核心機(jī)房－48 V開關(guān)電源系統(tǒng)配備蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值問(wèn)題研究

王 平

（中國(guó)鐵通集團(tuán)有限公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部，北京100033）

1 蓄電池在高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的作用

通信用－48 V高頻開關(guān)電源系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱開關(guān)電源系統(tǒng)）配置的蓄電池，其作用是當(dāng)市電停電時(shí)，或系統(tǒng)中整流設(shè)備故障無(wú)法將交流市電轉(zhuǎn)化成－48 V直流電源時(shí)，由系統(tǒng)中的蓄電池對(duì)負(fù)載直接放電提供負(fù)載所需能源，從而確保負(fù)載仍然能夠不間斷的正常工作。

由于開關(guān)電源系統(tǒng)整流設(shè)備故障無(wú)法將交流市電轉(zhuǎn)化成－48 V直流電源的情況較少發(fā)生，因此本文只討論應(yīng)對(duì)市電停電情況時(shí)開關(guān)電源系統(tǒng)的蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值問(wèn)題。

2 影響核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值的主要因素

由于本文討論的是核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值問(wèn)題，因此，默認(rèn)核心機(jī)房配備了固定式發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的容量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但發(fā)電機(jī)的配備沒有機(jī)組冗余。在此前提下核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值與下列各主要因素相關(guān)。

（1）市電停電的頻率與時(shí)長(zhǎng)。

（2）發(fā)電機(jī)能否自啟動(dòng)以及配電部分能否實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與市電的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

（3）核心機(jī)房是否有人值守，如無(wú)人值守、發(fā)電機(jī)不具備自啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電人員趕到停電核心機(jī)房的路程時(shí)長(zhǎng)，以及從開啟發(fā)電機(jī)至將發(fā)電機(jī)的電能送到開關(guān)電源系統(tǒng)中的操作時(shí)長(zhǎng)。

（4）發(fā)電機(jī)儲(chǔ)備的燃油可供發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

（5）每年高壓配電設(shè)備計(jì)劃停電檢修時(shí)間。（由于本文只討論核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題，假設(shè)高壓設(shè)備停電檢修時(shí)能夠通過(guò)低壓母聯(lián)或高壓母聯(lián)轉(zhuǎn)換只對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)造成短時(shí)市電中斷，不影響蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)的選取。）

3 核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值依據(jù)

核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值依據(jù)如下：

（1）相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)內(nèi)部規(guī)定。

（2）依據(jù)影響蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)的各種因素對(duì)后備時(shí)長(zhǎng)影響程度，確定關(guān)鍵的短板因素作為蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)選取的主要依據(jù)。

4 核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值研究

我們調(diào)查了全國(guó)省分公司核心樞紐機(jī)房2012年到2013年市電停電次數(shù)和每次停電時(shí)長(zhǎng)，也調(diào)查了發(fā)電機(jī)加油、靜置然后再啟動(dòng)的大概操作時(shí)間，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)和操作時(shí)間，分三大類進(jìn)行分析。

4.1 第一種情況

（1）當(dāng)開關(guān)電源系統(tǒng)處于一類市電供電或二類供電地區(qū)的核心機(jī)房，此機(jī)房的發(fā)電機(jī)能夠自啟動(dòng)且燃油儲(chǔ)備能夠支撐N小時(shí)停電時(shí)間，同時(shí)配電部分能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)與市電自動(dòng)轉(zhuǎn)換的情況時(shí)。

在開關(guān)電源系統(tǒng)約10年的壽命周期中，如果發(fā)生過(guò)一次兩路市電同時(shí)停電時(shí)長(zhǎng)超過(guò)發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備能夠支撐N小時(shí)的事故停電，當(dāng)停電N小時(shí)發(fā)電機(jī)燃油用盡后需要停機(jī)補(bǔ)充燃油并靜置，如果補(bǔ)充燃油與靜置時(shí)間超過(guò)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)，則開關(guān)電源系統(tǒng)的蓄電池容量將耗盡導(dǎo)致其負(fù)載供電中斷。

因此，為確保開關(guān)電源系統(tǒng)為負(fù)載提供不間斷供電，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)的選取必須考慮：（1）發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N（小時(shí)）及10年內(nèi)兩路市電同時(shí)停電的時(shí)長(zhǎng)是否會(huì)大于N小時(shí)的概率，N值越大，兩路市電同時(shí)停電達(dá)到N值的概率越低，負(fù)載中斷供電的可能性越小。（2）補(bǔ)充燃油與靜置再啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的總時(shí)長(zhǎng)。

