通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及配置方案

1、通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及配置方案河南鐵通工程建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)所河南鐵通工程建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)所2014年年2月月本節(jié)培訓(xùn)目標(biāo) 了解通信電源在通信網(wǎng)絡(luò)中的種類及地位 了解各功能設(shè)備組成 掌握通信電源設(shè)計(jì)中的基本方法1、通信電源在通信網(wǎng)絡(luò)中的種類及地位 1.1通信電源是通信局站的重要組成部分，通常稱為通信設(shè)通信電源是通信局站的重要組成部分，通常稱為通信設(shè)備的備的“心臟心臟”。 1.2通信局站供電的特點(diǎn)：通信局站供電的特點(diǎn)： 重要性：重要性：通信電源故障會(huì)造成大量通信停止運(yùn)行，在政治上、經(jīng)濟(jì)上給國(guó)家集體或個(gè)人造成重大損失。 復(fù)雜性復(fù)雜性：通信電源用電功率大小不一，但供電質(zhì)量要求高，可靠性高。 電壓種類電

2、壓種類：主要有直流：24V、-48V；交流：220V、380V，供電質(zhì)量要求高。 設(shè)備配置設(shè)備配置：冗于度較大，設(shè)備種類較多。2、通信設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的要求 2.1通信設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的要求： （1）可靠 （2）穩(wěn)定 （3）小型 （4）高效率 （1）可靠 交流電源供電的通信設(shè)備都應(yīng)當(dāng)采用交流不間斷電源(UPS)。 在直流供電系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采用電池并聯(lián)浮充供電方式。 必須提高各種通信電源設(shè)備的可靠性，可靠性第一，節(jié)能第二，節(jié)能應(yīng)服從于可靠性的設(shè)計(jì)原則。 （2）穩(wěn)定：各種通信設(shè)備都要求電源電壓穩(wěn)定，不能超過(guò)允許變化范圍。一般通信設(shè)備都由穩(wěn)壓電源供電。 （3）小型：為了適應(yīng)通信設(shè)備的發(fā)展，電源裝置也必須實(shí)

3、現(xiàn)小型化、集成化。 （4）高效率：必須采用各種節(jié)能措施，提高能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益。3.典型通信局站交（直）流供電系統(tǒng)原理圖交（直）流供電系統(tǒng)原理圖 3.1通信局站交流供電系統(tǒng)原理圖交流供電系統(tǒng)原理圖 北站電源系統(tǒng)圖北站電源系統(tǒng)圖 3.2通信局站直流供電系統(tǒng)原理圖 中心所中心所6樓電源系統(tǒng)圖樓電源系統(tǒng)圖3.典型通信局站交（直）流供電系統(tǒng)原理圖交（直）流供電系統(tǒng)原理圖4.通信電源設(shè)計(jì)的特點(diǎn)通信電源設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 設(shè)計(jì)周期較其他專業(yè)短：設(shè)計(jì)周期較其他專業(yè)短：通信電源設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)在通信設(shè)備的方案最終確定后才能提供。 供電系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立供電系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立：各局所設(shè)備之間不存在功能連接，僅有下級(jí)局所向上級(jí)傳送信

4、號(hào)監(jiān)控的功能。 設(shè)備種類品多：設(shè)備種類品多：同類產(chǎn)品間采用技術(shù)手段分散。 需要掌握的知識(shí)面較廣：需要掌握的知識(shí)面較廣：如發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)知識(shí)、流體力學(xué)、聲學(xué)、微電子知識(shí)、電化學(xué)、機(jī)械工程等。5.通信局站供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通信局站供電系統(tǒng)的三種形式： 5.1集中供電； 5.2分散供電； 5.3混合供電；5.1 集中供電集中供電5.2 分散供電分散供電 交流供電系統(tǒng)仍采用集中供電方式，直流供電系統(tǒng)采取分散供電方式，可分樓層設(shè)置，也可按各通信系統(tǒng)設(shè)置。 分散供電方式的優(yōu)點(diǎn)分散供電方式的優(yōu)點(diǎn) a.可適應(yīng)超大容量通信摳紐的要求 b.當(dāng)電源出現(xiàn)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，提高效率

