通信電源系統(tǒng)概述詳細

1、PAGE PAGE 8第一章 通信電源系統(tǒng)概述通信電源是向電信設備提供交直流電的能源,它在電信網上處于極為重要的位置,人們往往把電源設備的供電比喻為電信設備運行的“心臟”.如果一個市話局的供電發(fā)生故障,中斷供電將使整個電話局癱瘓,影響社會的正常生活和運作.如果一個長途干線站或電信樞紐局發(fā)生供電故障,中斷供電則必將造成嚴重的經濟損失和社會影響.因此,要求電源工作人員全面掌握電源設備的基本性能、工作原理和運用方法,做好電源設備的維護工作.通信電源設備和設施主要包括:交流市電引入線路、高低壓局內變電站設備、柴油發(fā)電機組、整流器、蓄電池組、直流變換器和交流逆變設備、以及各種交直流配電設備等.通信配電就

2、是把上述的電源設備,組合成一個完整的供電系統(tǒng),合理地進行控制、分配、輸送,滿足通信設備的要求.一個完整的電源系統(tǒng),其組成如圖1-1-1所示.低壓配電屏整流器直流配電器高壓柜變壓器DC DCDC AC交流配電屏通信設備 蓄電池不間斷電源設備備用電站 DC -48V (a)10KV市電 AC 380V(b) (a) (a)通信用空調不間斷電源設備不間斷電源設備移動電車站備用電站 AC 380V(b) AC 380/220V (a) AC 380/220V(b) AC 380/220V (b) AC 380/220V (c)(a)不間斷 (b)可短時間中斷 (c)允許中斷圖1-1-1 電源系統(tǒng)組成方

3、框示意圖第一節(jié) 交流供電系統(tǒng)交流供電系統(tǒng)由主用交流電源、備用交流電源(油機發(fā)電機組)、高壓開關柜、電力降壓變壓器、低壓配電屏、低壓電容器屏和交流調壓穩(wěn)壓設備及連接饋線組成的供電總體.主用交流電源均采用市電.為了防備市電停電,采用油機發(fā)電機等設備作為備用交流電源.大中型電信局采用10KV高壓市電,經電力變壓器降為380V/220V低壓后,再供給整流器、不間斷電源設備(UPS)、通信設備、空調設備和建筑用電設備等.小型電信局(站)則一般采用低壓市電電源.一、交流供電系統(tǒng)的組成1、高壓開關柜.高壓開關柜的主要功能,除了引入高壓(一般10KV)市電外,并能保護本局的設備和配線,同時還能防止由本局設備故

4、障造成的影響波及到外線設備.高壓開關柜還有操作控制和監(jiān)測電壓和電流的性能.高壓開關柜內安裝有高壓隔離開關、高壓真空斷路器(或油斷路器)、高壓熔斷器、高壓儀用互感器和避雷器等元器件.2、降壓電力變壓器.降壓電力變壓器是把10KV高壓電源變換到380V/220V低壓的電源設備.電力變壓器一般采用油浸式變壓器,也有的采用有載調壓變壓器.近年來,由于干式電力變壓器便于在機樓內安裝,因此也逐漸得到應用.3、低壓配電設備.低壓配電設備是將由降壓電力變壓器輸出的低電壓電源或直接由市電引入的低電壓電源進行配電,作市電的通斷、切換控制和監(jiān)測,并保護接到輸出側的各種交流負載.低壓配電設備由低壓開關、空氣斷路開關、

5、熔斷器、接觸器、避雷器和監(jiān)測用各種交流電表等組成.4、低壓電容器屏.根據原水電部供用電規(guī)則規(guī)定:“無功電力應就地平衡,用戶應在提高用電自然功率因數(shù)基礎上,設計和裝置無功補償設備”以達到規(guī)定的要求.電信局(站)以采用低壓補償用電功率因素的原則,裝設電容器屏.屏內裝有低壓電容器、控制接入或撤除電容器組的自動化器件和監(jiān)測用功率因數(shù)表等組成.5、調壓穩(wěn)壓設備.在市電電壓變動超出規(guī)定時,需裝設調壓設備使輸出電壓穩(wěn)定在額定電壓允許范圍內.除采用有載調壓變壓器在高壓側調壓外,電信局(站)一般在低壓側調壓,過去曾采用感應調壓器,但因調節(jié)速度慢、體積大等問題,現(xiàn)已改用自動補償式電力穩(wěn)壓器和交流參數(shù)穩(wěn)壓器等設備.

