[優(yōu)秀畢業(yè)設計]通信局站電源系統(tǒng)供電可靠性評估技術(shù)研究

1、畢業(yè)設計論文題目:通信局站電源系統(tǒng)供電可靠性評估技術(shù)研究專 業(yè)：電氣工程及其自動化學 員：指導教師：二0 一一年六月畢業(yè)設計（論文）任務書隊 別 24 年 級 2007 專業(yè)電氣工程及其自動化學生姓名指導教師同組姓名一、題目通信局站電源系統(tǒng)供電可靠性的評估與預測二' 設計課題要求1、掌握通信電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；2、分析影響通信供電可靠性的因素；3、建立通信電源系統(tǒng)的可靠性模型；4、提岀提高通信供電系統(tǒng)供電可靠性的措施；三、設計課題所需的主要設備和資料應收集的資料：1、通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及工作機理；2、影響通信電源系統(tǒng)可靠性的因素；3、可靠性理論基礎(chǔ)；4、通信供電系統(tǒng)可靠性模型的建立和

2、優(yōu)化；5、提高通信電源系統(tǒng)供電靠性的策略和途徑。參考資料：1、現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)原理與設計，強生澤等，中國電力出版社，北京，20092、現(xiàn)代通信電源（修訂本），人民郵電出版社王鴻麟等編著1998年版3、新型通信電源，人民郵電岀版社 徐曼珍主編1999年版4、新型電信電源系統(tǒng)與設備，人民郵電出版社 朱雄世主編2002年版四、設計說明（論文）應包括的內(nèi)容通過對通信電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與工作機理的分析，研究影響通信電源系統(tǒng)供 屯可靠性的因素，提出提高通信電源系統(tǒng)供電可靠性的運維方案或設備配置策 略。五、參考文獻1、現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)原理與設計，強生澤等，中國電力出版社，北京， 20092、現(xiàn)代通信電源（修訂

3、本），人民郵電出版社 王鴻麟等編著1998年版3、新型通信電源，人民郵電岀版社 徐曼珍主編1999年版4、新型電信電源系統(tǒng)與設備，人民郵電出版社 朱雄世主編2002年版教研室主任（簽名）系 主 任（簽名）年 月 日獨創(chuàng)性聲明木人聲明所呈交的論文是木人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他 教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。中請學位論文與資料若有不實之處，木人承擔一切相關(guān)

4、責任。論文作者簽名：日期:摘要作為通信系統(tǒng)的動力之源，通信電源系統(tǒng)在通信局站中具有無可比擬的重要 地位。通信電源設備一旦發(fā)生故障，就有可能導致通信中斷，整個通信局（站） 勢必將陷于癱瘓，甚至可能造成全程全網(wǎng)的通信中斷，經(jīng)濟損失和社會損失影響 都相當大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，通信系統(tǒng)的故障有近1/3是由其電源系統(tǒng)的故障造成的。因 此，為減少通信系統(tǒng)的故障率，在系統(tǒng)的設計階段就應對電源系統(tǒng)的可靠性做出 估算，以便通過優(yōu)化系統(tǒng)運行方式和合理選擇電源設備等手段提高供電系統(tǒng)供電 保障的可靠性。通過研究影響通信電源系統(tǒng)供電可靠性的因素，提出提高通信電 源系統(tǒng)供電可靠性的運維方案，通過科學的運行管理和維護，使通信電

5、源系統(tǒng)穩(wěn) 定、可靠地運行。通信設備供電電源要穩(wěn)定可靠，要求通信設備供電電源不能中斷，當交流電 源中斷時，通信專用畜電池組單獨供電要超過8小時，必要時還應配備其它備用 電源。通信電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)組成。針對不同 的局（站）類型，通信電源系統(tǒng)通常釆用集屮供電、分散供電及混合供電等3 種不同的供電方式。隨著科技的發(fā)展以及市場的需求，通信電源也在不斷的探索著更加完善、可 靠并節(jié)約能源的方案。通過對目前通信電源技術(shù)發(fā)展的研究表明，電力系統(tǒng)通信 電源系統(tǒng)的建設需要正確把握通信電源技術(shù)的發(fā)展方向，以先進的技術(shù)促進電源 系統(tǒng)的建設，保證電力系統(tǒng)通信電源系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定、高效運行。關(guān)

6、鍵字：通信電源系統(tǒng)可靠性故障abstractas a source of power for communications systems, communications power system in the station in communication with the unparalleled importance. communications equipment in the event of power failure, it may lead to traffic disruption, the communications authority (station) is bo

7、und to be paralyzed, and may even cause whole network of communication interruption, loss of economic losses and social impact is considerable.statistics show that the failure communication system nearly 1 / 3 is caused by the failure of the power system. therefore, in order to reduce the failure ra

8、te of communication systems, the design phase of the system reliability of the system to cope with the power to make estimates in order to optimize system operation and power equipment, and other reasonable choice of means to improve the reliability of power supply system power supply protection. po

9、wer system by studying the reliability of communication factors, proposed to increase the communication reliability of power system operation and maintenance program, operating through scientific management and maintenance, the communication power supply system is stable and reliable operation.commu

10、nications equipment to be stable and reliable power supply, communications equipment, power supply requirements can not be interrupted, when the ac power failure, communication dedicated to livestock battery power alone more than 8 hours, if necessary, shall be equipped with additional standby power

11、. communication power supply system by ac power supply systems, dc power systems and grounding system. for different office (stations) type, communication power supply systems are usually centralized, decentralized and hybrid power supply such as 3 different power supply.with the development of tech

12、nology and market demand, communication power are constantly exploring more comprehensive, reliable and energy conservation programs- communications through the power of the current study shows that technology development, power system communication power system building needs to grasp the correct d