5、5.3 混合供電 組成組成：太陽(yáng)能電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、低壓市電、 蓄電池組、整流配電設(shè)備及移動(dòng)電站等 供電方式供電方式：交流市電電源與太陽(yáng)能電源(或風(fēng) 力發(fā)電機(jī))組成的混合供電方式 6.電源設(shè)備配置原則電源設(shè)備配置原則 依據(jù)：通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范(YD/T 5040-2005)； 通信用交流配電設(shè)備，按系統(tǒng)遠(yuǎn)期配置； 通信用直流配電設(shè)備，按系統(tǒng)近期配置； 整流設(shè)備，按系統(tǒng)近期配置； 蓄電池組，按系統(tǒng)近期配置。 （近期為建成投產(chǎn)后35年）7.通信局站蓄電池配置 7.1配置原則配置原則 一般局站設(shè)二組相同容量的蓄電池組。一體化模塊局等小容量局站可設(shè)一組100AH或200AH蓄電池。200AH

6、電池可由同廠家、同型號(hào)、同容量、出廠日期相差不足一年的兩組100AH蓄電池并聯(lián)使用。 對(duì)于既有電池組，當(dāng)電池組中僅有少數(shù)2V電池老化時(shí)，在電池組使用時(shí)間較短（三年左右）并且其余電池的質(zhì)量較好時(shí)可單塊更換，不然則應(yīng)全部更換。 單組電池容量在200AH及以下時(shí)，采用12V單體電池，大于200AH時(shí)，采用2V單體電池。 新設(shè)電池組應(yīng)使用閥控密封免維護(hù)電池。 7.2容量計(jì)算容量計(jì)算 蓄電池組（一組或兩組）總?cè)萘?，按?guī)范中下式計(jì)算： 其中: Q蓄電池容量(Ah)； K安全系數(shù)1.25； I負(fù)荷電流(A)； T放電小時(shí)數(shù)(h)； 放電容量系數(shù)； t電池室最低溫度，有采暖設(shè)備時(shí)取15，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)取5?？紤]

7、到許多局點(diǎn)電池與其他設(shè)備裝在同一機(jī)房，另外，交流停電大部分發(fā)生在夏天，所以一般應(yīng)取t=15； 電池溫度系數(shù)，當(dāng)10放電小時(shí)率時(shí)，取0.008)25(1 tKITQ電池容量計(jì)算表市電分類市電分類：市市電電類類別別 月月停停電電次次數(shù)數(shù) 每每次次故故障障時(shí)時(shí)間間供供電電回回路路數(shù)數(shù)110.5h獨(dú)獨(dú)立立可可靠靠?jī)蓛陕仿?3.56h可可靠靠一一路路34.58h一一路路4經(jīng)經(jīng)常常晝晝夜夜停停電電、供供電電無(wú)無(wú)保保證證一一路路8.整流及配電設(shè)備配置原則整流及配電設(shè)備配置原則 8.1設(shè)備配置原則設(shè)備配置原則 較大通信局站一般分設(shè)交流配電屏、直流配電屏和開(kāi)關(guān)整流器，甚至設(shè)多套設(shè)備，分散供電；較小局站則設(shè)一套組