6、6、柴油發(fā)電機組柴油發(fā)電機組是用柴油機作為動力,驅動三相交流發(fā)電機提供電能.柴油機利用柴油在發(fā)動機汽缸內燃燒,產生高溫高壓氣體爆炸做功,經過活塞連桿和和曲軸機構轉化為機械動力.柴油機分為二沖程柴油機和四沖程柴油機.二沖程柴油機是兩個沖程(曲軸旋轉一周)完成一個工作循環(huán),四沖程柴油機是四個沖程(曲軸旋轉兩周)完成一個工作循環(huán).二、幾個重要的概念1、系統(tǒng)容量.系統(tǒng)容量指的是交流供電時,供電設備所能提供的最大功率.如市電供電時,指的就是電力變壓器的額定容量;柴油發(fā)電機組供電時指的就是柴油機的額定功率;UPS供電時指的就是UPS的額定功率等等.但是它們表示容量的單位卻不一樣,電力變壓器和UPS計量單位

7、是伏安VA(或千伏安KVA),我國國家標準(GB)規(guī)定發(fā)電機組必須用瓦W(或千瓦KW)表示.伏安表示的是視在功率,瓦表示的是有功功率.這在實際應用中是有很大的區(qū)別的,只有在理想情況下,它們的功率因數(shù)都等于1時,在數(shù)值上是相等的.2、功率因數(shù).功率因數(shù)的定義是有功功率與視在功率的比值.功率因數(shù)cos = P/S的物理意義是供電線路上的電壓與電流的相位差的余弦.國標規(guī)定:變壓器的功率因數(shù)為0.8;柴油發(fā)電機組的功率因數(shù)為0.85;例如,標稱容量100KVA的變壓器,在規(guī)定的使用環(huán)境下,它的輸出最大有功功率是80KW;同理,標稱容量是100KW的柴油發(fā)電機組,在規(guī)定的使用環(huán)境下,可以提供116KVA

8、的視在功率.UPS的功率因數(shù),因類型不同,工作方式不同,實際使用時差異較大.3、電功和電功率.電功指的是供電系統(tǒng)實際消耗的電能,計量單位是千瓦時(KWH).電功率指的是正常工作情況下,負載上消耗的額定功率.在市電和油機供電的情況下,由于每個負載的功率相對于系統(tǒng)總容量較小,故不需要考慮它的瞬時功率;而UPS系統(tǒng)供電的情況則不同,負載功率與系統(tǒng)容量比較接近,就必須考慮負載的瞬時功率(例如負載的啟動功率).第二節(jié) 直流供電系統(tǒng)直流供電系統(tǒng)由整流設備、直流配電設備、蓄電池組、直流變換器、機架電源設備和相關的配電線路組成的總體稱為直流供電系統(tǒng).按電信設備供電電壓允許變動范圍的不同要求,可分為窄電壓和寬電

9、壓直流供電系統(tǒng);按電源設備的安裝地點不同,可分為集中直流供電系統(tǒng)和分散直流供電系統(tǒng);按饋電線配線方式不同又可分為低阻配線直流供電系統(tǒng)和高阻配線直流供電系統(tǒng)(高阻配線又有一次高阻配線和二次高阻配線等方式).組成直流供電系統(tǒng)的主要電源設備的作用和性能如下:1、換流設備.換流設備(converter)是整流設備、逆變設備和直流變換設備的總稱.其中整流設備可將交流電變換為直流電.逆變設備則將直流電變換為交流電.直流變換設備可將一種電壓的直流電變換成另一種或幾種電壓的直流電.晶閘管(可控硅)整流器是老一代整流設備,由于電路中采用工頻變壓器,工作頻率低,體積和重量都很大,效率也低,故逐步淘汰,而由高頻開關