13、irection of development of communication power technology, advanced technology for the construction of the power system, power system communication to ensure the normal power supply system, stable and efficient operation.【keywords communication power system reliability failure目錄第一章概論11.1引言11.2通信電源系統(tǒng)

14、的發(fā)展11.2.1電源設備的變革11.2.2供電方式的變革21.2.3通信電源系統(tǒng)要求31.3通信電源系統(tǒng)可靠性3第二章 通信局（站）通信電源系統(tǒng)簡介52.1通信電源系統(tǒng)組成52. 1. 1交流供電系統(tǒng)52. 1.2直流供電系統(tǒng)62.1.3接地系統(tǒng)82. 1.4防雷系統(tǒng)82.2通信電源系統(tǒng)供電方式92. 2. 1集中供電方式92.2.2分散供電方式92.2.3混合供電方式102.3通信電源的管理與維護112.3. 1提高對電源設備的管理112.3.2提高電源管理上的專業(yè)化112.3.3提高通信電源系統(tǒng)設計的可靠性112.3.4電源設備購置與維護的具體措施11第三章 通信電源系統(tǒng)可靠性理論研究1

15、33可靠性的基本理論知識133. 1. 1可靠性的概念133. 1.2可靠性參數(shù)體系143.2電子元件可靠性及其改善143.2. 1電子元件的可靠性143.2.2改善電子系統(tǒng)的使用環(huán)境153.2.3減小元器件的負荷率173.3通信電源可靠性的指標183.4市電供電方式的分類和可靠性指標193.5電源系統(tǒng)主要設備的可靠性指標203.5. 1高壓變、配電設備的可靠性指標203. 5.2低壓配電設備的可靠性指標203.5.3整流設備213.5.4直流-直流變換器設備213.5.5蓄電池組213.5.6交流不間斷電源設備213. 5.7發(fā)電機組213.6電源設備的主要故障及其判斷依據(jù)223. 6. 1

16、電源設備的主要故障223.6.2電源系統(tǒng)的故障判斷依據(jù)22第四章通信電源系統(tǒng)可靠性計算234.1通信電源早期失效原因分析及對策234.2通信電源系統(tǒng)可靠性模型244.2. 1串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型244. 2.2并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型254.2.3混合系統(tǒng)可靠性模型274.3通信局（站）電源系統(tǒng)可靠性估算274.3. 1大型通信電源系統(tǒng)不可用度的計算274.3.2中型通信電源系統(tǒng)不可用度的計算314.3.3小型通信電源系統(tǒng)不可用度的計算324.3.4通信電源系統(tǒng)不可用度的分析34第五章 結(jié)論35參考文獻36致謝37第一章概論1.1引言隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們對信息越來越重視，所以近年來通信事業(yè)得到

17、長 足進步。由于通信網(wǎng)越來越大，通路和交換容量越來越多，重要性也越來越高。 電源是通信設備不間斷供給符合要求電能的一個重要系統(tǒng)。通信電源是指為滿足通信局（站）通信設備及保證建筑負荷用電要求，將一 些特定電源設備按一定供電模式組合成的一個能連續(xù)、可靠提供通信用電和通信 保證用電的電源系統(tǒng)。通信電源在整個通信行業(yè)中占的比例雖小，但它都是整個 通信網(wǎng)絡的關(guān)鍵基礎(chǔ)設施。作為通信系統(tǒng)的動力z源，通信電源系統(tǒng)在通信局站 中具有無可比擬的重要地位，沒有電，臺站的通信就無法實現(xiàn)。通信電源設備一 旦發(fā)牛故障，就有可能導致通信中斷，整個通信局站勢必會陷入癱瘓，甚至可能 造成全程全網(wǎng)的通信中斷，經(jīng)濟損失和社會影響都

18、相當巨大。為此，通信電源常 被稱為局（站）通信網(wǎng)系的“心臟覽 這就對通信設備供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供 電系統(tǒng)本身的可靠性，提出了更加嚴格的要求。1.2通信電源系統(tǒng)的發(fā)展隨著對通信電源重視程度的不斷加強，加上功率半導體技術(shù)、計算機控制技 術(shù)和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，維護經(jīng)驗的積累和總結(jié)，我國的通 信電源事業(yè)發(fā)生了巨大的變革，逐步走向世界先進水平。1.2.1電源設備的變革（1）整流設備從50年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流器，60年代的硅二極管取 代硒整流片的穩(wěn)壓穩(wěn)流硅整流器，60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器， 一直到80年代末90年代初的高頻開關(guān)整流器，我國通信用整流設備

19、經(jīng)歷了幾代 變革。90年代以后，隨著計算機控制技術(shù)、功率半導體技術(shù)和超大規(guī)模集成電 路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，高頻開關(guān)整流器產(chǎn)品也越來越成熟，性價比逐步提升， 目前已經(jīng)逐步取代了可控硅整流器，并且還在不斷地朝著高頻化、高效率、大功 率、小型智能化、清潔環(huán)保的方向發(fā)展。（2）蓄電池由于鉛酸蓄電池具有電壓穩(wěn)定性好、進行大電流放電的特點，所以在通信電 源屮得到廣泛使用。我國通信用鉛酸蓄電池的使用，60年代以開口式為主，70 年代中期我國首次研制并開始使用防酸隔爆式鉛酸蓄電池，80年代消氫少維護 電池被采用，70年代末期國際上出現(xiàn)了閥控式密封鉛酸蓄電池（vrla）,由于 閥控式密封鉛酸蓄電池具有無酸霧溢出

