一種可攜帶式電源變換器裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：為解決通信現(xiàn)場臨時(shí)供電或故障搶修問題，本文通過對現(xiàn)有通信電源裝置進(jìn)行分析，研制出一種便攜式-48V通信應(yīng)急電源裝置。該裝置主要由交直流配電單元、AD/DC整流單元、DC/DC直流變換單元模塊組成。與傳統(tǒng)電源系統(tǒng)相比，該裝置體積小、易攜帶，方便操作，功能齊全，各模塊可拆卸拔插，也可用后臺(tái)軟件操作，能夠有效解決實(shí)際工作中電源設(shè)備突發(fā)故障或現(xiàn)場新建設(shè)備無法供電的技術(shù)難題，同時(shí)，也可為施工過程中通信設(shè)備臨時(shí)供電及通信電源設(shè)備故障時(shí)提供臨時(shí)電源，從而縮短業(yè)務(wù)中斷時(shí)間，快速搶通業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵字：通信電源；便攜式；電源變換器；臨時(shí)供電

通信電源系統(tǒng)是電力通信的動(dòng)力之源，肩負(fù)著為通信設(shè)備提供交直流供電的重任[1]。如果通信電源系統(tǒng)停止運(yùn)行，整個(gè)電力通信網(wǎng)就會(huì)陷入癱瘓。目前，所有通信電源系統(tǒng)均采用-48V直流供電，其主要由交流配電、整流模塊、直流配電、蓄電池組、監(jiān)控系統(tǒng)等組成，具有穩(wěn)定、可靠、長時(shí)間不間斷供電的特點(diǎn)[2-3]。但同時(shí)，目前的通信電源存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移動(dòng)困難的問題，各站內(nèi)通信電源系統(tǒng)存在型號(hào)多、質(zhì)量參差不齊的問題。一方面，在實(shí)際工作中，新舊電源設(shè)備在更替過程中易出現(xiàn)新設(shè)備搭建現(xiàn)場電源系統(tǒng)屏位不足的問題。在新設(shè)備投入使用前，舊設(shè)備仍需運(yùn)行，導(dǎo)致缺乏額外的電源供給。另一方面，在施工過程中，當(dāng)通信設(shè)備需要臨時(shí)供電或者通信設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，如果電源無法穩(wěn)定提供-48V電源，會(huì)造成通信設(shè)備斷電，影響業(yè)務(wù)通道的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為縮短業(yè)務(wù)中斷時(shí)間，或應(yīng)對通信設(shè)備臨時(shí)供電以及電源設(shè)備故障時(shí)的供電需求，本文研制了一種便攜式-48V通信應(yīng)急電源，能迅速恢復(fù)中斷的通信業(yè)務(wù)，最大限度地減少通信中斷帶來的損失。

一、 電源變換器整體設(shè)計(jì)

便攜式通信電源變換器主要由交直流配電單元、AD/DC整流單元、DC/DC直流變換單元等模塊組成。整體設(shè)計(jì)如表1所示，其由交直流配電、電源模塊（最少配1個(gè)，最多可配3個(gè)）、監(jiān)控模塊（1個(gè)）組成。同時(shí)提供主機(jī)箱與外部設(shè)備的接線端子，包括交流引入端三芯交流輸入端子、4個(gè)負(fù)載接線端子、電池接線端子、保護(hù)接地端子以及通信線接口RS485的快速連接口。其一體化可移動(dòng)機(jī)柜（機(jī)柜底部裝有4只滑輪），外形尺寸為：550mm×450mm×600mm（長×寬×高）。