8、合電源架。 配電設(shè)備容量宜按遠(yuǎn)期容量配置，整流模塊按近期容量配置。 8.2、整流模塊容量計(jì)算、整流模塊容量計(jì)算 整流器容量整流器容量IZ配置計(jì)算公式如下：配置計(jì)算公式如下： IZ=I+KQ（假定同時(shí)給負(fù)載供電及為電池充電）（假定同時(shí)給負(fù)載供電及為電池充電） IZ：計(jì)算的整流器總?cè)萘?，單位安培?I：近期或終期負(fù)荷電流，單位安培； K：電池備用系數(shù)。1+1備份取2； ：充電系數(shù)，取值為0.1； ：10小時(shí)放電率電池容量，單位Ah。 按通信電源設(shè)計(jì)規(guī)范，整流模塊數(shù)應(yīng)按n+1冗余方式確定，當(dāng)主用模塊數(shù)n10時(shí)備1塊，n10時(shí)備2塊。 8.3、整流設(shè)備價(jià)格、整流設(shè)備價(jià)格 整流設(shè)備價(jià)格估算中應(yīng)注意開(kāi)關(guān)電

9、源包括機(jī)架（整流屏）、整流模塊、監(jiān)控模塊，分別計(jì)價(jià)。 8.4、整流設(shè)備輸入交流、整流設(shè)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(jī)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?cè)萘看髸r(shí)外電也可用三相，以保持電網(wǎng)平衡，此時(shí)多個(gè)模塊應(yīng)分接在不同相。小通信機(jī)房一般應(yīng)采用單相，因?yàn)橥ｋ姇r(shí)要送發(fā)電機(jī)供電，而小功率（5kVA及以下）發(fā)電機(jī)都是單相的。9.逆變器和UPS 9.1 基本概念基本概念 （1）逆變器和UPS的主要區(qū)別是前者利用通信站既有基礎(chǔ)電池（48V），后者另配電池。兩者都要輸入交流電源，只是前者不對(duì)蓄電池充電，后者要對(duì)蓄電池充電。由于UPS可按需

10、自備高壓電池，所以可實(shí)現(xiàn)大功率輸出。 （2）UPS分在線式、互動(dòng)式、后備式幾種運(yùn)行方式。在線式UPS系統(tǒng)輸出質(zhì)量高，可靠性高，并確保用戶負(fù)載同普通的市電電源處于電隔離狀態(tài)，最適合現(xiàn)代通信系統(tǒng)及算計(jì)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 （3）UPS容量大于15kVA時(shí)應(yīng)采用三進(jìn)三出，小于15kVA時(shí)，采用三進(jìn)單出或單進(jìn)單出。 （4）為提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性，一般采用冗余方式，最常見(jiàn)的是并聯(lián)冗余方式。 上圖是業(yè)務(wù)支撐中心雙機(jī)冗余熱備份（即1+1）方式運(yùn)行的UPS電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （5） UPS的容量確定：規(guī)范規(guī)定UPS的容量應(yīng)按近期（投產(chǎn)后35年）負(fù)荷配置，遠(yuǎn)期負(fù)荷增加不大時(shí)可按遠(yuǎn)期配置。 但由于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，實(shí)

11、際近期負(fù)荷可能難以預(yù)料。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初裝容量不要大于當(dāng)前負(fù)荷的4倍。 （6）UPS設(shè)計(jì)中應(yīng)牢記：可靠性第一，節(jié)能第二，節(jié)能應(yīng)服從于可靠性的設(shè)計(jì)原則。 （7）UPS的輸出功率因數(shù)，通常按0.8來(lái)計(jì)算。 有文章給出了UPS的負(fù)載率和效率的關(guān)系，在負(fù)載率達(dá)到25%時(shí)，效率可達(dá)到90%，而負(fù)載率為15%時(shí)，效率僅為55%。 低效率引起很多問(wèn)題，一是浪費(fèi)電能，例如對(duì)15kVA負(fù)載供電，UPS選用100kVA比選用30kVA每年多支出電費(fèi)7萬(wàn)多元；二是增加建設(shè)投資，UPS價(jià)格基本與容量成正比；三是降低使用壽命，因?yàn)樾实鸵馕吨旧頁(yè)p耗大，即發(fā)熱多，加快了元器件的老化。 例如標(biāo)稱容量為120kVA的UPS，在