20、、免加水、能與其它電器設備同室安裝等 特點，隨著其技術(shù)的成熟，從90年代起，我國開始推廣閥控式密封鉛酸蓄電池。 由于目前大量使用的閥控式密封鉛酸蓄電池屬貧液型，存在著對環(huán)境溫度變化適 應性差的缺點，所以已經(jīng)出現(xiàn)了富液式vrla,國際上也正在發(fā)展其它蓄電池如 新型鋰蓄電池。（3）柴油發(fā)電機組柴油發(fā)電機組是通信局（站）重要的備用交流能源。60年代使用手啟動的 普通機組，70年代研制成功了自啟動機組、無人值守機組，但可靠性不高。從 80年代研制成功無人值守風冷機組、微計算機控制的自動化機組，到90年代開 始對低噪聲機組和對閉式循環(huán)蒸汽透平發(fā)電機組、自動化燃氣輪機發(fā)電機組等進 行應用研究，提高了柴油發(fā)

21、電機組的可靠性指標，具有自動化程度高和遙控功能 的特點，便于實現(xiàn)少人或無人值守維護。要實現(xiàn)供電系統(tǒng)的無人值守，柴油發(fā)電 機組的可靠性一直是一個難點，隨著機組技術(shù)含量的增加和可靠性的不斷提高， 這方面的問題正在不斷地得到解決。1.2.2供電方式的變革90年代之前，通信電源系統(tǒng)一直是集中供電方式。所謂集中供電方式是在 通信局站中設有電力機房，配置公用的電源設備，集中給全局各種通信設備統(tǒng)一 供屯的供電方式。當某種直流電源系統(tǒng)發(fā)生故障時，將影響所有使用這一種電壓 的通信設備的正常工作，另外直流供電饋線長，材料、施工費用高，線路壓降大, 電能損耗大，由于線路電感和耦合電容的存在，易引入干擾，會降低供電質(zhì)

22、量。 隨著利于與通信設備同室安裝的閥控式密封鉛酸蓄電池、高頻開關(guān)電源系統(tǒng)等的 推廣使用，使得采用分散供電這種新的方式成為可能。自90年代以來，國際上 通信局站已普遍采用分散供電方式。所謂分散供電方式，主要是指將直流供電系 統(tǒng)進行分散，即將使用同一電壓種類的通信設備采用兩個以上的獨立供電系統(tǒng)， 并靠近通信設備安裝進行供電的方式。采用分散供電方式時，交流供電系統(tǒng)部分 仍采用集中供電方式，其組成也是集中供電方式相同或相似，而直流供電系統(tǒng)則 分成若干個單元供電系統(tǒng)，可按樓層設置，也可按通信系統(tǒng)或通信機房設置，真 至按通信設備機架設置。單元直流供電系統(tǒng)的基本組成與集中供電方式的直流供 電系統(tǒng)相同。當某一

23、個供電系統(tǒng)故障時，不會造成整個通信系統(tǒng)的癱瘓大提高了 供電的可靠性，縮小了故障的影響面。同時，分散供電方式降低了能耗和設備占 地，而且能更合理的配置電源設備。目前的移動通信交換局及基站，一些大的市 話局已開始采用分散供電，綜合樓的分散供電的試驗工作也正在進行中，這是今 后供電方式發(fā)展的主要趨勢。1.2.3通信電源系統(tǒng)要求通信電源是通信設備的心臟。在通信系統(tǒng)中，具有舉足輕重的地位。通信對 電源系統(tǒng)的要求是：可靠、穩(wěn)定、小型、高效。（1）為了確保通信設備正常運行，必須提高電源系統(tǒng)的可靠性。由交流電 源供電時，交流電源設備一般都采用交流不間斷電源（ups）o在直流供電系統(tǒng)中, 釆用整流設備與電池并聯(lián)

24、浮充供電方式。同時，為了確保供電的可靠，還采用由 兩臺以上的整流設備并聯(lián)運行的方式，當其中一臺發(fā)生故障，另一臺自動承擔為 全部負載供電的任務。（2）各種通信設備要求電源電壓穩(wěn)定，不能超過允許變化范圍。電源電壓 過高，會損壞通信設備中的元器件；電壓過低，設備不能正常工作。交流電源的電壓和頻率是標志其電能質(zhì)量的重要指標，由380/220v, 50hz 的交流電源供電時，通信設備電源端子輸入電壓允許變動范圍為額定值的10% + 5%,頻率允許變動范圍為額定值的4%十4%,電壓波型畸變率應小于5%。直流電源的電壓和雜咅是標志其電能質(zhì)量的重要指標，由直流電源供電時， 通信設備電源端子輸入電壓允許變動范圍

25、為-57-40v，直流電源雜音應小于 2m vo1.3通信電源系統(tǒng)可靠性通信網(wǎng)由不同等級的通信局（站）和通信局（站）之間的傳輸系統(tǒng)組成，而 通信局（站）電源系統(tǒng)可靠性是通信局（站）可靠性的一個組成部分，也是通 信網(wǎng)總體可靠性的一個組成部分。電源是向通信設備不間斷供給符合要求電能的 一個重要系統(tǒng)，尤其是目前大多采用的集中供電方式，一旦電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障, 將造成全程全網(wǎng)的通信中斷。但是，從總體上要求每一個電源系統(tǒng)絕對可靠，毫 不間斷地按要求供電實際上是不現(xiàn)實的。第二章 通信局(站)通信電源系統(tǒng)簡介2.1通信電源系統(tǒng)組成通信電源系統(tǒng)一般由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)組成，如圖2-1所示：|交

