通信電源系統(tǒng)設計原則及配置方案

通信電源系統(tǒng)

設計標準及配備方案河南鐵通工程建設有限公司設計所2023年2月1/53本節(jié)培訓目標

理解通信電源在通信網絡中種類及地位理解各功能設備組成掌握通信電源設計中基本辦法2/531、通信電源在通信網絡中種類及地位1.1通信電源是通信局站主要組成部分，一般稱為通信設備“心臟”。1.2通信局站供電特點：主要性：通信電源故障會造成大量通信停頓運行，在政治上、經濟上給國家集體或個人造成重大損失。復雜性：通信電源用電功率大小不一，但供電質量要求高，可靠性高。電壓種類：主要有直流：24V、-48V；交流：220V、380V，供電質量要求高。設備配備：冗于度較大，設備種類較多。3/532、通信設備對電源系統(tǒng)要求2.1通信設備對電源系統(tǒng)要求：（1）可靠（2）穩(wěn)定（3）小型（4）高效率4/53

（1）可靠①

交流電源供電通信設備都應當采取交流不間斷電源(UPS)。②

在直流供電系統(tǒng)中，應當采取電池并聯浮充供電方式。③

必須提升多種通信電源設備可靠性，可靠性第一，節(jié)能第二，節(jié)能應服從于可靠性設計標準。（2）穩(wěn)定：多種通信設備都要求電源電壓穩(wěn)定，不能超出允許變化范圍。一般通信設備都由穩(wěn)壓電源供電。（3）小型：為了適應通信設備發(fā)展，電源裝置也必須實現小型化、集成化。（4）高效率：必須采取多種節(jié)能措施，提升能源利用率和經濟效益。5/533.典型通信局站交（直）流供電系統(tǒng)原理圖3.1通信局站交流供電系統(tǒng)原理圖北站電源系統(tǒng)圖6/537/533.2通信局站直流供電系統(tǒng)原理圖中心所6樓電源系統(tǒng)圖3.典型通信局站交（直）流供電系統(tǒng)原理圖8/539/534.通信電源設計特點設計周期較其他專業(yè)短：通信電源設計計算根據在通信設備方案最后確定后才能提供。供電系統(tǒng)相對獨立：各局所設備之間不存在功能連接，僅有下級局所向上級傳送信號監(jiān)控功能。設備種類品多：同類產品間采取技術伎倆分散。需要掌握知識面較廣：如發(fā)動機和發(fā)電機知識、流體力學、聲學、微電子知識、電化學、機械工程等。10/535.通信局站供電系統(tǒng)設計通信局站供電系統(tǒng)三種形式：5.1集中供電；5.2分散供電；5.3混合供電；11/535.1集中供電12/535.2分散供電

交流供電系統(tǒng)仍采取集中供電方式，直流供電系統(tǒng)采取分散供電方式，可分樓層設置，也可按各通信系統(tǒng)設置。13/5314/53分散供電方式長處a.可適應超大容量通信摳紐要求b.當電源出現故障，可避免造成大范圍通信中斷c.縮短供電距離，減小損耗，提升效率15/535.3混合供電組成：太陽能電源、風力發(fā)電機、低壓市電、蓄電池組、整流配電設備及移動電站等供電方式：交流市電電源與太陽能電源(或風力發(fā)電機)組成混合供電方式16/5317/536.電源設備配備標準根據：《通信電源設備安裝工程設計規(guī)范》(YD/T5040-2023)；通信用交流配電設備，按系統(tǒng)遠期配備；通信用直流配電設備，按系統(tǒng)近期配備；整流設備，按系統(tǒng)近期配備；蓄電池組，按系統(tǒng)近期配備。（近期為建成投產后3～5年）18/537.通信局站蓄電池配備7.1配備標準一般局站設二組相同容量蓄電池組。一體化模塊局等小容量局站可設一組100AH或200AH蓄電池。200AH電池可由同廠家、同型號、同容量、出廠日期相差不足一年兩組100AH蓄電池并聯使用。對于現有電池組，當電池組中僅有少數2V電池老化時，在電池組使用時間較短（三年左右）并且其他電池質量較好時可單塊更換，不然則應所有更換。單組電池容量在200AH及下列時，采取12V單體電池，大于200AH時，采取2V單體電池。新設電池組應使用閥控密封免維護電池。19/537.2容量計算蓄電池組（一組或兩組）總容量，按規(guī)范中下式計算：

其中:Q—蓄電池容量(Ah)；K—安全系數1.25；I—負荷電流(A)；T—放電小時數(h)；η—放電容量系數；t—電池室最低溫度，有采暖設備時取15，無采暖設備時取5?？紤]到許多局點電池與其他設備裝在同一機房，另外，交流停電大部分發(fā)生在夏天，因此一般應取t=15；

