电源建设及维护中的几点考虑

在通信行业中，人们通常把电源设备比喻为通信系统的"心脏"，这充分证明了通信电源在通信系统中所处地位的重要性。通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的运行质量和通信安全，随着通信网整体水平的提高，通信电源系统也有了突飞猛进的发展。如何保证通信电源系统安全可靠的工作就是保证我们通信网正常运行的基础。下面从几个各种电源系统的应用来探讨一下。

一、关于开关电源和发电机组匹配的问题（主要基站发电时）

问题一：发电机组和开关电源不匹配的问题可能会使发电机输出电压不稳定，震动加大。例如发电机的空载电压为230V ,在增加开关电源负载后输出电压可能增至250V ，我们的维护人员可能会到发电机组上去查找原因，造成这种状况的原因大多是负载和发电机组的不匹配造成的。

高频开关电源系统的整流模块均属于容性负载，所谓容性负载就是负载电流超前于负载电压（功率因数超前），该电流与发电机的励磁系统的励磁电流矢量相加后使得发电机的励磁电流增加，其产生的助磁作用导致发电机输出电压上升，负载电流越大，电压上升越高，发电机震动越大 。

问题二：造成发电机输出功率不足的问题.

例如50A 的模块，计算时按照60V*50A =3000VA 考虑，若是一个基站有2个这样的模块，从而要求额定功率6000VA 的发电机组来带载，这种在计算上的方法，会造成输出功率不足的问题。

以为开关电源的特殊性（自身是容性负载），要求供电要有较大的冗余。例如某开关电源厂家的使用说明中：“整流模块的容量不宜超过发电机组容量的30%，否则整流器产生的高次谐波电流流过同步发电机组定子绕组时，电压波形产生严重畸变，一方面造成发电机组的不稳定运行和机械振动，另一方面谐波电流造成发电机过热，加速电机的绝缘老化等”。由于整流模块采用了不同品牌，在计算发电机容量时最好按照1：2来计算，例如6000VA的发电机组最好带载3000VA 开关电源（容性负载），发电机剩余的容量可带感性负载或者阻性负载，这样发电机的输出特性会有大大的改善。

以上问题的解决方法，首先是增加发电机的容量，可以采用容量较小的发动机来驱动容量较大的发电机，这样就可以满足整流模块对发电机容量的要求，也可以提高发动机的利用效率。

其次就是降低发电机转速，采用电感和电容相复励的小发电机，发电机的转速与电压成正比，降低转速，就降低了空载电压，当带载开关电源等纯容性负载时，输出电压会上升，前提是负载和发电机的容量比为1：2，只有按这个比例才能降低转速，发电机的输出功率不会受影响。

二、关于直流开关电源的双电源配置和单电源配置的比较

1、关于双系统供电问题的探讨

我公司现有核心网机房所有直流设备均是采用从一套电源系统引接电源，所谓的双路供电只是在一套电源系统上两个不同保险引接而已，这样的话存在很大的隐患性，即电源系统是一个瓶颈，如果电源系统出现问题，其上所有负载均会瘫痪。电路引接图如图1所示

图1

为提高供电质量，我们可以采用另外一种双路供电的方式来提高现有电网的可靠性，主设备的DC柜可以从两套不同电源系统的直流屏上引接电源这样就可以解决直流电源系统得供电瓶颈问题，从始至终的实现双电源供电。供电系统图如图2所示

图2

从图示来看，明显的第二种供电方式比第一种要可靠，下面我们就分析一下两种供电方式的优缺点。

方式一的缺点：前面已经阐述了，不能形成真正的双路供电，存在单点瓶颈问题。（有监控的情况下，并且故障在维修有保障的情况下，可靠性还是很高）

方式二的缺点：在两套电源设备都正常工作时，两电路上都可有电流，我们必须按照极限情况来考虑电源的配置，即每一套系统带载能力都不能超过其设计电流的50%，必须要满足在一套系统出现问题时全部负载能够转到另一套系统上来。首先带来的问题就是投资增大，还有每套的负载小了，电源总套数增加，需要更大的电力室，在河北移动的核心网机房中，电力室一直比较紧张。考虑这种供电模式时还有两个方面要注意。

方式二相比方式一的优点，供电可靠性大大提高。

对于由两套分系统组成的并联电源系统来说，只要由一个系统能工作，整个电源系统就能正常工作，或者说只有当所有的分系统都出现故障时，才会使电源系统不能正常工作。

对于并联系统来说：

MTBF系统= MTBF子系统（1＋1／2＋1／3＋……1／m）

式中MTBF系统表示系统的可靠性, MTBF子系统表示子系统的可靠性, m 是并联子系统的个数。

对于两个子系统构成的并联系统来说，MTBF系统= MTBF子系统（1＋1／2）＝3／2 MTBF子系统。所以双电源系统MTBF为单电源系统的1.5倍。

实际上，在有监控的情况下，及时对出现故障的电源系统维修，可以大大降低整个系统的故障率，双电源系统的可靠性水平远高于上述值。

采用方式二供电的情况下主设备配电柜最好用高阻配电柜：

由于两套电源系统接同一个负载。如果单路负载短路会波及两套电源的输出，从而造成全部负载瞬间断电，所以为了保证一路负载短路时不影响其它路负载的供电，配电柜宜采用高阻配电方式。（用不用高阻配电柜取决于主设备厂家，现在用此种配电柜的厂家主要有爱立信，其它厂家很少）。