調(diào)查及實(shí)際運(yùn)行表明，一類市電供電、或二類供電地區(qū)的核心機(jī)房，當(dāng)發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N大于等于8 h時(shí)，10年內(nèi)兩路市電同時(shí)停電的時(shí)長(zhǎng)大于8 h的概率很小，當(dāng)開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)選取1 h時(shí)，就可以應(yīng)對(duì)兩路市電同時(shí)停電8 h的停電情況。停電8 h后，若能夠在1 h內(nèi)完成發(fā)電機(jī)的二次加油與靜置再啟動(dòng)，則可以應(yīng)對(duì)兩路市電同時(shí)停電17 h的情況。故開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)選取1 h是可行的。

4.2 第二種情況

當(dāng)開關(guān)電源系統(tǒng)處于一類市電供電、或二類供電地區(qū)的核心機(jī)房，此核心機(jī)房發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備能夠支撐N小時(shí)停電時(shí)間，但不能夠自啟動(dòng)，配電部分不具備發(fā)電機(jī)與市電自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但有24 h電源專業(yè)人員值守的情況時(shí)。

在這種情況下，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)選取應(yīng)考慮：

（1）發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N（小時(shí)）及10年內(nèi)兩路市電同時(shí)停電的時(shí)長(zhǎng)是否會(huì)大于N小時(shí)概率；

（2）發(fā)電人員在兩路市電同時(shí)停電后能否在1 h內(nèi)完成下列工作：開啟發(fā)電機(jī)房進(jìn)排風(fēng)通道、檢查發(fā)電機(jī)各種儀表指示、啟動(dòng)預(yù)熱發(fā)電機(jī)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)與市電互鎖開關(guān)直至將發(fā)電機(jī)的電能送到負(fù)載端等工作。

調(diào)查及實(shí)際運(yùn)行表明，一類市電供電、或二類供電地區(qū)的核心機(jī)房，當(dāng)發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N大于等于8 h時(shí)，10年內(nèi)兩路市電同時(shí)停電的時(shí)長(zhǎng)大于8 h的概率很低，如果此核心機(jī)房電源專業(yè)人員訓(xùn)練有素的話，是可以在1 h時(shí)間內(nèi)完成由發(fā)電到送電的全過(guò)程工作的。因此，在這種情況下，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)選取1 h是也可行的。

4.3 第三種情況

當(dāng)開關(guān)電源系統(tǒng)處于二類市電供電的核心機(jī)房，此樞紐的發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備能夠支撐N小時(shí)停電時(shí)間但不能夠自啟動(dòng)，配電部分不具備發(fā)電機(jī)與市電的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，此核心機(jī)房為7天×8 h有人值守的情況。

在這種情況下，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)的選取應(yīng)考慮：

（1）發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N（小時(shí)）及10年內(nèi)市電每次停電的時(shí)長(zhǎng)是否會(huì)大于N小時(shí)的概率；

（2）發(fā)電人員在夜間市電停電時(shí)能在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)趕到停電的核心機(jī)房，并完成開啟發(fā)電機(jī)房進(jìn)排風(fēng)通道、檢查發(fā)電機(jī)各種儀表指示、啟動(dòng)預(yù)熱、手動(dòng)轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)與市電互鎖開關(guān)直至將所發(fā)電能送到負(fù)載側(cè)等全部工作；

（3）如果市電停電時(shí)長(zhǎng)大于發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)，需要停機(jī)加油以及靜置并啟動(dòng)的總時(shí)長(zhǎng)是否大于蓄電池后備時(shí)間。

其中發(fā)電人員夜間市電停電時(shí)趕到停電的核心機(jī)房的時(shí)間和到達(dá)后開啟發(fā)電機(jī)到將電能送至開關(guān)電源系統(tǒng)的時(shí)間之和為蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值的主要短板條件。

4.3.1 選取開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)為1 h探究是否可行？

由于開關(guān)電源系統(tǒng)處于二類市電供電樞紐，因此，停電的概率較大，每次停電的時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，如果停電時(shí)長(zhǎng)小于1 h，前面已經(jīng)論述，蓄電池能夠確保負(fù)載的不間斷供電。若停電時(shí)長(zhǎng)大于1 h且小于發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N（小時(shí)），如果停電在白天正常工作時(shí)間發(fā)生，電源值班人員能夠在1 h之內(nèi)完成發(fā)電送電工作，開關(guān)電源系統(tǒng)1 h后備時(shí)間是可行的。

如果停電發(fā)生在非正常工作時(shí)間如夜間，電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)取值需考慮的關(guān)鍵因素如下：

（1）停電后網(wǎng)管中心人員從確認(rèn)停電到電話通知到發(fā)電人員的最短時(shí)長(zhǎng)；

（2）發(fā)電人員從接到停電信息到趕到停電地點(diǎn)的最短時(shí)長(zhǎng)；

（3）發(fā)電人員到達(dá)停電地點(diǎn)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)并將發(fā)電機(jī)電能送至負(fù)載端的時(shí)長(zhǎng)。