26、汛伏電岳址1aitflt電廂嫌1圖21交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)組成2. 1. 1交流供電系統(tǒng)(1) 系統(tǒng)組成通信屯源的交流供屯系統(tǒng)由高壓配屯所、降壓變壓器、油機發(fā)屯機、ups 和低壓配電屏組成。交流供電系統(tǒng)可以有三種交流電源：變電站供給的市電、油 機發(fā)電機供給的自備交流電、ups供給的后備交流電。(2) 油機發(fā)電機為防止停電時間較長導致電池過放電，電信局一般都配有油機發(fā)電機組。當 市屯屮斷時，通信設備可由油機發(fā)電機組供電。油機分普通油機和白動啟動油機。 當市電中斷時，自動啟動油機能自動啟動，開始發(fā)電。由于市電比油機發(fā)電機供 電更經(jīng)濟和可靠，所以，在有市電的條件下，通信設備一般都應由市電供電。

27、(3) ups為了確保通信電源不屮斷、無瞬變，可采用靜止型交流不停電電源系統(tǒng)，也 稱ups。ups 般都由蓄電池、整流器、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等部分組成。市電 正常時，市電和逆變器并聯(lián)給通信設備提供交流電源，而逆變器是由市電經(jīng)整流 后給它供電。同時，整流器也給蓄電池充電，蓄電池處于并聯(lián)浮充狀態(tài)。當市電 中斷時，蓄電池通過逆變器給通信設備提供交流電源。逆變器和市電的轉(zhuǎn)換由交 流靜態(tài)開關(guān)完成。(4) 交流配電屏輸入市電，為各路交流負載分配電能。當市電中斷或交流電壓異常時(過壓、 欠壓和缺相等)，低壓配電屏能自動發(fā)出相應的告警信號。(5) 連接方式一一交流電源備份方式大型通信站交流電源一般都由高壓電網(wǎng)供

28、給，自備獨立變電設備。而基站設 備常常肓接租用民用電。為了提高供電可靠性，重要通信樞紐局一般都由兩個變 電站引入兩路高壓電源，并且采用專線引入，一路主用，一路備用，然后通過變 壓設備降壓供給各種通信設備和照明設備，另外還要有自備油機發(fā)電機，以防不 測。一般的局站只從電網(wǎng)引入一路市電，再接入自備油機發(fā)電機作為備用。一些 小的局站、移動基站只接入一路市電(配足夠容量的電池)，油機為車載設備。2. 1.2直流供電系統(tǒng)(1) 系統(tǒng)組成通信設備的直流供電系統(tǒng)由高頻開關(guān)電源(ac/dc變換器)、蓄電池、dc/dc 變換器和直流配電屏等部分組成。(2) 整流器從交流配電屏引入交流電，將交流電整流為直流電壓后

29、，輸出到直流配電屏 與負載及蓄電池連接，為負載供電，給電池充電。(3) 蓄電池交流停電時，向負載提供直流電，是直流系統(tǒng)不間斷供電的基礎(chǔ)條件。(4) 直流配電屏為不同容量的負載分配電能，當直流供電異常時要產(chǎn)生告警或保護。如熔斷 器斷告警、電池欠壓告警、電池過放電保護等。（5）dc-dc變換器dc/dc變換器將基礎(chǔ)電源電壓（48v或+24v）變換為各種肓流電壓，以滿 足通信設備內(nèi)部電路多種不同數(shù)值的電壓（±5v、土6v、±12v、±15v、-24v 等）的需要。近年來，由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，通信設備已向集成化，數(shù)字化方向發(fā) 展。許多通信設備采用了大量的集成電路組件

30、，而這些組件需要5v15v的多種 直流電壓。如果這些低壓直流直接從電力室供給，則線路損耗一定很大、環(huán)境電 磁輻射也會污染電源，供電效率很低。為了提高供電效率，大多通信設備裝有直 流變換器，通過這些直流變換器可以將電力室送來的高壓直流電變換為所需的低 壓直流電。另外，通信設備所需的工作電壓有許多種，這些電壓如果都由整流器 和蓄電池供給，那么就需要許多規(guī)格的蓄電池和整流器，這樣，不僅增加了電源 設備的費用，也大大增加了維護工作量。為了克服這個缺點，目前大多數(shù)通信設 備采用dc-dc變換器給內(nèi)部電路供電o dc-dc變換器能為通信設備的內(nèi)部電路 提供非常穩(wěn)定的直流電壓。在蓄電池電壓（dc-dc變換器

31、的輸入電壓）由于充、 放電而在規(guī)定范圍內(nèi)變化時，直流變換器的輸出電壓能自動調(diào)整保持輸出電壓不 變。從而使交換機的直流電壓適應范圍更寬，蓄電池的容量可以得到充分的利用。（6）連接方式一一直流供電方式蓄電池是直流系統(tǒng)供電不中斷的基礎(chǔ)條件。根據(jù)蓄電池的連接方式，直流供 電方式主要采用并聯(lián)浮充供電方式，尾電池供電方式、硅管降壓供電方式等等基 本不再使用。并聯(lián)浮充供電方式是將整流器與蓄電池直接并聯(lián)后對通信設備供 電。在市電正常的情況下，整流器一方面給通信設備，一方面又給蓄電池充電， 以補充蓄電池因局部放電而失去的電量；當市電中斷時，蓄電池單獨給通信設備 供電，蓄電池處于放電。由于蓄電池通常處于充足電狀態(tài)

32、，所以市電短期中斷時, 可以由蓄電池保證不間斷供電。若市電中斷期過長，應啟動油機發(fā)電機供電。這 是最常用的直流供電方式。采用這種工作方式時，蒂電池還能起一定的濾波作用。 但這種供電方式有個缺點一一在并聯(lián)浮充工作狀態(tài)下，電池由于長時間放電導致 輸出電壓可能較低，而充電時均充電壓較高，因此負載電壓變化范圍較大。它適 用于工作電壓范圍寬的交換機。2. 1.3接地系統(tǒng)為了提高通信質(zhì)量、確保通信設備與人身的安全，通信局站的交流和直流供 電系統(tǒng)都必須有良好的接地裝置。(1) 通信機房的接地系統(tǒng)通信機房的接地系統(tǒng)包括交流接地和直流接地。(2) 交流接地交流接地包括：交流工作接地、保護接地、防雷接地。(3)