2、双电源系统供电的模式下一些问题的解释。

a) 市电正常

两套系统电池浮充，同时为两套通信设备供电，负载分担。

图3A：主设备内部电源模块形式1

图3B：主设备内部电源模块形式2

支持两路供电的通信设备，在设备内部，两路-48V首先通过不同的DC/DC转换模块转换成合适的电压等级（如+5V等）并联给负载供电（如图3A），也可以通过二极管先隔离并联后由一个DC/DC转换模块转换给设备内部供电（如图3B）。由于两路-48V给主设备供电时，两路电源的浮充电压不完全一致，或者配电回路的阻抗不完全一致，所以两路电流不会完全均分。

b) 市电停电：

市电停电后，两套电源的电池同时为主设备供电。

由于两套系统相互独立，充电时两个电池组都可以充满。放电时电池性能的差异会导致两路电池放电电流不同，落后电池由于内阻稍大，放电电流偏小。特性好电池组会承担较多的负载电流。对电池寿命影响不大。

c) 一套直流电源出故障

一套直流电源故障，全部负载由另一套电源系统负责供电。故障电源系统的电池组也不会参与供电。整个过程主设备不会断电（那一方的电压高由那一方供电）。

3、采用双系统供电的投资问题

双电源系统中每套电源配置必须同时满足两套通信设备的供电需求。

假定通信局站为实际负载为500A。采用单电源供电方案，备电时间取2小时。同样的系统采用双电源供电，由于电源系统可靠性提高，考虑减少电池的备电时间为1小时。根据以上要求，列出针对每个通信设备所需电源系统的配置表：

投资的增加的百分比在50%左右。

4、对于以上问题的总结

a) 双网元供电的方式下，供电可靠率增加了50%。

b) 采用双网元供电的方案，投资会增加大约50%；电力机房的占用面积会增加80%；机房走线不会增加。

c) 对于核心网机房的核心，例如对于省际信令或者省级传输的配电方式可采用此种供电方式，对于普通的交换网元，具备监控和维护人员能够及时处理故障的情况下，利用现有的供电方式可靠性已经比较高了。

d) 双网元供电的利大于弊。

三、关于IDC 机房UPS 的配置方案

在现有IDC机房中，主设备的供电方式为双电源冗余供电模式较多，对此的解决方案我们不能仅仅用一套并机或者双母线的系统。针对主设备不同的设计方案采用不同的电源建设方案。

1、当主设备采用双系统备份时，最好的解决方案应当是把主设备双系统分别用不同的UPS 电源系统来供电。每套电源系统采用1+1并机或者单机双母线的连接方式。

图4A 单机双母线系统供电示意图

图4B 并机系统供电示意图

利用主设备在业务上的互为备份性，分别利用两套电源系统供电，可以保证主设备的在用电保障上可靠率提高一倍。其中某一套电源出现问题，对于整个主设备的业务一点影响都没有。这两种供电系统还有一个优点就是两套供电系统无关联，不会影响单台UPS 的使用率。在正在建设的河北移动BOSS 容灾机房的配套电源我们就是采用图4B 的连接方式。

以上两种组网结构的优缺点分别是：图4A 的组网方式优点是方便调UPS 系统的三相不平衡，缺点是在单台UPS出现问题的情况下,它所提供的主设备的一路用电为市电直接供电，会有市电谐波电流对负载的冲击。

采用图4A 的组网方式优点是在1台UPS 出问题时减少了市电谐波的冲击，但是并机的连接方式不利于调UPS的三相不平衡。

采用哪种结构要看主设备端对数据安全要求的等级而定。

注：如果有三电源负载，采用图4A 的连接方式的基础上， 增加LBS 和 STS 。

2、当主设备各业务系统没有备份时，在供电系统上 我们最好采用“1+1”并机系统+UPS双总输出的连接方式。供电系统示意如图5所示：

因为主设备没有备份，我们要想办法在各个方面提高供电系统的安全供电的可靠性。采用此种组网结构，最大的好处是消除转交流旁路市电的可能，保障主设备时刻工作在经过UPS 后的稳定电流，减少了市电谐波对主设备的伤害，因为谐波的冲击有可能会造成主设备的死机或者是误码率的提高。还有就是有利于UPS 系统的并机调机操作。

如果没有三电源负载，在设计时取消LBS和STS。

注：LBS 负载同步控制器，主设备一般为双电源负载。