若上述三種情況所需時(shí)長(zhǎng)總和小于1 h，則蓄電池選取1 h后備時(shí)長(zhǎng)可行，若大于1 h，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池1 h后備時(shí)間是不可行的，必須選取更長(zhǎng)的后備時(shí)長(zhǎng)。

4.3.2 假設(shè)選取開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)為2 h探究是否可行？

如果停電時(shí)長(zhǎng)大于發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備時(shí)長(zhǎng)N（小時(shí)），則需要考慮發(fā)電機(jī)儲(chǔ)備燃油用盡后，二次為發(fā)電機(jī)加油及靜置需要的時(shí)長(zhǎng)。下面以理論計(jì)算的方式來(lái)推算后備時(shí)長(zhǎng)選取可行性問(wèn)題。

假設(shè)某樞紐的一套開關(guān)電源系統(tǒng)的負(fù)載為600 A，按照蓄電池后備時(shí)間為2 h配置了容量為2 561 Ah（依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算值）的蓄電池，停電時(shí)長(zhǎng)大于發(fā)電機(jī)燃油儲(chǔ)備N＝6 h，發(fā)電機(jī)二次加油與靜置需要1 h時(shí)間。

第一階段：市電停電后，假設(shè)發(fā)放電人員在1 h內(nèi)趕到停電地點(diǎn)并將發(fā)電機(jī)的電能送至開關(guān)電源系統(tǒng)，蓄電池此期間放電1 h，放出1 209 Ah（近似求平均值法求得）電能。此時(shí)蓄電池容量還有1 352 Ah。

第二階段：市電仍處于停電狀態(tài)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行6 h，此期間對(duì)蓄電池進(jìn)行充電（10 h率進(jìn)行充電），充電6 h后蓄電池容量為1 844 Ah（查蓄電池充電曲線得出）。

第三階段：由于此時(shí)蓄電池容量為1 844 Ah大于1 420 Ah（依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，600 A負(fù)載蓄電池后備1 h的設(shè)計(jì)容量為1 420 Ah），因此，蓄電池能夠支持對(duì)發(fā)電機(jī)二次加油及靜置需要的1 h放電時(shí)長(zhǎng)。

第四階段：假設(shè)市電仍處于停電中，蓄電池在發(fā)電機(jī)加油及靜置時(shí)，放電1 h，放出1 216 Ah（近似求平均值法求得），此時(shí)蓄電池容量還有628 Ah的容量。

第五階段：假設(shè)市電仍處于停電中，加油后發(fā)電機(jī)仍然正常運(yùn)行6 h，此期間對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池此時(shí)容量為1 291 Ah（查蓄電池充電曲線得出）。

由于蓄電池容量為1 291 Ah已經(jīng)小于600 A負(fù)載1 h放電所需蓄電池容量1 420 Ah，已不能支持1 h的發(fā)電機(jī)再次加油與靜置了。

截至此時(shí)，市電停電時(shí)長(zhǎng)共計(jì)14 h。

依據(jù)對(duì)全國(guó)2012年497次停電次數(shù)與時(shí)長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)得知，二類市電供電地區(qū)核心機(jī)房停電時(shí)長(zhǎng)小于等于14 h停電次數(shù)的比例為98.59%。因此，開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池后備時(shí)長(zhǎng)若選取為2 h，則可以滿足98.59%次停電需求。

為了確保核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)的不間斷供電，若以地區(qū)為單位配置滿足大于14 h停電需求的移動(dòng)發(fā)電機(jī)的話，當(dāng)發(fā)生停電時(shí)長(zhǎng)大于14 h的停電事故時(shí)，由移動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電來(lái)解決固定發(fā)電機(jī)再次加油與靜置期間蓄電池放電時(shí)長(zhǎng)不足問(wèn)題，就可以實(shí)現(xiàn)核心機(jī)房配置2 h后備時(shí)間來(lái)確保供電不間斷的安全需求。在此情況下，核心機(jī)房開關(guān)電源系統(tǒng)蓄電池配置2 h后備時(shí)間是可行的。

［1］QB－J－017－2013.中國(guó)移動(dòng)通信電源系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)移動(dòng)企標(biāo)，2013.

［2］YD／T5040－2005.通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范，通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2005.

［3］中國(guó)鐵通一二類核心機(jī)房電源系統(tǒng)優(yōu)化指導(dǎo)意見（暫行），2010.

［4］中國(guó)鐵通網(wǎng)運(yùn)［2013］14號(hào)文件.中國(guó)鐵通核心樞紐電源優(yōu)化指導(dǎo)意見，2013.

［5］工信部電管［2010］563號(hào).通信網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)運(yùn)行安全監(jiān)督管理辦法，2010.