高速公路通信電源的設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)

江輝明

中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇 南京 210019

引言

高速公路收費(fèi)一般都是在電力供應(yīng)良好狀態(tài)下完成，如果電力供應(yīng)不足，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信電源系統(tǒng)無(wú)法正常工作；另外，如果收費(fèi)站工作人員關(guān)閉電源，或人工開(kāi)啟護(hù)欄，讓車輛通行的情況下，也不能將收費(fèi)數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)。因此，除了要確保電力供應(yīng)外，還要加強(qiáng)日常的運(yùn)行維護(hù)工作。

1 通信電源基本結(jié)構(gòu)

通信電源通常包括交流電模塊、直流電模塊、整流模塊和監(jiān)控模塊。

目前，在高速公路通信電源的設(shè)計(jì)中，大部分都使用了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，主要涉及以下方面。

1.1 均流技術(shù)

均流技術(shù)，主要指的是讓許多部件串聯(lián)起來(lái)，從而提高系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而構(gòu)建前所未有的高壓輸配電網(wǎng)絡(luò)，還能提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

1.2 開(kāi)關(guān)線路

隨著開(kāi)關(guān)線路的發(fā)展，其使用頻率越來(lái)越高，效率越來(lái)越高，同時(shí)各組件的轉(zhuǎn)換功率也越來(lái)越大。

1.3 功率因數(shù)校正技術(shù)

功率因數(shù)校正技術(shù)，主要指的是一種能有效改善開(kāi)關(guān)電源功率因子的技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源電路中存在的整流環(huán)節(jié)，會(huì)引起電網(wǎng)電流波形失真，諧波含量增大，從而引起功率因數(shù)降低（未經(jīng)處理，功率因數(shù)只有0.65左右），給電網(wǎng)環(huán)境帶來(lái)污染。因此，要提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電力系統(tǒng)的污染。

1.4 智能化

智能化，智能為維修工作提供了很大的便利，提高了維修質(zhì)量，也為用戶的經(jīng)營(yíng)管理帶來(lái)了很大的便利。

2 設(shè)計(jì)基本要求

通信裝置的故障通常只會(huì)出現(xiàn)在一片非常小的區(qū)域。然而，當(dāng)通信電源發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)通信系統(tǒng)將陷入癱瘓狀態(tài)。為了保證電源設(shè)備的正常運(yùn)行，需要備有備品備件[1]。應(yīng)該提供兩路或多路輸入，以應(yīng)對(duì)交流和直流電源的備用需求。根據(jù)通信電源的要求，應(yīng)該具備良好的防雷措施，并且電壓波動(dòng)范圍應(yīng)該符合設(shè)備的要求。此外，需要建立多重備用系統(tǒng)，以防止電源系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致完全中斷。由于不同區(qū)域的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用電量差異，許多地方的電壓波動(dòng)范圍都比較大。特別是在一些變電站、微波站、光纖通信站、模塊站等場(chǎng)所，交流電壓的波動(dòng)甚至可以超過(guò)±30%。在保證電網(wǎng)穩(wěn)定的前提下，必須在電網(wǎng)中增加穩(wěn)定的電壓，才能使電網(wǎng)穩(wěn)定。

3 高速公路通信電源的設(shè)計(jì)

3.1 高速公路通信電源的框架設(shè)計(jì)