33、直流接地直流接地包括：直流工作接地、機殼屏蔽接地。2. 1.4防雷系統(tǒng)通信電源的管理還包括對外來引入電流、電壓的管理措施，碰觸電力線和雷 擊就是最主要的強電流、電壓的引入方式。(1) 雷擊產(chǎn)生的危害雷擊產(chǎn)生強大電流和高電壓對人體和設備都將造成重大損害。直接雷或間接 雷都將對通信設備產(chǎn)生巨大危害。防雷是一個系統(tǒng)工程，某種有效技術(shù)和器材的 采用，只能降低雷擊危害的概率、減少損害，必須對所有進出局的電纜電線屏蔽 和防雷處理，釆用完善的接地系統(tǒng)，按照規(guī)范要求嚴格接地、減少雷害。(2) 雷接地為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓過電流損壞電源設備，在通信電源系統(tǒng)中，通信 機站一般設有防雷接地裝置，其接地阻值5q,在

34、土壤電阻率低的地方，接地阻 值應lqo在通信電源系統(tǒng)中，要求防雷接地線一定要與工作接地和保護接地線 分開，而在電力通信電源系統(tǒng)中，要求防雷接地、工作接地、保護接地共用一組 地線?，F(xiàn)在已開發(fā)了齊種齊樣的雷電防護及接地技術(shù)，這些都是確保通信網(wǎng)絡可靠 性的重要技術(shù)，也是通信領(lǐng)域屮重要的基礎(chǔ)技術(shù)。現(xiàn)已普遍采用的聯(lián)合接地系統(tǒng) 和進出線防雷系統(tǒng)以及各種保安器，實踐證明都是行之有效的辦法。搞好通信設 備的防雷工作，同時還要采用理論和實用方面都比較成熟的避雷針、避雷帶、避 雷線、避雷網(wǎng)等設備，誘導雷電流通過接地線進入大地。事實證明，聯(lián)合接地系 統(tǒng)和進出線的防雷系統(tǒng)處理得好時能大大降低雷擊損壞概率。從接地的目的

35、來看，特別是室外設備接地，防漏電和防雷顯得特別重要。對 它們的接地電阻要求，按照技術(shù)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行即可。為了保證接地電阻符合規(guī) 范要求，施工后的接地及電阻的檢查和測試工作就非常必要，定期或不定期的對 接地電阻進行測試，檢查接地裝置系統(tǒng)，是一項應堅持的必要的制度。2.2通信電源系統(tǒng)供電方式針對不同的局（站）類型，通信電源系統(tǒng)通常采用集中供電、分散供電及混 合供電等3種不同的供電方式。一般而言，系統(tǒng)供電方式應盡可能實行各機房分 散供電，設備特別集中時才考慮釆用專設電力室集中供電，對高層通信大樓可采 用分層供電方式。2. 2. 1集中供電方式集中供電方式電源系統(tǒng)組成如圖22所示。交流供電系統(tǒng)、直流供

36、電系統(tǒng)均 集中設置。圖2-2集中供電方式供電系統(tǒng)的組成2.2.2分散供電方式分散供電方式電源系統(tǒng)組成如圖2-3所示。交流供電系統(tǒng)的組成和要求與集 中供電方式相，各直流供電系統(tǒng)可分樓層設置，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。交波ft!電mt變電站電飢姐irj電油hi忻檢屬> xtmft電車竦ft功電h,垃映-址許中斷立it配電如筑為曲一朝健筑©礎(chǔ)圖2-3分散供電方式電源系統(tǒng)組成2.2.3混合供電方式混合供電方式電源系統(tǒng)組成如圖2-4所示。光纜中繼站和微波無人值守中繼 站可采用交流電源盒太陽電池方陣（或其他能源）相結(jié)合的混合供電方式電源系

37、 統(tǒng)。目前，一些山區(qū)或偏遠地區(qū)的直放站，因交流引入困難，采用光伏供電或風 光互補混合供電方式，在一定程度上緩解了缺電地區(qū)或者外電引入造價偏高的問 題。電池騰iflo交址配電恥acso可飯時間怖地力找電機dcp1v（心鬧fsifm純也a陸雷接地可麗耐斷ute圖2-4混合供電方式電源系統(tǒng)組成2.3通信電源的管理與維護2.3.1提高對電源設備的管理電源設備與通信網(wǎng)中的其它設備（如交換、傳輸?shù)龋┯休^大的不同，本質(zhì)上, 電源設備是機電設備而非通信設備。正因為如此，在通信中，它得不到充分的重 視，無論是在組織機構(gòu)、人員、資金還是管理上，都得不到相應的保證。然而， 必須看到，通信電源作為整個通信電信網(wǎng)中的能

38、量保證，它的作用是整體和全局 性的。雖然它不是通信網(wǎng)主流設備，但它卻是通信網(wǎng)中最重要、最關(guān)鍵的設備。 2. 3.2提高電源管理上的專業(yè)化對通信電源要求通信網(wǎng)上的齊級管理層次和建設、維護方而應該有獨立的電 源專業(yè)管理機構(gòu)和人員。因為通信電源是一個專業(yè)，而且是個包括多種系統(tǒng)和學 科的大專業(yè)，因此，應該對它作相應的專業(yè)管理，由其它專業(yè)人員來兼管電源專 業(yè)是不夠的，也是不科學的。2. 3.3提高通信電源系統(tǒng)設計的可靠性電源系統(tǒng)設計時應充分考慮容量大小、地理位置、空間布置、未來發(fā)展、設 備質(zhì)量、工作勘察與設計、運行方式選擇、建設管理、運行維護管理等各個環(huán)節(jié)。 其中對于設備選擇、方案設計、工程管理等環(huán)節(jié)尤

