淺談通信設(shè)備電源系統(tǒng)分析

任安壯 李學(xué)民 趙祥龍 王凱

中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 735000

通信設(shè)備運(yùn)行中，電源電壓不允許有瞬間的中斷。通信設(shè)備承擔(dān)著整套通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的程控交換、信息存儲(chǔ)、設(shè)施設(shè)備控制、信息采集傳輸?shù)裙δ埽瑸楸ＷC供電可靠，通信設(shè)備所使用的電源必須確保長(zhǎng)期的不間斷供電，應(yīng)選擇穩(wěn)定的電壓源，不允許超過容許的變化范圍，尤其是后臺(tái)控制的通信設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)線路工作速度快，頻帶寬，對(duì)電壓波動(dòng)、雜音電壓、瞬變電壓等非常敏感。

1 通信電源的組成

通信電源有直流供電、交流供電輸入（出）模式，依據(jù)設(shè)備自身需求選擇合適的供給電源，線纜選徑嚴(yán)格按照設(shè)備本體的功率量瞬時(shí)峰值選用合理的線纜（＞瞬時(shí)值功率量），結(jié)合通信設(shè)備功能現(xiàn)狀選擇線纜敷設(shè)方式：野外機(jī)動(dòng)式、野外固定式敷設(shè)。

1.1 現(xiàn)代通信設(shè)備

通信設(shè)備多是電子電路和電抗電路，需要多種交直流電壓供電。通信設(shè)備內(nèi)部也可設(shè)有變換電源(整流、變換等)，因此通信設(shè)備的外部可分為直流或交流供電。通常，大型通信設(shè)備和大型計(jì)算機(jī)等專用設(shè)備用直流供電，考慮的是可靠性高；小型通用型設(shè)備用交流供電，其機(jī)動(dòng)性好。

1.2 線徑取值

兩個(gè)因素決定：一是承載負(fù)荷量和電源回路長(zhǎng)度，二是供電回路的壓降和線纜所滿足的年限。而直流電源系統(tǒng)線纜的選用主要依據(jù)電流矩法和固定壓降分配法。

2 電源系統(tǒng)

電源是通信系統(tǒng)的“心臟”，電源在信息網(wǎng)絡(luò)通信中具有十分重要的地位。電源系統(tǒng)包括AC380v/220v，DC48V 組合通信電源系統(tǒng)，以及DC/DC 二次模塊電源，UPS 不間斷電源和通信用蓄電池等。通信電源的核心基本一致，都是以功率電子為基礎(chǔ)，通過穩(wěn)定的控制環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，再加上系統(tǒng)監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和過程的監(jiān)控，設(shè)備需要電源提供直流供電，而電源的安全、可靠是保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。

2.1 電源供電回路的組成

從通信設(shè)備安裝工程使用設(shè)計(jì)的角度講，對(duì)于中型（1250A 以下）的直流供電系統(tǒng)主要采用分流供電方式，供電回路設(shè)備大體上分為三段：蓄電池組至直流配電屏段；直流配電屏至機(jī)架電源段（或直流電源架、變換器等）；機(jī)架電源（或變換器）至通信設(shè)備段，該段是由多段線纜分流供電。

2.2 電源放電回路的全程壓降

放電回路是指蓄電池組經(jīng)直流屏和機(jī)架電源至通信設(shè)備的全程供電回路，或是直流變換器至通信設(shè)備的供電回路，按照滿足電壓要求選取直流放電回路的導(dǎo)線，依據(jù)YD/T585-1999 的規(guī)定，直流放電回路全程壓降不應(yīng)大于下列值：

48V 電源為3.2V，24V 電源為1.8V(窄范圍)或2.5V（寬范圍）。

配電設(shè)備和元器件直流壓降參考值見表1

配電設(shè)備和元器件的實(shí)際壓降按下式計(jì)算：

式中△UH為表1 所列選取設(shè)備或元器件本身額定電流的直流壓降值。

從上式計(jì)算可以看出，對(duì)于預(yù)期通信設(shè)備負(fù)荷電源配備來說，配備比較大的直流配電屏?xí)r，可降低配電設(shè)備的壓降。對(duì)于現(xiàn)有通信機(jī)房電源設(shè)備來說，可結(jié)合具體情況具體分析，通信機(jī)房設(shè)備負(fù)荷距離通信電源設(shè)備形成的距離差，配電設(shè)備節(jié)省出的壓降指標(biāo)可分配給線纜供電回路段，從而節(jié)省線纜的投資，同時(shí)也便于線纜的布放。

3 供電回路線纜截面積計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，按照允許壓降來計(jì)算選擇線纜。常用的有兩種方法：電流矩法和固定壓降分配法。

3.1 電流矩法計(jì)算導(dǎo)線的截面積

電流矩法的導(dǎo)線截面積可按下式計(jì)算：

式中，ΔU—導(dǎo)線壓降（V）；

I—流過導(dǎo)線的電流（A）；

L—導(dǎo)線回路長(zhǎng)度（m）；

S—導(dǎo)線截面積（mm2）；

k—導(dǎo)線的電導(dǎo)率（m/Ω·mm 2）；

γ銅=57，γ鋁=34，γ鋼=7，工程中以采用銅導(dǎo)線為主。

對(duì)于單條分段線路，不論分段各點(diǎn)有無負(fù)荷，線路的導(dǎo)體總壓降都可以用下式表示：

3.2 固定壓降分配法計(jì)算導(dǎo)線的截面積

計(jì)算所得導(dǎo)線面積不合理，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整分配壓降重新計(jì)算，采用分配壓降計(jì)算法步驟如下；確定各段導(dǎo)線材料，了解導(dǎo)線負(fù)荷和導(dǎo)線長(zhǎng)度，固定分配壓降法的關(guān)鍵是各段的壓降分配，根據(jù)電流矩法對(duì)不同供電系統(tǒng)的各段壓降依據(jù)假定的負(fù)荷以及分布情況進(jìn)行驗(yàn)算，給出-48V 直流供電系統(tǒng)壓降分配參考數(shù)值。