不間斷電源（UPS）是通信電力系統(tǒng)的最主要?jiǎng)恿?lái)源，它是提高可靠性的最有效途徑。通信電源由交流配電單元，UPS主機(jī)單元，UPS電池組單元，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧娫幢O(jiān)測(cè)單元，防雷模塊單元。它的工作原理是：由交流配電網(wǎng)向UPS主電源供電，經(jīng)整流、濾波后，由UPS主電源供電，由UPS主電源供電，再由UPS整流、濾波，得到穩(wěn)定的直流電壓[2]。這一電壓被用來(lái)進(jìn)行浮充，并被逆變器轉(zhuǎn)換成交流脈沖波，再經(jīng)過(guò)濾波和整形，輸出一個(gè)穩(wěn)定的工頻交流電，為通訊電源系統(tǒng)提供電力。在輸入電源斷電的情況下，通過(guò)蓄電池為逆變器提供動(dòng)力，從而保證了交流電源的正常工作。在逆變器發(fā)生故障的情況下，通過(guò)旁路的交流電源，使輸出電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)，使旁路電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉，并使負(fù)荷由一旁路的交流電源提供。由UPS輸出的AC工頻電流，經(jīng)UPS輸入到DC穩(wěn)壓器，再由DC穩(wěn)壓器輸出到通信設(shè)備。在直流穩(wěn)壓模塊的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)行備用模塊的設(shè)計(jì)，一次使用一次，一次使用一次，條件允許使用多次。電源監(jiān)測(cè)器主要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度、輸出的電壓、輸出的電流、交流輸入的電壓等參數(shù)，使維修人員能夠在任何時(shí)間對(duì)電源運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。利用UPS電源供應(yīng)，可確保通信器材獲得正常供電于市電失靈的情況下；UPS充電的時(shí)間不會(huì)超過(guò)兩小時(shí)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的防雷技術(shù)，以防止通信電力系統(tǒng)因雷擊事故而無(wú)法正常工作，提高通信電力系統(tǒng)的可靠性。在電源輸入方面，如果條件允許，可采用市電雙路電源，多路電源。

3.2 高速公路通信電源的防雷接地設(shè)計(jì)

交、直流接地系統(tǒng)：AC/DC接地系統(tǒng)按其特性及應(yīng)用范圍，可以劃分為工作接地及保護(hù)性接地[3]。① AC工作接地，即把中性點(diǎn)的不對(duì)稱電流釋放到地面，來(lái)減小中性點(diǎn)的電位偏差值，保證各相正常運(yùn)行；②為了避免因設(shè)備絕緣受損而發(fā)生的觸電風(fēng)險(xiǎn)，在受電設(shè)備的殼體、電力電纜的金屬層和接地裝置之間建立起一條線路；③為保證通信裝置的正常運(yùn)行，保證通信質(zhì)量，提供了一個(gè)直流工作接地；④ DC保護(hù)接地，即把 DC裝置的某些部位，如金屬箱、電纜的金屬箱與地面相連接。在通信直流電源中，工作和保護(hù)接地是結(jié)合在一起的。直流工作接地是將-48V的蓄電池組正極連接到地面上，這樣可以減少直流接觸器或電纜金屬外皮絕緣不良時(shí)引起的電蝕作用，從而保護(hù)直流接觸器和電纜金屬外皮不受損壞。

防雷系統(tǒng)：通信電源交流系統(tǒng)防雷劃分為四級(jí)，第一級(jí)的防雷措施采用低壓電纜的供電線路；第二級(jí)則使用交流電源分配單元；第三級(jí)利用整流器的輸入端；而第四級(jí)則把目光投向了整流器的直流輸出電路。

通信電源的防雷屬于強(qiáng)電防雷設(shè)計(jì)，它的重點(diǎn)在于當(dāng)電網(wǎng)接入交流配電單元和電網(wǎng)接入U(xiǎn)PS主機(jī)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行防雷模塊的設(shè)計(jì)，采用了二級(jí)防雷。在電網(wǎng)接入交流配電裝置之前，將電源防雷器安裝到交流配電裝置，并經(jīng)該防雷器輸出至交流配電裝置，再將其輸入U(xiǎn)PS中的防雷器。在避雷裝置的選用上，應(yīng)使避雷裝置的保險(xiǎn)絲電壓、保險(xiǎn)絲電流均高于系統(tǒng)額定運(yùn)行電壓及電流。