39、其要加強重視和管理。2.3.4電源設備購置與維護的具體措施（1）在購置通信電源過程中，除考慮性價比外，要考慮高可靠性、多種自 動保護功能、寬電壓、良好的均流均衡性能、在線運行模式，要考慮是否嚴格按 照iso-9000質(zhì)量保證體系組織生產(chǎn)，另外系統(tǒng)故障率、防雷和電涌措施、交直 流配電一體化等都應是分析考慮配置的重點。要選用可靠性高的設備，合理配置 備份設備。（2）供電方式要大力推廣分散供電，要有備品和備份，使用同一種直流電 壓的通信設備，采用兩個以上的獨立供電系統(tǒng)。這樣就能夠保證在其中一種電源 設備發(fā)生故障時，另一種電源設備能夠及時排除。（3）為了盡量縮短設備的平均故障修復吋間，要經(jīng)常分析運行參

40、數(shù)，預測 故障的發(fā)牛，并及時排除。（4）設備宜采用模塊化、熱揷拔式，便于更換和維修。再一個就是平時應 建立起對電源故障的應急措施，保證可靠供電。最后，要提高技術(shù)水平，大力推 廣集中維護體制。實施集中監(jiān)控管理是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是現(xiàn)代化通信網(wǎng)的需要，也是企 業(yè)減員增效的措施之一。隨著通信設備的日益集成化、小型化，各種電源設備也 要智能化、標準化，符合開放式通信協(xié)議。集中監(jiān)控必須逐步實施，在實施過程 屮，三遙（遙信、遙測、遙控）點的設備要合理，決不是越多超好，否則其效果 適得其反。第三章通信電源系統(tǒng)可靠性理論研究3.1可靠性的基本理論知識3. 1. 1可靠性的概念可靠性的概念，可以說，自古以來從

41、人類開始使用工具起就已經(jīng)存在。然而 可靠性理論作為一門獨立的學科出現(xiàn)卻是近幾十年的事。可靠性歸根結(jié)底研究的 還是產(chǎn)品的可靠性，而通常所說的“可靠性”指的是“可信賴的”或“可信任的”。 一臺儀器設備，當人們要求它工作時，它就能工作，則說它是可靠的；而當人們 要求它工作時，它有時工作，有時不工作，則稱它是不可靠的。最早的可靠性定 義由美國agree在1957年的報告中提出，1966年美國的mil-std-721b又較 正規(guī)地給出了傳統(tǒng)的或經(jīng)典的可靠性定義：“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間 內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”。它為世界各國的標準所引證，我國的gb318-82給出 的可靠性定義也與此相同。這里的產(chǎn)

42、品是泛指的，它可以是一個復雜的系統(tǒng)， 也可以是一個零件。岀廠檢驗合格的產(chǎn)品，在使用壽命期內(nèi)保持其產(chǎn)品質(zhì)量指標的數(shù)值而不致失 效，這就是可靠性問題。因此，可靠性也是產(chǎn)品的一個質(zhì)量指標，而且是與時間 有關(guān)的參量。只有在引進了可靠性指標后，才能和其它質(zhì)量指標一起，對產(chǎn)品質(zhì) 量作全面的評定。從定義可以看出，產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的條件”分不開的。這里所講的 規(guī)定條件包括產(chǎn)品使用時的應力條件（溫度、壓力、振動、沖擊等載荷條件）、環(huán) 境條件（地域、氣候、介質(zhì)等）和貯存條件等。規(guī)定的條件不同，產(chǎn)品的可靠性是 不同的。產(chǎn)品的可靠性又與“規(guī)定的吋間”密切相關(guān)。一般說來，經(jīng)過零件篩選、 整機調(diào)試和跑合后，產(chǎn)品的可

43、靠性水平會有一個較長的穩(wěn)定使用或貯存階段，以 后隨著時間的增長其可靠性水平逐漸降低。產(chǎn)品的可靠性還和“規(guī)定的功能”有 密切的聯(lián)系。一個產(chǎn)品往往具有若干項技術(shù)指標。定義中所說的“規(guī)定功能”是 指產(chǎn)品若干功能的全體，而不是其屮的一部分。在實際工作中，產(chǎn)品往往由于各種偶然因而發(fā)生故障，如零件的突然失效， 應力突然改變，維護或使用不當?shù)?。由于這些原因都具有偶然性，所以對于一個 具體產(chǎn)品來說，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，能否完成規(guī)定的功能是無法事 先知道的。也就是說，這是一個隨機事件。但是，大量的隨機事件中包含著一定 的規(guī)律性，偶然事件屮包含著必然性。我們雖然不能知道發(fā)生故障的確切時刻， 但是可以估計

44、在某時間段內(nèi)，產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力大小。因此，應用概率論 與數(shù)理統(tǒng)計方法對產(chǎn)品的可靠性進行定量計算是可靠性理論的基礎(chǔ)。3. 1.2可靠性參數(shù)體系可靠性參數(shù)用于定量地描述產(chǎn)品的可靠性水平和故障強度，可靠性參數(shù)體系 完整地表達了產(chǎn)品的可靠性特征?？煽啃怨こ体褂玫目煽啃詤?shù)多達數(shù)十個， 參數(shù)的使用隨著工程對象或者裝備類型的不同而變化，在同種裝備中還可能隨 著產(chǎn)品層次的不同而不同。系統(tǒng)級的可靠性參數(shù)一般以可靠度為主；設備級的可 靠性參數(shù)一般以mtbf為主?？煽啃詤?shù)還可分為使用參數(shù)和合同參數(shù)。使用可靠性參數(shù)及指標反映了系 統(tǒng)及其保障因素在計劃的使用和照章環(huán)境屮的可靠性要求，它是從最終用戶的角 度來

