒng)通信，也適用所有網(wǎng)通信和公眾網(wǎng)通信。如圖1所示。

2.2.1交流配電柜主要完成市電輸入或油機(jī)輸入切換和交流輸出分配功能；

2.2.2 直流配電柜主要完成直流輸出路數(shù)分配、電池接入和負(fù)載邊接等功能；

2.2.3 整流柜的主要功能是將輸入交流電轉(zhuǎn)換輸出為滿足通信要求的直流電源；

2.2.4 監(jiān)控模塊主要實(shí)現(xiàn)交流配電柜、直流配電柜和模塊監(jiān)控，此外還要進(jìn)行電池自動(dòng)管理功能。

3 關(guān)鍵器件的介紹

隨著通信電源的發(fā)展更新，高頻開關(guān)整流器廣泛代替相控整流器、閥控式密封鉛酸蓄電池大量取代傳統(tǒng)防酸蓄電池、計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控取代人工控制技術(shù)，這已經(jīng)成為當(dāng)今通信電源的主流配置。

3.1 高頻開關(guān)整流器

高頻開關(guān)整流器又稱無功率變壓型開關(guān)整流器，因具有效率和功率因數(shù)高、動(dòng)態(tài)性能好、無噪聲、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于通信電源系統(tǒng)，并向高頻、大功率、智能化的方向發(fā)展。

3.1.1 國(guó)產(chǎn)高頻開關(guān)整流器采用MOSFET或IGBT管或MOSFET/IGBT管并聯(lián)作為高頻電子器件、軟件開關(guān)PWM控制技術(shù)，具有功率因數(shù)校正電路和模塊化結(jié)構(gòu)，不斷提高效率，改善交流諧波損耗，提高設(shè)備可靠性，便于維護(hù)和擴(kuò)建。

3.1.2 開關(guān)型整流器以DC/DC變換電路中的高頻變壓器代替相控整流器的工頻變壓器，由于提高了輸出脈動(dòng)電流的交流成分的頻率，大大減少了變壓器和濾波扼流圈的體積與質(zhì)量，同時(shí)也減少了工頻下在變壓器和扼流圈產(chǎn)生的低頻噪音。

3.1.3 高頻開關(guān)整流器以N+1方式在線運(yùn)行，當(dāng)其中有一模塊發(fā)生故障時(shí)，會(huì)發(fā)出告警，同時(shí)，負(fù)載由其他模塊均流負(fù)擔(dān)而不影響正常工作。在檢修維護(hù)時(shí)可將故障模塊更換。

3.2 閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLAB）

閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）由于具有體積小、無自由流動(dòng)的液體、使用中不產(chǎn)生酸霧與氣體、使用年限內(nèi)無需補(bǔ)水加酸、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，因此，一經(jīng)問世，就深受用戶的歡迎。

3.2.1 使用方便： VRLAB只需嚴(yán)格控制整流器的充電電壓，根據(jù)浮充使用和循環(huán)使用的不同要求，采用規(guī)定的電壓進(jìn)行恒壓充電，無需值班人員過多操心電池的充電過程，不必添加蒸餾水，也不必經(jīng)常檢測(cè)電池端電壓、電解液比重及溫度，只需定期檢測(cè)電池端電壓和放電容量即可。

3.2.2 安裝簡(jiǎn)便：VRLAB已進(jìn)行過化成充放電處理，荷電出廠，所以用戶在安裝使用時(shí)，無需再進(jìn)行繁瑣的初充電過程。

3.2.3 安全可靠：VRLAB采用密封結(jié)構(gòu)，可豎放或臥放使用，無酸霧、無毒、無有害氣體溢出，由于電池采用恒壓充電制，電池內(nèi)部實(shí)現(xiàn)氧循環(huán)過程，水損失很少，即使偶爾過充，有少量的氣體可通過安全閥向外排出，電池殼不致因壓力過大而鼓脹甚至爆裂。

3.2.4 節(jié)省投資：VRLAB不污染設(shè)備和環(huán)境，可與電子設(shè)備放在一起使用，無須專門用于電池放置和維護(hù)的房間，維護(hù)工作量大大減少。而且電池安裝可采用疊放式電池架，占地面積小，節(jié)約電源系統(tǒng)的投資費(fèi)用。

總之，VRLAB的優(yōu)良特性，無疑對(duì)通信、電力、信息、金融等行業(yè)的科學(xué)管理創(chuàng)造了極為有利的條件，容易實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)無人值守和微機(jī)集中監(jiān)控的現(xiàn)代化管理方式。

4 通信電源管理維護(hù)的指導(dǎo)原則

電源系統(tǒng)目前廣泛使用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)備，其智能化程度高；電池采用了閥控式密封鉛酸蓄電池，這雖給用戶帶來了許多便利，但在使用過程中還應(yīng)在多方面引起注意，確保使用安全。

4.1 高頻開關(guān)電源系統(tǒng)

4.1.1 高頻開關(guān)電源設(shè)備在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機(jī)內(nèi)沉積，當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警。另大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時(shí)檢查各連接件和插接件有無松動(dòng)和接觸不牢的情況。

4.1.2 高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。

4.1.3 按電源系統(tǒng)的使用要求和功率余量大小來分，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行。工作性質(zhì)決定了電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，增加大功率負(fù)載或在基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成整流模塊出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