整個(gè)便攜式電源變換器的工作原理如圖1所示：在系統(tǒng)電源正常的情況下，設(shè)備正常工作時(shí)，使用交流市電提供電源。電源模塊、配電單元的各種參數(shù)均由監(jiān)控模塊進(jìn)行控制，按其預(yù)定的參數(shù)或用戶命令進(jìn)行工作。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，AC/DC模塊是將交流220V轉(zhuǎn)換為-48V直流電，DC/DC模塊是將交流220V轉(zhuǎn)換為-48V直流電。直流電輸出一方面由直流配電屏分配給通信設(shè)備，另一方面給外接蓄電池組浮充充電，必要時(shí)可轉(zhuǎn)換為均衡充電，確保蓄電池處于充滿電的狀態(tài)。如果出現(xiàn)市電故障，系統(tǒng)將改由外部蓄電池供電。隨著電池的放電，電池端電壓開始下降。當(dāng)電池電壓低于42V+0.5V時(shí)，監(jiān)控模塊上報(bào)電池欠壓信號(hào)，直接關(guān)閉負(fù)載輸出，整機(jī)不工作。當(dāng)外部市電恢復(fù)，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

二、 電源變換器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

便攜式通信電源變換器的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于交直流電壓的轉(zhuǎn)換以及不同直流電壓間的轉(zhuǎn)換問題，此外，還需要考慮不同單元之間的連接問題以及交直流配電單元配置容量大小的問題，以確保電源轉(zhuǎn)換器能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

（一）電源模塊的選擇設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場供電方式，便攜式電源集成AC/DC整流模塊和DC/DC直流模塊，能夠全面滿足現(xiàn)場的多種需求。

AC/DC單元主要將現(xiàn)場交流220V電源的電壓轉(zhuǎn)換為-48V直流電壓，DC/DC單元主要將現(xiàn)場直流220V電壓轉(zhuǎn)換為-48V直流電壓。在兩種模塊的選擇上，不僅要嚴(yán)格根據(jù)電源裝置設(shè)計(jì)參數(shù)要求，也要兼顧價(jià)格成本，以便于后期推廣。具體模塊選配規(guī)格如表2所示。

（二）電氣連接設(shè)計(jì)

主機(jī)箱與外部設(shè)備的電氣連接包括：交流輸入的連接、直流輸出與蓄電池的連接、通信線的連接、接地線的連接等。電氣連接的要點(diǎn)是安全、可靠。整個(gè)設(shè)備接線不需要拆解設(shè)備，從而使得安裝維護(hù)工作更安全、更便捷。主機(jī)箱與外部的電氣連接接線端的接口位置如圖2所示。

接線端子連接關(guān)系說明如下：

第一，AC/DC整流單元L、N、PE為電源三芯交流輸入接口；DC/DC直流變換單元L、N、PE對應(yīng)變?yōu)?、-、PE；

第二，LOAD（+）為電源負(fù)載正極，LOAD（-）為電源負(fù)載負(fù)極；

第三，BAT（+）、BAT（-）為電池接口。

1.交流引入線連接

交流引入端為三芯交流輸入端子，位于系統(tǒng)前面板；交流連接線可直接插入。

2.系統(tǒng)直流負(fù)載線連接

負(fù)載接線端子為LOAD1、LOAD2、LOAD3、LOAD4，共4個(gè)2PN，位于系統(tǒng)的前板上；連接線可直接插入接線端子。

3.直流電池線連接

電池的接線端子為2PN的接線端子座，標(biāo)識(shí)為BAT+、BAT-，用于連接蓄電池；連接線可直接插入接線端子。

4.地線安裝

保護(hù)接地連接：用12mm2以上電線把系統(tǒng)主機(jī)箱的機(jī)殼接地點(diǎn)和外部接地匯流排進(jìn)行連接。

5.通信線的安裝

通信線接口RS485位于系統(tǒng)的前面板，RS485為通訊口，用于與上位機(jī)通信。

（三）監(jiān)控模塊選擇設(shè)計(jì)

監(jiān)控模塊可選擇帶以太網(wǎng)口的DKD05和不帶以太網(wǎng)口的GPM48D。所配備的監(jiān)控模塊與整流模塊均可插拔更換，不需要拆解設(shè)備，不需要任何接線操作以及其他多余工作。其整體性能穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)，也可用后臺(tái)軟件操作系統(tǒng)。其中，上位機(jī)可隨時(shí)對系統(tǒng)監(jiān)控進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢、設(shè)置和控制，實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。同時(shí)，監(jiān)控模塊通過RS485向通信模塊發(fā)出控制調(diào)節(jié)命令或獲取參數(shù)命令，并管理“電池低壓、電池下電、電池均浮充管理、溫度補(bǔ)償”。便攜式電源性能參數(shù)如表3所示。