10、型整流器代替.高頻開關整流器在技術上先進,具有小型、輕量、高效、高功率因數(shù)和高可靠性等顯著優(yōu)點.高頻開關整流器機架的輸出功率大,機架上裝有監(jiān)控模塊,與計算機相結合,組成新一代智能型電源設備,正在逐步替代晶閘管整流器.隨著電力電子學技術和電力半導體器件的發(fā)展,換流設備變換電路日趨完善,采用PW米脈寬調制或諧振技術的控制技術,提高變換頻率,采用零電壓或零電流開關電路,降低開關工作損耗,使換流技術達到新的水平.2、蓄電池.在電信電源中電池作為備用能源使用.蓄電池可分為酸性電解液(即硫酸)的鉛酸蓄電池和堿性電解液(即苛性鉀)的堿蓄電池.鉛酸蓄電池自普蘭特發(fā)明以來,已有140年的歷史,由于它具有電壓的穩(wěn)

11、定性和可以進行大電流放電,所以在電信局(站)內得到廣泛使用,目前鉛酸蓄電池已由防酸式鉛蓄電池發(fā)展屋閥控式密封鉛酸蓄電池.閥控式密封鉛酸蓄電池是一種新型的蓄電池,使用過程中無酸霧排出,不會污染環(huán)境和腐蝕設備,蓄電池可以和電信設備安裝在一起,平時維護比較簡便,不需加酸和加水.閥控式密封蓄電池體積較小,可以立放或臥放工作,蓄電池組可以進行積木式安裝,節(jié)省占用空間,因此在20世紀80年代后,在我國電信局(站)得到迅速推廣使用,并正在逐步取代防酸式鉛蓄電池.蓄電池制造廠正在工藝結構設計上保證電池質量,防止電液滲漏,提高電池使用壽命,并研究開發(fā)有效而簡便的電池容量測試器.蓄電池正常情況下是與整流器并聯(lián)工作

12、的,所以它有兩個作用:在交流電停電時,自動向直流負載供電,保證供電連續(xù)不間斷;當交流電正常供電時,它可以等效為一個充分大的電容器,濾掉整流器輸出的各種諧波(即雜音),保持直流電的純度.蓄電池的容量越大,直流電的純度越高.蓄電池與整流器并聯(lián)工作可以保證供電連續(xù)不間斷,但并不是高枕無憂,蓄電池放電時,隨著放電時間的延長,端電壓不斷降低;蓄電池充電時,為了保證電池能充足電,充電電壓必須提高.這就有供電系統(tǒng)的電壓變動范圍的問題.一方面,設計直流供電系統(tǒng)時,要充分保證直流負載能承受的電壓變動范圍;另一方面,通信設備設計時,也要考慮蓄電池固有的特性,給出一個合理的供電電壓范圍,使蓄電池盡可能延長使用壽命.

13、需要特別注意的是,當一套直流系統(tǒng)同時向不同電壓范圍的交換機供電時,蓄電池的工作方式需兼顧考慮,偏差太大時,需要分別重建直流供電系統(tǒng),獨立供電.3、直流配電屏.直流配電屏是連接和轉換直流供電系統(tǒng)中整流器和蓄電池向電信負載供電的電源設備,屏內裝有閘刀開關、自動空氣斷路器、接觸器、低電熔斷器以及電工儀表、告警保護等元器件.直流配電屏按照配線方式不同,分為低阻和高阻兩種,高阻配電屏是把饋線改用小截面電纜出線,每路出線的負線上加裝上一定的電阻,如愛立信交換機為26毫歐.高阻配電的好處是:當任何一路負載發(fā)生短路時,供電母線上的電壓變動較小,不足以影響其他分路供電,供電系統(tǒng)的可靠性相對較高.除上述供電系統(tǒng)外