α—電池溫度系數，當10＞放電小時率時，取0.00820/5321/53電池容量計算表22/5323/53市電分類：24/5325/538.整流及配電設備配備標準8.1設備配備標準較大通信局站一般分設交流配電屏、直流配電屏和開關整流器，甚至設多套設備，分散供電；較小局站則設一套組合電源架。配電設備容量宜按遠期容量配備，整流模塊按近期容量配備。26/538.2、整流模塊容量計算整流器容量IZ配備計算公式如下：IZ=I+K×ɑ×Q（假定同步給負載供電及為電池充電）IZ：計算整流器總容量，單位安培；I：近期或終期負荷電流，單位安培；K：電池備用系數。1+1備份取2；ɑ：充電系數，取值為0.1；Ｑ：10小時放電率電池容量，單位Ah。按通信電源設計規(guī)范，整流模塊數應按n+1冗余方式確定，當主用模塊數n≤10時備1塊，n>10時備2塊。27/538.3、整流設備價格整流設備價格估算中應注意開關電源包括機架（整流屏）、整流模塊、監(jiān)控模塊，分別計價。28/538.4、整流設備輸入交流輸入交流電源三相或單相決定于整流模塊輸入電壓及機架總耗電。一般50A及以上整流模塊為三相輸入。25A整流模塊雖為單相輸入，但總容量大時外電也可用三相，以保持電網平衡，此時多種模塊應分接在不一樣相。小通信機房一般應采取單相，由于停電時要送發(fā)電機供電，而小功率（5kVA及下列）發(fā)電機都是單相。29/539.逆變器和UPS9.1基本概念（1）逆變器和UPS主要區(qū)分是前者利用通信站現有基礎電池（48V），后者另配電池。二者都要輸入交流電源，只是前者不對蓄電池充電，后者要對蓄電池充電。由于UPS可按需自備高壓電池，因此可實現大功率輸出。30/53（2）UPS分在線式、互動式、后備式幾個運行方式。在線式UPS系統(tǒng)輸出質量高，可靠性高，并確保顧客負載同一般市電電源處于電隔離狀態(tài)，最適合當代通信系統(tǒng)及算計機網絡應用。（3）UPS容量大于15kVA時應采取三進三出，不大于15kVA時，采取三進單出或單進單出。（4）為提升UPS供電系統(tǒng)可靠性，一般采取冗余方式，最常見是并聯冗余方式。31/53上圖是業(yè)務支撐中心雙機冗余熱備份（即1+1）方式運行UPS電源系統(tǒng)構造簡圖32/53（5）UPS容量確定：規(guī)范要求UPS容量應按近期（投產后3～5年）負荷配備，遠期負荷增加不大時可按遠期配備。但由于互聯網發(fā)展迅速，實際近期負荷也許難以預料。根據經驗，初裝容量不要大于目前負荷4倍。（6）UPS設計中應牢記：可靠性第一，節(jié)能第二，節(jié)能應服從于可靠性設計標準。（7）UPS輸出功率因數，一般按0.8來計算。33/53有文章給出了UPS負載率和效率關系，在負載率達成25%時，效率可達成90%，而負載率為15%時，效率僅為55%。低效率引發(fā)很多問題，一是揮霍電能，例如對15kVA負載供電，UPS選用100kVA比選用30kVA每年多支出電費7萬多元；二是增加建設投資，UPS價格基本與容量成正比；三是減少使用壽命，由于效率低意味著本身損耗大，即發(fā)熱多，加快了元器件老化。34/53例如標稱容量為120kVAUPS，在負載功率因數為0.8時，負載最大有功功率為120*0.8=96kW，逆變器輸出功率也是96kW，輸出電流為96000/(380*1.732)=146A35/539.2UPS蓄電池容量計算