12、負(fù)載功率因數(shù)為0.8時(shí)，負(fù)載最大有功功率為120*0.8=96kW，逆變器的輸出功率也是96kW，輸出電流為96000/(380*1.732)=146A9.2 UPS9.2 UPS蓄電池容量計(jì)算蓄電池容量計(jì)算 UPS蓄電池組的容量取決于UPS容量和備用放電時(shí)間。蓄電池容量的計(jì)算方法是首先按下式計(jì)算蓄電池的放電電流，再用前述蓄電池容量計(jì)算公式算出電池容量。式中：I為蓄電池放電電流（A）； S為已選定的單臺(tái)UPS的額定容量（kVA）； 0.8為UPS輸出功率因數(shù)； 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(shí)的電壓（V）（2V單體

13、電池放電終了電壓為1.85V 舉例：通信段洛陽(yáng)無(wú)線網(wǎng)控制中心設(shè)一臺(tái)UPS，供電范圍包括控制設(shè)備、管理終端和中繼光端機(jī)，總耗電約1000W，所以UPS額定容量應(yīng)不小于1000/0.8=1429VA，按UPS容量系列，設(shè)2kVA單進(jìn)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(shí)間。放電電流由上式求出，其中S應(yīng)取實(shí)際輸出視在功率而不是設(shè)備視在功率，即S*0.8應(yīng)取實(shí)際有功功率1kW。上式中取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(shí)間4小時(shí)，利用公式即可計(jì)算出電池容量，其中K=1.25，I=2

14、8.15，T=4，=0.79，=0.008，t=15，得Q=193.65AH，取蓄電池容量200AH，即采用4塊12V、200AH電池串聯(lián)或24塊2V、200AH電池串聯(lián)。10.通信局站交流用電估算 通信局站主要用電內(nèi)容包括：通信設(shè)備用電（包括直流、交流直供、UPS）、空調(diào)用電、照明用電等。 此項(xiàng)估算主要用于：向供電局申請(qǐng)用電容量、確定局站專用變壓器容量、計(jì)算油機(jī)容量、選擇交流電源線截面 （1）開(kāi)關(guān)電源：交流輸入有功功率等于其直流輸出功率除以其效率，即Py=IU/。在開(kāi)關(guān)電源輸出功率大于1500W時(shí)，0.9。 （2）UPS：多按標(biāo)稱輸出功率的2倍計(jì)算。（反向諧波影響） （3）空調(diào)：機(jī)房空調(diào)主要

15、用制冷抵消設(shè)備余熱，機(jī)房的余熱除由設(shè)備發(fā)熱產(chǎn)生外，還有通過(guò)墻體、門(mén)窗傳導(dǎo)的熱量和空氣對(duì)流的熱量，還有照明燈具產(chǎn)生的熱量和人體產(chǎn)生的熱量等。 空調(diào)的制冷功率至少應(yīng)等于設(shè)備的耗電功率。其他幾項(xiàng)熱源可近似認(rèn)為占設(shè)備熱量的20%，再考慮冷氣不會(huì)均勻地抵達(dá)每一處發(fā)熱的地點(diǎn)，所以還要計(jì)入一定余量，可按10%。 機(jī)房所需空調(diào)制冷功率還與送風(fēng)方式有關(guān)（下送風(fēng)約比上送風(fēng)省25%）。 空調(diào)行業(yè)常以“匹”作為制冷速率單位，一匹=2000千卡/小時(shí)，換算成制冷功率單位以W表示時(shí)，一匹=2000/1.163=2325W。通常空調(diào)行業(yè)把制冷功率2200-2600W都稱為一匹，3200-3600W為1.5匹，4500-55