14、,還有太陽能供電系統(tǒng)和混合供電系統(tǒng)等.太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池組、迭制配電設備組成,有光照時靠太陽電池供電,并對蓄電池充電,無光照時由蓄電池供電,它是直流供電系統(tǒng)的一種.如果由太陽電池、風力發(fā)電、市電或油機發(fā)電機等兩種或兩種以上發(fā)電設備供電的系統(tǒng)則稱為混合供電系統(tǒng).第三節(jié) 通信系統(tǒng)接地為了保證各類通信設備可靠和安全地工作,通常在各種電氣設備設置零電位點,該點在物理上與大地有良好的電氣連接,這種連接稱為接地.構成接地的一切裝置稱為接地系統(tǒng).接地系統(tǒng)通常由接地體、接地引入線、接地匯集線(接地母排)和接地線組成.接地體:埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體(或鋼筋混凝土建筑物基礎組成的金屬導

15、體).接地引入線:為了減少接觸電阻,通常安裝多根金屬接地體.把多根接地體用一條金屬導體連接成一組并接入室內接地母排,該連接導體稱為接地引入線.接地匯集線:為了接地的安全和可靠,把不同方向、不同物理位置的接地匯集成一條接地干線,該干線成為接地匯集線或稱為接地母線.接地線:被接地的設備或電源系統(tǒng)與接地母線可靠連接的導體稱為接地線.電信電源按照接地系統(tǒng)的用途可分為工作接地、保護接地和防雷接地.工作接地按照電源性質分為直流接地和交流接地.保護接地按保護功能分為設備保護接地和屏蔽接地.接地系統(tǒng)按照安裝方式分為:獨立接地系統(tǒng)和聯(lián)合接地系統(tǒng).我國在20世紀80年代考慮到防雷等電位原則,已實施將工作接地、保護

16、接地和防雷接地匯接成一組接地系統(tǒng)的聯(lián)合接地方式.第四節(jié) 通信電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來由于微電子技術和計算機技術在通信設備中的大量應用,通信電源瞬時中斷,也會丟失大量信息,所以通信設備對電源可靠性的要求也越來越高.同時,由于通信設備的容量大幅度提高,因此,電源中斷將會造成更大的影響.比如,許多大、中城市的電話局容量普遍在2萬3萬門以上,電信綜合樞紐的裝機容量和規(guī)模更大,擔負的通信任務非常重要,一旦電源中斷,將造成巨大的經濟損失和極壞的政治影響.為了確?？煽抗╇?交流供電系統(tǒng)中應加入不間斷電源(UPS)或通信逆變器.直流供電系統(tǒng)應采用整流器與蓄電池并聯(lián)的浮充供電方式.此外還必須提高各種通信電源設備

17、的可靠性,為此,較先進的開關整流器都采用多只整流模塊并聯(lián)工作,某一個模塊發(fā)生故障不會影響供電.目前,先進的通信電源設備和平均無故障時間可達20年.為貫徹國家能源政策并保證通信網可靠運行,各級通信部門都在盡快把可靠性較差且效率很低的通信電源設備更換下來.一、提高交流供電系統(tǒng)可靠性傳統(tǒng)的通信電源系統(tǒng)以直流供電為主,為了保證不間斷供電,必須配備兩組很大容量的蓄電池.近年來大量應用的閥控鉛酸蓄電池的價格較高,體積和重量也較大.因此,若以直流供電為主,勢必造成電源投資很大,同時,電源機房占用面積也很大.許多先進通信設備對環(huán)境溫度的要求很高,機房空調設備的供電非常重要,為了確?？照{設備正常工作,必須保證交

18、流電源不間斷.此外,許多計費設備,顯示設備也需要交流電源,采用交流不間斷供電后,蓄電池駔的容量可以大幅度降低,蓄電池組的提供供電時間可降到1小時以內.近年來,交流不間斷電源,通信逆變器,交流穩(wěn)壓電源和無人值守油機發(fā)電機組的技術水平迅速提高,大大提高了交流供電的可靠性和供電質量,一旦市電中斷,幾分鐘內,油機發(fā)電機組即可正常供電,為交流電提供了有力的技術保障.二、實施分散供電通信電源系統(tǒng)按照電源設備與其供電負載所處的相對物理位置分類,分為集中供電和分散供電兩種方式:(一)集中供電傳統(tǒng)的供電方式采用集中供電,即供電設備集中和供電負荷集中.采用集中供電方式電源系統(tǒng)組成方框圖如圖1-1-2所示.圖1-1