4.2 閥控式密封鉛酸蓄電池

蓄電池是保證直流不間斷供電的最后一道防線，是技術(shù)維護(hù)工作中的重中之重。

4.2.1 蓄電池則對(duì)溫度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25度，平時(shí)不能超過+15度～+30度。若溫度太低，會(huì)使蓄電池容量下降，溫度每下降1度，其容量下降1%。其放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命降低。如果在高溫下長(zhǎng)期使用，溫度每增高10度，電池壽命約降低一半。

4.2.2 清掃蓄電池時(shí)應(yīng)使用濕布，干布或化纖布有可能使蓄電池外殼裂開，造成漏夜或腐蝕著火，檢查維護(hù)時(shí)應(yīng)穿戴橡膠手套和膠皮鞋等保護(hù)用品，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點(diǎn)應(yīng)有防觸摸措施。以保人身和設(shè)備安全。

4.2.3 不論是在浮充工作狀態(tài)還是在放電檢修測(cè)試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。電壓或電流過高可能會(huì)造成電池的熱失控或失水，電壓或電流過小會(huì)造成電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命，前者的影響更大。

4.2.4 電池應(yīng)避免大電流充放電，理論上充電時(shí)可以接受大電流，但在實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大且溫度升高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。

4.2.5 閥控式密封蓄電池是貧液電池，且無法進(jìn)行電解液比重測(cè)量，所以如何判定它的好壞，預(yù)測(cè)貯備容量已成為當(dāng)今業(yè)界的一大難題。用電導(dǎo)儀測(cè)電池的內(nèi)阻是判定蓄電池好壞的一種有參考價(jià)值的方法，但尚不能準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度。目前，最可靠的方法還是放電法。

4.3 其他

4.3.1 防雷設(shè)計(jì)是保證通信電源系統(tǒng)可靠運(yùn)行的必不可少的環(huán)節(jié)，雷電對(duì)通信設(shè)備產(chǎn)生危害的根源在于雷電電磁脈沖，對(duì)于通信電源而言必須采取系統(tǒng)防護(hù)、概率防護(hù)和多級(jí)防護(hù)的防雷原則，通信電源系統(tǒng)應(yīng)采用三級(jí)防雷體系。

4.3.2 在分散方式電源系統(tǒng)中，通信交流屏也靠近負(fù)荷安裝，負(fù)荷切斷產(chǎn)生的瞬變電壓，由饋電線傳入的雷擊及其他高脈沖電壓對(duì)鄰近通信設(shè)備及操作人員的人身安全帶來影響。目前，通信局（站）推行交流電網(wǎng)三相五線制方式（TN-S）是行之有效的，在這個(gè)系統(tǒng)中，應(yīng)確保中性線N和保護(hù)專用地線（PE）互聯(lián)，且不中斷。

4.3.3 當(dāng)電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先查明原因，分清是負(fù)載還是電源系統(tǒng)，是主機(jī)還是電池組。雖說開關(guān)電源系統(tǒng)主機(jī)有故障自檢功能，但它對(duì)面而不對(duì)點(diǎn)，對(duì)更換配件很方便，但要維修故障點(diǎn)，仍需做大量的分析、檢測(cè)工作。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容則可能有誤。

4.3.4 對(duì)主機(jī)出現(xiàn)擊穿、斷保險(xiǎn)或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng)，否則會(huì)接連發(fā)生相同的故障。再好的設(shè)備也有壽命期，也會(huì)出現(xiàn)各類故障，但維護(hù)工作做得好可以延長(zhǎng)壽命并減少故障的發(fā)生，不要因?yàn)楦咧悄?、免維護(hù)而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作，預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。

5 通信電源的發(fā)展趨勢(shì)

通信電源是通信系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向通信設(shè)備提供能源。

自從上世紀(jì)80年代通信電源發(fā)生由相控技術(shù)向高頻開關(guān)技術(shù)革命性轉(zhuǎn)變之后，一直少有技術(shù)上的重大突破，而僅是在現(xiàn)有技術(shù)上的局部改進(jìn)，如軟開關(guān)技術(shù)和諧振技術(shù)等。這些技術(shù)使開關(guān)頻率和轉(zhuǎn)換效率變得更高，模塊體積趨于更小。應(yīng)該說，至今為止盡管通信電源在核心技術(shù)上進(jìn)步不大，但其外圍技術(shù)卻在用戶需求的刺激下發(fā)展較快，這主要反映在電源的監(jiān)控功能和三遙軟件系統(tǒng)上，以及電磁兼容性（EMC）和更寬的交流輸入。

通信電源總的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為：高效率、高頻化、模塊化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化。

6 結(jié)束語

綜上所述，在通信網(wǎng)的構(gòu)成中，電源是它的“血脈”，是確保通信暢通的必要條件。因而在通信網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理上，應(yīng)對(duì)電源專業(yè)管理和維護(hù)人員在確保通信供電安全上提出更高的要求，做到管理專業(yè)化、制度化，設(shè)備、技術(shù)先進(jìn)化，操作、維護(hù)現(xiàn)代化，才能保證通信電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全生產(chǎn)運(yùn)行，確保通信的可靠暢通。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 通信電源站原理及設(shè)計(jì) . 侯振義 夏崢編著. 人民郵電出版社. 2002.1

[2] 通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編 通信電源卷. 信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所編著. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2001.10

[3] 現(xiàn)代通信電源技術(shù). 許文龍，胡信國(guó)編著. 人民郵電出版社. 2000.03

[4] 通信高頻開關(guān)電源. 黃濟(jì)青，黃小軍編著，機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1