45、評價產(chǎn)品的可靠性水平的，如mcsp, mtbm等。合同可靠性參數(shù)及其指標反 映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多的是從產(chǎn)品制造方的角度 來評價產(chǎn)品的可靠性水平，如mtbf, mtbcf等。一般合同可靠性參數(shù)采用固有可靠性值。固有可靠性是指產(chǎn)品從設計到制造 整個過程屮所確定了的內(nèi)在可靠性。一般使用可靠性指標都采用使用可靠性值。 使用可靠性在固有可靠性的基礎(chǔ)上還考慮了使用、維護對產(chǎn)品可靠性的影響，包 括使用維護方法和程序，以及操作人員的技術(shù)熟練程度等。3.2電子元件可靠性及其改善3.2.1電子元件的可靠性電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性兩部分。固有可靠性主要 靠設計和制造等

46、工作來保證，這是元器件生產(chǎn)商的任務。但是國內(nèi)外失效分析 資料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而 是由于使用者對元器件選擇不當或使用有誤造成的.元器件一般都有若干質(zhì)量等 級。質(zhì)量等級是指元器件裝機使用之前，按產(chǎn)品執(zhí)行標準或供需雙方的技術(shù)協(xié) 議，在制造、檢驗及篩選過程中對其質(zhì)量的控制等級。質(zhì)量等級不同，辭件 的可靠性水平也不同，通常，質(zhì)量等級越高，其可靠性水平也越高。因此對元器 件的質(zhì)量等級選擇不當會造成其可靠性水平不符合要求。此外，元器件的使用不 當也容易造成其電性能失效，如在使用中對元器件性能把握不夠、未考慮降額 設計、測試時方法不當或測試儀器接地不當?shù)惹闆r都大大

47、増加了元器件的使用 故障率。3.2.2改善電子系統(tǒng)的使用環(huán)境電子系統(tǒng)的可靠性和使用環(huán)境如何有著極為密切的關(guān)系。元器件的失效率在 不同的使用環(huán)境中和其基本失效率差別很大，通常應以環(huán)境系數(shù)進行修正。美國 于上世紀70年代公布了不同元器件的環(huán)境系數(shù)數(shù)值。原有9種環(huán)境條件，現(xiàn)只 列出較常用和有代表性的4種如下：gb：良好地面環(huán)境。環(huán)境引力接近于“（t,工程操作和維護良好。gf：地面i古i定式的使用環(huán)境。裝在永久性機架上，有足夠的通風冷卻。 由軍事人員維修，通常在不熱的建筑內(nèi)安裝。ns：艦船艙內(nèi)環(huán)境。水面艦船條件，類似于gf。但要受偶然劇烈的沖 擊振動。gm：地面移動式和便攜式的環(huán)境。劣于地面固定式的條

48、件，主要是沖 擊振動。通風冷卻可能受限制，只能進行簡易維修。上述環(huán)境條件下的環(huán)境系數(shù)如表1所列：表1環(huán)境系數(shù)表1環(huán)境系數(shù)tte元器件類型gbgfnsgm集成電路0.21.04.04.0電位器1.02.05.07.0功率型薄膜電阻器1.05.07.512.0說明：=ah- 71 e 式電紙和塑料膜1.02.04.04.0中：容陶瓷1.02.04.04.0實際使用屮的器鋁電介1.02.012.012.0失效率。人基本變壓器1.02.05.03.0失效率兀e環(huán)境系數(shù)繼電軍用1.02.0910器下等質(zhì)暈2.04.02430開關(guān)0.31.01.25.0接插軍用1.04.04.08.0件下等質(zhì)量10161

49、216從表1可以看岀：使用環(huán)境對元器件的失效率影響極大，gm和gb相比失效率要高出410倍。環(huán)境條件的改善往往受使用場合的限制。在設計和生產(chǎn)中 比較容易做得到的就是重視和盡量加強通風冷卻。過高的環(huán)境溫度對元器件的可靠性非常有害：（1）半導體器件（含各種集成電路和二極管，三極管）例如硅三極管以匕/厶=0.5設計（pz使用功率，pr：額定功率），則環(huán)境溫度對可靠性的影響，如表2所列。表2壞境溫度對半導體器件可靠性的影響壞境溫度ta°c205080失效率入500250015000（2）電容器（以固體鉉電容器為例）以515=0.6設計（“滬使用電壓，ur：額定電壓）,則環(huán)境溫度對可 靠性的影

50、響如表3所列。表3環(huán)境溫度對電容器可靠性的影響環(huán)境溫度ta°c205080失效率入52570（3）碳膜電阻器以pd/pr =0.5設計，則環(huán)境溫度對可靠性的影響如表4所列。表4環(huán)境溫度對碳膜電阻器可靠性的影響環(huán)境溫度ta°c205080失效率入124德國的研究報告指出，sk 2型彩色電視機，經(jīng)過合理地設計通風冷卻條件, 使機內(nèi)溫度降低了 10°c左右,結(jié)果平均無故障工作時間mtbf增加2倍，顯著 地改善了可靠性。美國“民兵”洲際導彈的電子系統(tǒng)把環(huán)境溫度嚴格限制于40°co 達到了明顯降低失效率的目的?？梢?，加強通風冷卻十分有益于電子系統(tǒng)的可靠性。國內(nèi)有些