19、-2 集中供電方式系統(tǒng)方框圖1、集中供電的優(yōu)點是:由于整流器、控制屏、變換器、逆變器都集中放置在電力室,各類電壓的電池組都集中放置在電池室,因而供電容量大,且無需考慮兼容問題,供電設備的干擾也不會影響通信設備.2、集中供電的缺點:(1)供電設備集中,體積大,重量重,故電力室和電池室必須建在電信大樓的底層,土建工程大.同時由于負載集中,若出現(xiàn)局部故障,則影響到全局.(2)電力室至機房的饋電線截面積很大,且隨著不斷擴容而增大,造成安裝的困難,也消耗銅材太多,且線路壓降大.(3)需在基礎電源引出端至負載端裝設中間濾波器,否則電磁干擾射頻干擾將通過匯流線進入通信設備,影響通信質量.(4)擴容困難.(二

20、)分散供電分散供電系統(tǒng)是指供電設備獨立于其他供電設備的負載,即負荷分散或電池與負載都分散.1、分散供電的類型(1)在通信機房內設一個集中的電源系統(tǒng),包括整流設備和蓄電池,向全部通信設備供電.(2)在通信機房內設多個電源系統(tǒng)(包括整流設備和蓄電池),分別向通信設備供電.(3)通信設備每個機架內設獨立的子電源系統(tǒng),僅供本機架通信設備使用.2、分散供電的優(yōu)點:分散供電方式電源系統(tǒng)組成方框圖如圖1-1-3所示.圖1-1-3 分散供電方式電源通信系統(tǒng)方框圖同一通信局(站)原則上應設置一個總的交流供電系統(tǒng),并由此分別向各直流供電系統(tǒng)提供低壓交流.交流供電系統(tǒng)的組成和要求同上所述.各直流供電系統(tǒng)可分層設置、

21、或分機房設置,也可按通信設備系統(tǒng)設置.設置地點可為單獨的電力電池室,也可與通信設備同一機房.使用分散供電,主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)占地面積小,節(jié)省材料.(2)節(jié)能、降耗.如在分散供電系統(tǒng)中,整流設備采用的高頻功率整流模塊,控制單元采用微機技術,便可大量節(jié)省能耗.(PW米高頻整流模塊cos1),效率90%以上).又如集中供電時,從電力機房到通信機房饋電線壓降為12V,故電能損耗大,而分散供電,電源設備與通信設備同裝一室,故饋電線壓降極小.(3)運行維護費用低.由于電源設備不需要一開始按終期容容量配置,機動靈活,有利于擴容,加之巡視工作量少,所以運行維護費用少.(4)供電可靠性高.由于采

22、用多個電源系統(tǒng),因而故障率小,即全局通信癱瘓的概率相對減小.近年來,大型樞紐和高層局(站)內通信設備的容量迅速增加,所需的供電電流大幅度提高,有時需要幾千安培,集中供電系統(tǒng)很難滿足通信設備的要求.同時,采用集中供電系統(tǒng)時,萬一電源出現(xiàn)故障,將造成大范圍通信中斷,從而造成巨大的經濟損失和極大的社會影響.采用分散供電系統(tǒng)后,可以大大縮短蓄電池與通信設備之間的距離,大幅度減小直流供電系統(tǒng)的損耗.同時,從電力室到各通信機房可采用交流市電供電,線路損耗很小,可以大大提高送電效益.總之,將大型通信樞紐或高層通信局(站)設備分為幾部分,每一部分由容量適當?shù)碾娫丛O備供電,不僅能充分發(fā)揮電源設備的性能,還能大大減小電源設備故障的影響.同時,能大量節(jié)約能源.因此,目前許多國家的通信大樓都采用分散供電方式.采用分散供電方式時,交流供電系統(tǒng)仍采用集中供電方式,交流供電系統(tǒng)的組成與集中供電方式相同,直流供電系統(tǒng)可分樓層設置,也可按各通信系統(tǒng)設置