三、 產(chǎn)品性能對比

目前，在現(xiàn)有技術(shù)中，常用便攜式電源系統(tǒng)作為應(yīng)急電源使用[4-5]，但目前有的便攜式電源雖然質(zhì)量好、功能齊全，卻存在體積大、移動(dòng)不便的問題；有的便攜式電源雖然便于移動(dòng)，但不具備蓄電池功能，不能在斷電時(shí)單獨(dú)為通信系統(tǒng)提供電能；有的體積小且具有蓄電池功能，但不具備監(jiān)控功能。本文設(shè)計(jì)的便攜式電源變換器，在綜合研究了上述產(chǎn)品利弊的基礎(chǔ)上，在滿足便攜式設(shè)計(jì)條件下，將蓄電池模塊、交直流輸入模塊、負(fù)載接入部分進(jìn)行了簡化，在提供這些模塊接線端口的同時(shí)加入了監(jiān)控模塊，可根據(jù)現(xiàn)場情況和實(shí)際需求進(jìn)行選配，從而提高了設(shè)備的實(shí)用性，整體特點(diǎn)如下：

①體積小、易攜帶，方便操作，可迅速為通信設(shè)備提供供電電源。

②功能齊全，整合現(xiàn)有電源系統(tǒng)各個(gè)模塊。

③可作為施工、搶修場景下的臨時(shí)電源。

④推廣性強(qiáng)?？蔀槠渌块T施工過程提供臨時(shí)供電。

該設(shè)備的應(yīng)用場景及其實(shí)例如下：

應(yīng)用場景一：現(xiàn)場新舊屏位交替過渡電源。2022年10月，在330kV硤石變電源整改進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際操作，接入該裝置，成功解決了現(xiàn)場新舊設(shè)備交替時(shí)屏位不足的情況。解決了新設(shè)備投入使用前，舊設(shè)備仍需運(yùn)行時(shí)缺乏額外的供給電源的問題。

應(yīng)用場景二：通信電源設(shè)備故障。2023年8月，110kV晁峪變通信高頻開關(guān)AIS自動(dòng)切換，現(xiàn)場蓄電池由于運(yùn)行年限長而出現(xiàn)了異常，通過臨時(shí)采用該裝置進(jìn)行供電，確保了通信傳輸設(shè)備的正常供電，縮短了業(yè)務(wù)中斷時(shí)長。

四、 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種便攜式通信電源變換器，集AC/DC、DC/DC、監(jiān)控模塊、蓄電池模塊于一體，具有體積小、易攜帶、方便操作、功能齊全等優(yōu)勢，有效保障了現(xiàn)場通信電源的臨時(shí)供電，為通信網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了一定的基礎(chǔ)。

作者單位：張慧瑩 趙子豪 羅晨曦 邵琛 國網(wǎng)寶雞供電公司

參考文獻(xiàn)

[1]呂志超. 電力通信系統(tǒng)電源運(yùn)行維護(hù)及故障處置探究[J].通信電源技術(shù)，2020，37（03）：171-172.

[2]李芳亞，胡兵，余繼珍，等. 縮短通信電源斷電維護(hù)時(shí)間探討[J]. 電力信息與通信技術(shù)，2014，14（09）：110-113.

[3]馬靜茹，劉洪聯(lián). 電力通信電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的方法研究[J].光源與照明，2024，（01）：83-85.

[4]彭博，何蔭龍，周城峰. 移動(dòng)應(yīng)急通信電源的研發(fā)技術(shù)研究[J].科技資訊，2019，17（14）：31-33.

[5]雷勇，王偉，趙應(yīng)春. 基于LiFePO4蓄電池的移動(dòng)組合式應(yīng)急通信電源裝置[J].電工技術(shù)，2019，（19）：44-47.