通信電源需接地的部位包括：輸入網(wǎng)絡(luò)的接地，UPS外殼的接地，安裝支架的接地等等。一般情況下，電腦房的地線都是采用綜合地線，并且必須在接點(diǎn)處焊得結(jié)實(shí)、不受腐蝕；接地排的地線一定要緊密相連。使用地阻儀測(cè)試接地電阻較大的時(shí)候，要注意選擇測(cè)量輔助地極點(diǎn)，確保每次測(cè)量取點(diǎn)一致，以減小由于測(cè)量方法的差異而產(chǎn)生的偏差。當(dāng)接地電阻過(guò)大時(shí)，應(yīng)立即采取措施，并應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的綜合接地電阻不超過(guò)1Ω。

3.3 高速公路通信電源的散熱部分設(shè)計(jì)

在實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化階段時(shí)，重視通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，并充分了解電流電壓的情況，避免受其影響而導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)階段必須要通過(guò)控制單元，規(guī)范操作，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)有著一定了解。針對(duì)不能正常散熱的情況，進(jìn)行科學(xué)有效的分析，了解通信電源出現(xiàn)的問(wèn)題，才能確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過(guò)程中，了解各項(xiàng)工作標(biāo)準(zhǔn)，以便于提升設(shè)計(jì)效果，而且空調(diào)溫度設(shè)計(jì)作為重要工作，需要將其控制在25℃左右，這樣可以通過(guò)安裝三個(gè)風(fēng)扇的方式，以便于達(dá)到額定溫度。

4 高速公路通信電源日常運(yùn)行維護(hù)的措施

通信與電源密不可分，而電源又是通信的保障。因此，確保通信電源的正常運(yùn)行，尤為重要。通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行與電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性密切相關(guān)。與此同時(shí)，隨著通信行業(yè)的快速發(fā)展，通信電源的發(fā)展也得到了極大的促進(jìn)。這就導(dǎo)致了維修人員對(duì)于廠商的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，設(shè)備故障所造成的損失風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。通信電源是通信系統(tǒng)的核心。因此，在此背景下下，通信電源的運(yùn)行維護(hù)與管理也就有了新的要求[4]。

4.1 結(jié)合廠家實(shí)力，科學(xué)選擇電源設(shè)備

目前，市場(chǎng)上的電源設(shè)備品牌非常復(fù)雜，雖然都符合入網(wǎng)檢查標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。但在結(jié)構(gòu)、人性化設(shè)計(jì)、智能化監(jiān)控以及售后服務(wù)保障等方面，不同品牌之間的差異很大。如果不能正確地選擇這些品牌的設(shè)備，將會(huì)給后期維護(hù)帶來(lái)困難，更難以獲得制造商的擔(dān)保等諸多問(wèn)題。品牌的數(shù)目不過(guò)多，盡可能地單一，這樣有利于提高人員的技術(shù)水平。同時(shí)，選擇的設(shè)備具有一定的規(guī)模，也便于為客戶爭(zhēng)取更好的售后服務(wù)條件；對(duì)于同一種型號(hào)的設(shè)備，盡可能的將其配置在相同的區(qū)域，以便維修人員能夠進(jìn)行單一的、深入的維修。

在電力系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)的安裝與驗(yàn)收工作也起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)生產(chǎn)廠家檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、顛簸，到達(dá)安裝地點(diǎn)時(shí)，內(nèi)部和外部的電接觸點(diǎn)有可能發(fā)生松脫或脫落；另外，廠商給出的參數(shù)設(shè)置，也有可能與現(xiàn)實(shí)不符，為今后的運(yùn)行留下了隱患。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的排除和糾正，使該電力裝置在未來(lái)的使用中安全穩(wěn)定運(yùn)行有重大意義。