51、部門（如鐵路） 要求系統(tǒng)有很高的可靠性，乂明令不許使用風扇進行強迫通風冷卻。結(jié)果不僅設 備成本提高，可靠性也難以真正保證，人為地造成了許多問題。其實，現(xiàn)在優(yōu)質(zhì) 的風扇可以保證5000060000h的使用壽命（相當于連續(xù)運行6年以上）。更換 風扇比其他部件的維修也省力省時得多。只要在系統(tǒng)設計條件中，規(guī)定風扇即使 不工作，設備依然可以長期正常運行。那么，加強通風冷卻，絕對有利于可靠性, 何樂而不為！3.2.3減小元器件的負荷率元器件實際工作屮的負荷率和失效率z間存在著直接的關(guān)系。因而，元器件 的類型，數(shù)值確定以后，應從可靠性的角度來選擇元器件必須滿足的額定值。如 半導體器件的額定功率、額定電壓、額

52、定電流，電容器的額定電壓，電阻器的額 定功率等等。（1）硅半導體器件環(huán)境溫度ta=50°c, pd/pk對頻率的影響如表5所列。由表5可知，當&/厶=0.8時，失效率比0.2時增加了 1000倍以上。表5 pd/pr對硅半導體器件失效率的影響pdr00.8九3050150700250070002000070000（2）電容器英國曾發(fā)表電容器失效率入正比于工作電壓的5次方的資料，稱為“五次方 定律”,即九ocft。當 u =uj2,后九/25 = ak/32 （幾為額定失效率）當 u=02ur = ur八.25,x=4 /（125）$ =幾/

53、305當電容器工作電壓降低到額定值的50%吋，失效率可以減小32倍之多。（3）碳膜電阻器環(huán)境溫度ta=50°c,美國于上世紀70年代實際使用的軍品數(shù)據(jù)如表6所列。由表6可知，當pd/pr =0.8時，失效率比0.2時增加了 8倍。表6 pd/pr對碳膜電阻器失效率的影響pjpr00.81.0九2.54.07.0以上數(shù)據(jù)表明為了保證可靠性，必須減小元器件的負荷率。例如：美國“民兵”洲際導彈的電子系統(tǒng)規(guī)定元器件的負荷率為0.2。實際使用中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：半導體元務件負荷率應在0.3左右;電容器負荷率（工作電壓和額定電壓之比）最好在0.5左右，一般不要

54、超過0.8；電阻器、電位器、負荷率0.5o總之，對各種元器件的負荷率只要有可能，一般應保持在0.3o不得已時， 通常也應0.5 o3.3通信電源可靠性的指標可靠性是衡量系統(tǒng)和設備的一項重要的綜合性質(zhì)量指標。電源系統(tǒng)可靠性是 衡量通信局（站）電源系統(tǒng)和組成系統(tǒng)各設備的一項綜合性質(zhì)量指標。通信網(wǎng)是由不同等級的通信局（站）和通信局（站）之間的傳輸系統(tǒng)組成。 所以，通信局（站）電源系統(tǒng)可靠性是通信局（站）可靠性的一個組成部分，也 是通信網(wǎng)總體可靠性的一個組成部分。根據(jù)通信局（站）電源系統(tǒng)可靠性指標， 可科學地確定組成電源系統(tǒng)各設備的相應配置。通信電源系統(tǒng)的可靠性指標通常用不可用度來表征：電源系統(tǒng)的不可

55、用度是指電源系統(tǒng)故障時間與故障時間和正常供電時間之 和的比。省會城市和大區(qū)中心通信綜合樞紐（含國際局）、市話匯接局、電報（數(shù)據(jù)） 局、無線局、長途傳輸一級干線站、市話端局以及特別規(guī)定的其他通信局（站）, 電源系統(tǒng)的不可用度應w5x10s即平均20年時間內(nèi)，毎個電源系統(tǒng)故障的累 計時間應5mino地市級城市綜合局、15萬門市話局、長途傳輸二綴干線站或相當?shù)耐ㄐ啪?（站）等，電源系統(tǒng)的不可用度應w1x103即平均20年吋間內(nèi)，每個電源系 統(tǒng)故障的累計時間應wlomin?？h（含縣級市）綜合局、萬門以下市話局，電源系統(tǒng)的不可用度應w5x1（t, 即平均20年時間內(nèi)，每個電源系統(tǒng)故障的累計時間應w50m

56、in。3.4市電供電方式的分類和可靠性指標市電的不可用度是指市電的不可用時間與可用時間和不可用時間之和的比， 即市電不可用度=不可用時間不可用時間合可用時間市電的電壓、頻率不符合通信局（站）電源系統(tǒng)要求的時間為不可用時間。（1）一類市電供電方式一類市電供電方式為從兩個穩(wěn)定可靠的獨立電源引入兩路供電線，兩路供電 線不應有同時檢修停電的供電方式。兩路供電線宜配置備用電源自動投入裝置。一類市電供電方式的不可用度指標：平均月市電故障次數(shù)應w1次，平均每 次故障持續(xù)時間w0.5h。市電的年不可用度應v6.8x 10»（2）二類市電供電方式二類市電供電方式為滿足以下兩個條件之一者：a. 從兩個以上獨立電源構(gòu)成的穩(wěn)定可靠的環(huán)形網(wǎng)上引入一路供電線的供電 方式：b. 從一個穩(wěn)定可靠的電源或從穩(wěn)定可靠的輸電線路上引入一路供電線的供 電方式。二類市電供電方式的不可用度指標：平均月市電故障w3.5次，平均每次市 屯故障持續(xù)時間應w6h,市電的年不可用度應v3x106（3）三類市電供電方式三類市電供電方式為從一個電源引入一路供電線的供電方式。三類市電供電方式的不可用度指標：平均月市電故障w4.5次，平均每次市 電故障持續(xù)時間應w8h,市電