通信機(jī)房電源系統(tǒng)的開(kāi)放性設(shè)計(jì)

熊朝陽(yáng)

（中信網(wǎng)絡(luò)有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430070）

0 引 言

通信機(jī)房由傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等組成，電源系統(tǒng)是基礎(chǔ)。隨著通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備的快速增加，尤其是新增設(shè)備的不可預(yù)見(jiàn)性，導(dǎo)致現(xiàn)在的通信機(jī)房對(duì)電源系統(tǒng)提出了更高的要求，其不僅要安全可靠，還要易維護(hù)、易管理、易擴(kuò)容且易割接。其中，易擴(kuò)容和易割接必須在設(shè)計(jì)階段就充分重視，要運(yùn)用開(kāi)放性思維，將電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)成靈活度高、調(diào)度方便、擴(kuò)展容易且易于更換的開(kāi)放性系統(tǒng)[1]。

1 某小型傳輸中繼機(jī)房分析

為說(shuō)明電源系統(tǒng)開(kāi)放性設(shè)計(jì)的必要性，以某小型傳輸中繼機(jī)房的電源系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。

1.1 某小型傳輸中繼機(jī)房電源系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該機(jī)房位于市郊居民樓二樓，用于長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)的中繼,有人值守。電源系統(tǒng)由一個(gè)直流開(kāi)關(guān)電源柜和兩組65 Ah蓄電池組成，不配備直流分配柜，傳輸設(shè)備電源輸入直接與直流開(kāi)關(guān)電源柜輸出空開(kāi)相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。市電為220 V，同時(shí)配備了一臺(tái)5 kW小型發(fā)電機(jī)。

圖1 小型傳輸中繼機(jī)房的電源系統(tǒng)

1.2 運(yùn)行狀況

建成之初，這套電源系統(tǒng)完全能夠滿足需要，且有一定富余容量。隨著業(yè)務(wù)快速發(fā)展，機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備迅速增加，直流供電設(shè)備由1套增加到了9套，還增加了數(shù)十臺(tái)交流供電設(shè)備。為應(yīng)對(duì)通信設(shè)備數(shù)量和負(fù)荷的增加，電源系統(tǒng)也數(shù)次擴(kuò)容，市電由220 V改為380 V，兩組65 Ah蓄電池替換成了200 Ah蓄電池，同時(shí)增加了1套在線式UPS系統(tǒng)，加裝了交流分配柜和直流分配柜。但由于未預(yù)留足夠的獨(dú)立擴(kuò)容空間，新增的電源設(shè)備只能與機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備混合布置，這樣既不符合相關(guān)規(guī)范，留有安全隱患，同時(shí)還難以滿足數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的供電要求，加之建設(shè)初期未做承重加固處理，因此該機(jī)房最終不得不搬遷新址，重新設(shè)計(jì)建造，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

該機(jī)房設(shè)計(jì)缺乏合理的布局規(guī)劃，后期改造困難。具體到電源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留出足夠的獨(dú)立擴(kuò)容空間，同時(shí)忽略了電池?cái)U(kuò)容對(duì)機(jī)房承重的要求，造成了后期擴(kuò)容困難。

對(duì)于大中型的通信節(jié)點(diǎn)機(jī)房或是IDC機(jī)房，由于它們建成后就要長(zhǎng)期運(yùn)行，改造成本較高，搬遷困難，因此在設(shè)計(jì)階段就要充分考慮電源系統(tǒng)的易擴(kuò)容性和易割接性。

2 通信機(jī)房電源系統(tǒng)

電力負(fù)荷根據(jù)供電可靠性要求及中斷供電所造成損失程度被分為3級(jí)，通信機(jī)房一般為一級(jí)負(fù)荷或二級(jí)負(fù)荷[2]。一個(gè)典型的通信機(jī)房電源系統(tǒng)主要由變電站、備用發(fā)電機(jī)組、市電油機(jī)轉(zhuǎn)換屏、交流配電屏、直流不間斷電源設(shè)備以及交流不間斷電源設(shè)備（Uninterruptable Power System，UPS）等組成，具體見(jiàn)圖2[3]。

圖2 通信機(jī)房電源系統(tǒng)原理圖

通信機(jī)房電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是根據(jù)業(yè)務(wù)部門(mén)提出的通信設(shè)備種類和負(fù)荷以及市電的等級(jí)，計(jì)算出直流不間斷電源設(shè)備、UPS以及電池的容量，然后根據(jù)直流不間斷電源設(shè)備和UPS的容量、加上空調(diào)、照明以及消防等負(fù)荷容量，計(jì)算出變電站和發(fā)電機(jī)組的容量。根據(jù)上述參數(shù)亦可計(jì)算出各類轉(zhuǎn)換屏和UPS配電屏的容量與端口數(shù)量以及各類電纜的規(guī)格。此外，設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[4,5]。

3 電源系統(tǒng)的開(kāi)放性設(shè)計(jì)

3.1 變電站

對(duì)于大中型通信機(jī)房，電源系統(tǒng)必須引入兩路（特殊情況時(shí)可為一路）獨(dú)立10 kV市電，且至少配置一臺(tái)變壓器[6-8]。變電站配置方式一般有兩種，分別如圖3（a）和圖3（b）所示。