UPS蓄電池組容量取決于UPS容量和備用放電時間。蓄電池容量計算辦法是首先按下式計算蓄電池放電電流，再用前述蓄電池容量計算公式算出電池容量。式中：I為蓄電池放電電流（A）；S為已選定單臺UPS額定容量（kVA）；0.8為UPS輸出功率因數；μ為逆變器效率，容量越大，效率越高，小功率UPS可按0.8，10kVA以上可按0.85；U為所配電池組放電終了時電壓（V）（2V單體電池放電終了電壓為1.85V36/53舉例：通信段洛陽無線網控制中心設一臺UPS，供電范圍包括控制設備、管理終端和中繼光端機，總耗電約1000W，因此UPS額定容量應大于1000/0.8=1429VA，按UPS容量系列，設2kVA單進單出UPS一套，配套蓄電池電壓為48V。電池容量取決于放電電流和放電時間。放電電流由上式求出，其中S應取實際輸出視在功率而不是設備視在功率，即S*0.8應取實際有功功率1kW。上式中μ取0.8，U=1.85*24=44.4V，于是I=1*1000/(0.8*44.4)=28.15A。如果確定UPS支持停電時間4小時，利用公式即可計算出電池容量，其中K=1.25，I=28.15，T=4，η=0.79，α=0.008，t=15，得Q=193.65AH，取蓄電池容量200AH，即采取4塊12V、200AH電池串聯或24塊2V、200AH電池串聯。37/5310.通信局站交流用電估算通信局站主要用電內容包括：通信設備用電（包括直流、交流直供、UPS）、空調用電、照明用電等。此項估算主要用于：向供電局申請用電容量、確定局站專用變壓器容量、計算油機容量、選擇交流電源線截面38/53（1）開關電源：交流輸入有功功率等于其直流輸出功率除以其效率η，即Py=IU/η。在開關電源輸出功率大于1500W時，η≥0.9。（2）UPS：多按標稱輸出功率2倍計算。（反向諧波影響）（3）空調：機房空調主要用制冷抵消設備余熱，機房余熱除由設備發(fā)熱產生外，尚有通過墻體、門窗傳導熱量和空氣對流熱量，尚有照明燈具產生熱量和人體產生熱量等。39/53空調制冷功率最少應等于設備耗電功率。其他幾項熱源可近似以為占設備熱量20%，再考慮冷氣不會均勻地抵達每一處發(fā)熱地點，因此還要計入一定余量，可按10%。機房所需空調制冷功率還與送風方式有關（下送風約比上送風省25%）。40/53空調行業(yè)常以“匹”作為制冷速率單位，一匹=2023千卡/小時，換算成制冷功率單位以W表達時，一匹=2023/1.163=2325W。一般空調行業(yè)把制冷功率2200-2600W都稱為一匹，3200-3600W為1.5匹，4500-5500W為2匹等。41/5311.發(fā)電機11.1配備標準一、二類通信樞紐應配備滿足通信負載（含通信機房空調用電）容量要求發(fā)電機。同一市區(qū)最少應有一臺能滿足最大負荷局站（上述一、二類樞紐除外）使用流動發(fā)電機。邊遠縣應配能滿足最大負荷局站發(fā)電機。10kVA及下列發(fā)電機應采取汽油發(fā)電機，方便搬運，更大功率則采取拖車式或固定安裝式柴油發(fā)電機。5kW及下列采取單相發(fā)電機，更大功率采取三相發(fā)電機。發(fā)電機應具有消噪音裝置，以確保在使用中符合國家有關噪音環(huán)境保護要求。42/5311.2容量計算發(fā)電機功率P應滿足直流電源浮充功率P1、蓄電池組充電功率P2、機房確?？照{功率Pk、機房確保照明功率Pz和UPS功率Ps。因此，可按下式計算發(fā)電機額定有功功率：

（kW）其中：I為負荷電流和充電電流之和，56.4為電池均充電壓，0.9為開關整流器效率，Pk為空調功率，Pz為確保照明功率（可按6～8W/m2）估算，每局站1～2kW），Ps為UPS功率。43/5312.交直流電源線配線12.1有關要求按97年《通信電源設備安裝設計規(guī)范》要求，“機房內交流導線應采取阻燃型電纜”。而23年規(guī)范則要求“機房內導線應采取非延燃電纜”，即所有導線。一般應采取銅質配線，但和鋁質架空電力線相接引入線必須采取鋁芯電力電纜，以防在桿上連接處不一樣金屬產生電化腐蝕。在同一途徑內，交流與直流電源線應間隔100mm以上。為便于備料，用量很少且線徑相近線纜類型能夠向大線徑合并。44/5312.2交流電源線（1）在確定每段導線載面時，則應根據該段導線上視在功率P計算其中電流。對于單相供電，線電流；對于三相供電，線電流。45/53用于室內聚氯乙烯絕緣交流電力電纜在空氣中敷設時安全載流量如下表（假定為四芯電纜，導線溫度65℃，環(huán)境溫度30℃）：46/53以往標準要求零線（中性線）線徑為相線50%，現行規(guī)范要求交流中性線應采取與相線相等截面導線。在條文說明中又說“供應開關電源及UPS等非線性負載交流電纜中性線應采取與相線相等截面導線”，原因是非線性負載產生大量諧波，這些諧波在零線上不能互相抵消而是互相疊加，使零線上壓降增大，發(fā)熱嚴重，因而線徑宜大些。47/5312.3直流電源線導線截面