16、00W為2匹等。11. 發(fā)電機(jī) 11.1 配置原則 一、二類通信樞紐應(yīng)配置滿足通信負(fù)載（含通信機(jī)房空調(diào)用電）容量要求的發(fā)電機(jī)。 同一市區(qū)至少應(yīng)有一臺(tái)能滿足最大負(fù)荷的局站（上述一、二類樞紐除外）使用的流動(dòng)發(fā)電機(jī)。 邊遠(yuǎn)縣應(yīng)配能滿足最大負(fù)荷局站的發(fā)電機(jī)。 10kVA及以下發(fā)電機(jī)應(yīng)采用汽油發(fā)電機(jī)，以便搬運(yùn)，更大功率則采用拖車式或固定安裝式柴油發(fā)電機(jī)。 5kW及以下采用單相發(fā)電機(jī)，更大功率采用三相發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)應(yīng)具有消噪音裝置，以保證在使用中符合國(guó)家關(guān)于噪音的環(huán)保要求。 11.2 容量計(jì)算 發(fā)電機(jī)功率P應(yīng)滿足直流電源的浮充功率P1、蓄電池組的充電功率P2、機(jī)房保證空調(diào)功率Pk、機(jī)房保證照明功率Pz和

17、UPS功率Ps。因此，可按下式計(jì)算發(fā)電機(jī)的額定有功功率： （kW） 其中：I為負(fù)荷電流和充電電流之和，56.4為電池均充電壓，0.9為開(kāi)關(guān)整流器效率，Pk為空調(diào)功率，Pz為保證照明功率（可按68W/m2）估算，每局站12kW），Ps為UPS功率。12.交直流電源線配線 12.1 相關(guān)規(guī)定 按97年通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，“機(jī)房?jī)?nèi)的交流導(dǎo)線應(yīng)采用阻燃型電纜”。而05年規(guī)范則要求“機(jī)房?jī)?nèi)的導(dǎo)線應(yīng)采用非延燃電纜”，即全部導(dǎo)線。 一般應(yīng)采用銅質(zhì)配線，但和鋁質(zhì)架空電力線相接的引入線必須采用鋁芯電力電纜，以防在桿上連接處不同金屬產(chǎn)生電化腐蝕。 在同一路徑內(nèi)，交流與直流電源線應(yīng)間隔100mm以上。 為

18、便于備料，用量很少且線徑相近的線纜類型可以向大線徑合并。 12.2 交流電源線 （1）在確定每段導(dǎo)線載面時(shí)，則應(yīng)依據(jù)該段導(dǎo)線上的視在功率P計(jì)算其中電流。 對(duì)于單相供電，線電流 ；對(duì)于三相供電，線電流 。 用于室內(nèi)的聚氯乙烯絕緣交流電力電纜在空氣中敷設(shè)時(shí)的安全載流量如下表（假定為四芯電纜，導(dǎo)線溫度65，環(huán)境溫度30）： 以往標(biāo)準(zhǔn)要求零線（中性線）線徑為相線的50%，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定交流中性線應(yīng)采用與相線相等截面的導(dǎo)線。在條文說(shuō)明中又說(shuō)“供給開(kāi)關(guān)電源及UPS等非線性負(fù)載的交流電纜中性線應(yīng)采用與相線相等截面的導(dǎo)線”，原因是非線性負(fù)載產(chǎn)生大量諧波，這些諧波在零線上不能相互抵消而是相互疊加，使零線上壓降增大，發(fā)熱嚴(yán)重，因而線徑宜大些。 12.3 直流電源線 導(dǎo)線截面按蓄電池放電回路全程壓降計(jì)算。全程壓降標(biāo)準(zhǔn)為3.2V，即電池放電最低電壓為1.8*24=43.2V 全程壓降包括配線壓降和配電設(shè)備壓降，后者按規(guī)定不大于0.5V，所以配電設(shè)備壓降可直接取0.5V。配線壓降可用 計(jì)算，對(duì)于銅線，取57。 12.4 地線 設(shè)