4.2 建立健全新的維護(hù)機(jī)制和制度

要保證大規(guī)模的通信網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠的電力供應(yīng)，保證通信的不中斷，在少數(shù)人員的條件下，還需要對(duì)種類繁多、數(shù)量多、分布廣的電力設(shè)施進(jìn)行日常的維護(hù)和故障搶修。所以，應(yīng)該建立一個(gè)科學(xué)的，健全的通信電源維修系統(tǒng)，提高維護(hù)工作的效率，提高維護(hù)工作的科學(xué)性，不斷提高管理水平，以此來(lái)適應(yīng)工業(yè)的快速發(fā)展，是最主要的任務(wù)。當(dāng)前，應(yīng)以“集中維護(hù)，集中管理，集中監(jiān)視”為特色，以電環(huán)監(jiān)視系統(tǒng)為平臺(tái)，結(jié)合地方實(shí)際情況，因地制宜，不斷改革維護(hù)制度。建立以“集中式維護(hù)、集中式管理、集中式監(jiān)控”為主的維護(hù)制度，形成“集中式報(bào)障、閉環(huán)處理”的運(yùn)行機(jī)制。在日常的管理工作中，一定要提倡主動(dòng)維修，預(yù)防維修故障的發(fā)生；同時(shí)，要盡早地發(fā)現(xiàn)故障，充分運(yùn)用各類監(jiān)控手段，保證用最快的速度來(lái)處理問(wèn)題，做到及早、及時(shí)，以降低故障帶來(lái)的損失。

4.3 維持良好的備件狀況，逐步推行自動(dòng)倒換裝置

隨著自動(dòng)倒換裝置的逐步普及，以及具備機(jī)械式人工換向器的特點(diǎn)，建議在緊急情況下使用大容量的交流電源。該系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，一個(gè)是變壓器，另一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)。高壓開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)柜用于備份各子網(wǎng)之間的電源，盡可能不使用電動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)生斷電時(shí)，該系統(tǒng)可以迅速啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，以防止電池沒(méi)電。如果條件允許，各個(gè)主要通信機(jī)房點(diǎn)應(yīng)該引進(jìn)兩條不同變電站提供高壓電力的高壓線路，以提高供電的可靠性。

在電力系統(tǒng)的維修和管理工作中，自動(dòng)倒換裝置扮演著重要的角色。除了記住開(kāi)啟和關(guān)閉的步驟之外，當(dāng)使用自動(dòng)倒換裝置時(shí)，還需注意輸入的電壓、電流、頻率等重要參數(shù)，以確保自動(dòng)倒換裝置的正常工作[5]。按照維護(hù)規(guī)定，應(yīng)該建立對(duì)蓄電池容量進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證的操作流程，并購(gòu)置與之相適應(yīng)的蓄電池容量測(cè)試儀器，例如：蓄電池容量測(cè)試儀、移動(dòng)式假負(fù)載、移動(dòng)式充電機(jī)和蓄電池單體活化儀，并配有維修人員。此外，定期檢查電池的正常使用也是必要的，通常每三個(gè)月進(jìn)行一次。

4.4 加強(qiáng)專業(yè)人才建設(shè)

當(dāng)前，由于企業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)水平薄弱，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)的解決。在這種情況下，需要建立一個(gè)由技術(shù)專家、技術(shù)骨干、日常維護(hù)人員、廠家技術(shù)人員組成的技術(shù)維護(hù)系統(tǒng)。在該團(tuán)隊(duì)中，需要討論典型的故障，對(duì)各種有代表性的故障進(jìn)行討論分析，然后將分析的數(shù)據(jù)歸檔處理，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享，為維修團(tuán)隊(duì)的技術(shù)迅速提高提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

高速公路通信系統(tǒng)中，通信電源具有無(wú)法替代的地位，要確保電源的穩(wěn)定性，就必須要認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)重要性，科學(xué)、合理地進(jìn)行維護(hù)與管理，才可以讓技術(shù)人員對(duì)通信電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有更多的了解，掌握先進(jìn)的維修方式，并定期對(duì)通信電源展開(kāi)維護(hù)與維修，從而提高運(yùn)行效果。目前，在實(shí)際的設(shè)計(jì)維護(hù)階段，因?yàn)樯婕暗膬?nèi)容比較多，為了避免在這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，就必須要對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和維修標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)全面的了解，這樣才能合理地制定設(shè)計(jì)和維修方案，以便更好地執(zhí)行后續(xù)工作。