3.2.1 兩段供電方式的固定壓降分配各段的取值

假定-48V 電源系統(tǒng)的蓄電池組放電時(shí)間為6h，線纜按直流總負(fù)荷為150A，負(fù)荷設(shè)備與電源設(shè)備全部安裝在同一點(diǎn)，供電方式為兩段供電方式，即蓄電池——直流配電屏——機(jī)架電源。此供電方式實(shí)際上只要求取得第一段的壓降即可

直流配電屏標(biāo)稱容量取350A，則配電設(shè)備壓降為：直流配電屏壓降根據(jù)式（1）和表1 計(jì)算為0.22V，機(jī)架電源熔絲及下線壓降取0.4V，根據(jù)-48V 電源系統(tǒng)全程總壓降為3.2V，得到線纜供電回路總壓降為2.58V，若負(fù)荷設(shè)備10 組套，計(jì)算兩種極端情況，即重負(fù)荷靠近直流屏和重負(fù)荷遠(yuǎn)離直流屏，其耗電量及供電回路單程距離分別見表2 和表3。

表2 重負(fù)荷靠近直流屏

表3 重負(fù)荷遠(yuǎn)離直流屏

通過計(jì)算可以看出，蓄電池至直流屏線纜的截面積不是一個(gè)固定的值，它會(huì)隨著負(fù)載量的安裝位置而變化，負(fù)載距配電屏越遠(yuǎn)，要求線纜的截面積越大，依上述兩種極端情況下的計(jì)算，取壓降較小的作為固定壓降分配取值，具體取值見表4 所示?？紤]到線纜截面積的計(jì)算值與標(biāo)稱值的差距和蓄電池到直流屏距離的變化，表中取值留有一定的余量。

表4 -48V 直流供電系統(tǒng)中壓降分配參考值

3.2.2 固定壓降取值

假定-48V 電源系統(tǒng)的蓄電池放電時(shí)間取3h，線纜按中遠(yuǎn)期取直流總負(fù)荷為400A，設(shè)有三個(gè)專業(yè)電源架，負(fù)荷分布為150A 兩個(gè)，100A 一個(gè)。專業(yè)電源架及相應(yīng)的負(fù)荷設(shè)備與通信電源設(shè)備設(shè)在不同的機(jī)房，這是一個(gè)比較典型的中型綜合通信臺(tái)站的供電系統(tǒng)。供電方式為三段供電方式，即蓄電池——直流配電屏——專業(yè)電源架——機(jī)架電源。此供電方式實(shí)際上要求得到第一段和第二段的壓降。

直流配電屏標(biāo)稱容量按照中遠(yuǎn)期負(fù)荷取1250A，則壓降根據(jù)式（1）和表1 計(jì)算為0.2V；電源架標(biāo)稱容量取200A，則壓降根據(jù)式（1）和表1 計(jì)算為0.15V；機(jī)架電源熔絲及下線壓降取0.4V。根據(jù)-48V 電源系統(tǒng)全程總壓降為3.2V，得到線纜供電回路總壓降為2.45V。設(shè)每個(gè)專業(yè)電源架負(fù)荷設(shè)備各10 個(gè)；

上述耗電量及供電回路單程距離分別見表5、表6、表7，其中蓄電池至直流屏的供電回路單程距離為12m。

表5 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離（第一個(gè)專業(yè)電源架）

表6 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離（第二個(gè)專業(yè)電源架）

表7 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離（第三個(gè)專業(yè)電源架）

取壓降比較小的作為固定分配的取值，具體取值見表8?？紤]到線纜截面積的計(jì)算值與標(biāo)稱值的差距，蓄電池到直流屏和直流屏到專業(yè)電源架距離的變化，表中取值留有一定的余量。

表8 -48V 直流供電系統(tǒng)中壓降分配參考值（三段供電方式）

3.3 配電系統(tǒng)安全性

（1）依據(jù)設(shè)備負(fù)荷量配備選用電源，杜絕電源設(shè)備的故障率、提高可靠性、不影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，輸入功率因數(shù)高、輸入諧波電流小、采用軟啟動(dòng)減小沖擊電流。

（2）多級(jí)別自保護(hù)，出現(xiàn)異常如輸入、摘出電壓或電流過大、溫升過高等應(yīng)立即采取切斷電源等保護(hù)措施，避免故障的擴(kuò)大，并保證系統(tǒng)的正常供電。

（3）防雷、防過電壓雷擊和電網(wǎng)的操作過電壓是環(huán)境的供發(fā)因素，但并非少見，而且是使設(shè)備意外損壞的重要因素。

（4）自動(dòng)監(jiān)測(cè)和集中控制，節(jié)省人力和提高系統(tǒng)可靠性。通信電力系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)通信的集中監(jiān)控，較大程度提高供電系統(tǒng)的可靠性

4 結(jié)語

本文根據(jù)通信電源設(shè)備用電需求量、安全穩(wěn)定性、確保周期性運(yùn)行進(jìn)行分析計(jì)算，給出了通信電源設(shè)備如何安全合理分配以及電源設(shè)備的穩(wěn)定性，線徑選擇分配取值等設(shè)計(jì)，在工程設(shè)計(jì)中，負(fù)荷與電源線徑敷設(shè)進(jìn)行細(xì)化。