圖3 通信機(jī)房變電站

3.1.1 干式和油式變壓器

干式變壓器和油式變壓器各有優(yōu)缺點(diǎn)，油式變壓器容量大，價(jià)格便宜，空間較大時(shí)可使用，而空間有限時(shí)宜選擇干式變壓器。通信電源系統(tǒng)一般選擇干式變壓器。

3.1.2 變壓器容量

變壓器容量要合理選擇，即要留有富余量應(yīng)對(duì)未來(lái)用電負(fù)荷的增長(zhǎng)，還要避免容量過(guò)大導(dǎo)致效率下降、損耗增加以及基礎(chǔ)電費(fèi)增多。比較穩(wěn)妥的方案是根據(jù)業(yè)務(wù)部門(mén)提出的發(fā)展規(guī)劃來(lái)設(shè)計(jì)變壓器容量，預(yù)留出安裝新增變壓器的空間。

3.2 發(fā)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)組的數(shù)量要結(jié)合市電統(tǒng)一考慮，當(dāng)引入兩路市電時(shí)可配備1臺(tái)發(fā)電機(jī)組，當(dāng)只有1路市電時(shí)宜配備兩臺(tái)。發(fā)電機(jī)組的容量應(yīng)能同時(shí)滿足通信負(fù)荷功率、電池充電功率以及機(jī)房空調(diào)功率的需求，并留有一定余量。此外，發(fā)電機(jī)組應(yīng)有自啟動(dòng)功能，以減少響應(yīng)時(shí)間。

3.3 低壓電力室

一般通信機(jī)房都會(huì)設(shè)置低壓電力室，用于布置市電油機(jī)轉(zhuǎn)換屏、交流配電屏、直流配電屏、UPS、直流不間斷電源設(shè)備以及直流電池組等設(shè)備。這些設(shè)備如何配置，技術(shù)上已經(jīng)較為成熟，本文不再過(guò)多贅述。設(shè)計(jì)時(shí)一定要有前瞻性，布置要合理，并預(yù)留足夠的空間和容量應(yīng)對(duì)未來(lái)的擴(kuò)容改造。

3.3.1 電池承重

現(xiàn)有的電力室樓板不能滿足電池承重的要求時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行局部加固，加固時(shí)要考慮將來(lái)電池是否會(huì)增加。因?yàn)殡娏κ乙坏┩度胧褂茫賹?duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)性改造幾乎不可能，因此在設(shè)計(jì)階段就要規(guī)劃好。

3.3.2 配電屏

各類配電屏如交流配電屏、直流配電屏以及UPS配電屏等設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有足夠的接線端子，并預(yù)留新增配電屏的空間。此外，各類配電屏需具備故障告警和計(jì)量統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)量統(tǒng)計(jì)配電屏上每一路負(fù)載消耗的電能。

3.4 UPS系統(tǒng)

宜選用模塊化UPS，即UPS中各類功率、旁路以及控制模塊均能熱插拔，方便維護(hù)和擴(kuò)容。功率模塊應(yīng)有冗余，UPS應(yīng)1+1或N+1配置。

3.5 直流系統(tǒng)

直流系統(tǒng)宜選用模塊化設(shè)計(jì)，并能熱插拔，以方便維護(hù)和擴(kuò)容。根據(jù)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，冷備份+熱備份是應(yīng)用效果較好的方案，即除了配備一定數(shù)量的熱備份整流模塊外，還配備一定數(shù)量的冷備份整流模塊。電池組應(yīng)根據(jù)市電的等級(jí)和負(fù)載情況綜合考慮。

3.6 通信設(shè)備的供電方式

3.6.1 集中式供電方式

當(dāng)通信設(shè)備距離電力室較近或通信設(shè)備較少時(shí)，宜采用集中供電方式，即直流電源設(shè)備和UPS集中布置在電力室，UPS集中供電方式如圖4所示[9]。

圖4 集中式UPS供電方式

3.6.2 分布式供電方式

當(dāng)通信設(shè)備距離電力室較遠(yuǎn)或通信設(shè)備較多時(shí)，可采用分布式供電方式，即在通信設(shè)備附近布置多套小型直流電源設(shè)備或UPS，UPS分布式供電方式如圖5所示[9]。除此之外，也可根據(jù)機(jī)房實(shí)際情況和業(yè)務(wù)需求同時(shí)使用集中與分布式的供電方式。

圖5 分布式UPS供電方式

3.7 維護(hù)與管理

設(shè)計(jì)通信機(jī)房電源系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮設(shè)備的日常維護(hù)和管理。選購(gòu)的設(shè)備要易維修、易更換且易擴(kuò)展，相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)要易采集、易查詢并易統(tǒng)計(jì)[10]。

4 結(jié) 論

本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)應(yīng)有開(kāi)放性和前瞻性思維，結(jié)合機(jī)房定位和技術(shù)發(fā)展充分考慮長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)與維護(hù)中的各種需求。一個(gè)好的設(shè)計(jì)絕不僅僅是滿足目前通信設(shè)備的需求，也不是只要滿足可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)的需求即可，而是要滿足未來(lái)某些不可預(yù)見(jiàn)的需求，具有開(kāi)放性、前瞻性以及彈性。