江蘇電信IT設(shè)備高壓直流供電技術(shù)交流課件

IT設(shè)備高壓直流供電技術(shù)交流2010.3.23.主要內(nèi)容一、高壓直流提出的技術(shù)背景二、高壓直流電壓范圍選取三、單管直流供電問題研究（直流供電時(shí)單管長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，安全嗎？）四、高壓直流安全方面的技術(shù)措施五、已驗(yàn)證的負(fù)載六、江蘇電信內(nèi)部推進(jìn)情況

提出“高壓直流供電”的技術(shù)背景技術(shù)背景一、UPS的問題交流UPS供電的模式在通信系統(tǒng)中安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的問題越來越凸顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、能耗高

2、可靠性低

3、維護(hù)、擴(kuò)容難度大

4、建設(shè)成本大技術(shù)背景二、高頻開關(guān)電源技術(shù)普及，生產(chǎn)成本已經(jīng)低于變壓器電源技術(shù)背景三、轉(zhuǎn)型業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)通信、各種增值業(yè)務(wù)平臺(tái)在電信運(yùn)營(yíng)商的比重日趨增大，安全要求、節(jié)能要求與電源保障提出了空前的要求技術(shù)背景——IT設(shè)備電源電路分析1由圖1可見,我們只要輸入一個(gè)范圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路，就同樣能安全滿足IT設(shè)備工作。因?yàn)檩斎攵藳]有工頻變壓器，所以輸入直流不會(huì)產(chǎn)生短路阻抗，就沒有必要非得交流輸入，不用交流也就沒有必要用UPS，由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我們輸入的直流合理配上蓄電池，輔以遠(yuǎn)程監(jiān)控，構(gòu)成一個(gè)可靠的直流供電系統(tǒng)，就可取代UPS交流供電系統(tǒng)。交流輸入輸入濾波整流濾波DC/DC12V5V3.3V圖1.IT設(shè)備電源模塊工作原理示意圖技術(shù)背景——IT設(shè)備電源電路分析26交流供電直流供電12V5V3.3VDC/DC 12V5V3.3VDC/DC 技術(shù)背景——高壓直流供電的可行性1、IT設(shè)備的開關(guān)電源前級(jí)為整流橋,并為后級(jí)提供一個(gè)波動(dòng)的高壓直流2、整流橋后的高壓直流范圍為:DC250-336v(交流輸入為:AC220V)3、對(duì)于直流輸入而言,整流橋可視為直連結(jié)論:

只要在交流輸入端使用合適范圍的高壓直流,IT設(shè)備的開關(guān)電源是可以正常工作的7

高壓直流電壓范圍選取

（一）直流電壓范圍上限計(jì)算（整流二極管最大反向電壓）。通常PC機(jī)或服務(wù)器銘牌標(biāo)明工作電壓范圍180～240V,由此得出電壓上限電壓為240*1.4=336VU高=336V（二）直流電壓范圍下限計(jì)算經(jīng)過對(duì)多種設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，IT設(shè)備電源模塊交流工作電壓在180～240V范圍均能正常工作，根據(jù)IT設(shè)備電源模塊恒功率特性和整流元件直流波形發(fā)熱特性兩方面因素，直流工作電壓最低電壓計(jì)算如下:U低=180*0.9÷1.3×2≈250V單管供電問題研究

由交流輸入供電改成直流輸入供電，IT設(shè)備的電源模塊整流橋路將變成單邊工作，原來兩只整流管同時(shí)工作的模塊，改成單管長(zhǎng)時(shí)間工作，安全問題一直是人們擔(dān)心的。直流供電時(shí)單管長(zhǎng)時(shí)間工作安全嗎？一、整流管工作電流是否在整流管規(guī)定的安全參數(shù)范圍？二、長(zhǎng)期運(yùn)行單管工作散熱量是否比雙管大？圖4.1交流輸入時(shí)整流管電流波形

tT/6

T/3

T/2

2T/35T/6Tti圖4.2直流輸入時(shí)整流管電流波形0.7I

電流計(jì)算通過測(cè)試,IT設(shè)備二次電源基本上是一個(gè)恒功率設(shè)備.當(dāng)交流220V供電時(shí),它的等效直流電壓為200V.如果將交流220V改為直流260V供電,相當(dāng)于電壓提高了30%,也就是說,此時(shí)的輸入電流下降了30%.設(shè)交流額定輸入時(shí),電流為I,則直流輸入時(shí),電流為0.7I。安全問題，結(jié)論1：

高壓直流供電整流管工作電流比交流供電時(shí)??！安全問題－單管供電，發(fā)熱量小整流管等效電阻R也不是一個(gè)常數(shù),根據(jù)二極管的伏安特性，直流輸入狀態(tài)下的R也比交流輸入狀態(tài)下R小。結(jié)論2：交流輸入狀態(tài)下二極管發(fā)熱量比直流輸入至少大于3倍。長(zhǎng)時(shí)間單管直流供電安全嗎？

工作電流小，發(fā)熱小結(jié)論：安全！使用情況－200710月江蘇鹽城開始高壓直流供電試驗(yàn)2007年1０月開始，中國(guó)電信鹽城分公司開始試驗(yàn)高壓直流供電，從辦公PC機(jī)逐步擴(kuò)展到服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（二層交換機(jī)、三層交換機(jī)、光纖交換機(jī)、防火墻等）、磁盤陣列、小型機(jī)、營(yíng)業(yè)廳票據(jù)打印機(jī)等600多臺(tái)，基本覆蓋了分公司全部機(jī)型。鹽城公司從2008年6月份起，凡新裝IT設(shè)備，全部使用高壓直流供電，目前已替換了七套UPS系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)裝表測(cè)量，安全性優(yōu)于UPS,節(jié)能25%以上。解決UPS供電可靠性問題節(jié)能—提升供電效率高壓直流替代UPS使用情況－23套高壓直流供電系統(tǒng)在線運(yùn)行公司機(jī)房名稱主要負(fù)荷名稱及容量改造前原UPS供電情況高壓直流設(shè)備（標(biāo)稱電壓240V，浮充270V）鹽城

多個(gè)數(shù)據(jù)核心機(jī)房

計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等多個(gè)IT業(yè)務(wù)平臺(tái)

能耗大,安全隱患多艾默生、中達(dá)、中恒、動(dòng)力源等8套設(shè)備徐州環(huán)城路局號(hào)百機(jī)房臺(tái)席150、2層和3層交換機(jī)8臺(tái)、服務(wù)器和其他設(shè)備15臺(tái)APCSL60KH（1+1）故障頻發(fā)中達(dá)開關(guān)電源30KVA2套銅山路局?jǐn)?shù)據(jù)核心機(jī)房（MS和SHLR）服務(wù)器7架、其他設(shè)備3架APCSL40KH（1+1）故障頻發(fā)中達(dá)開關(guān)電源20KVA2套無錫北塘分局?jǐn)?shù)據(jù)核心機(jī)房江蘇省號(hào)百平臺(tái)服務(wù)器16架等梅蘭60KVA1+1系統(tǒng)，艾默生60KVA1+1系統(tǒng)中恒開關(guān)電源40KVA3套大浮電信支局IDC客戶托管機(jī)房客戶服務(wù)器30架電信路由器4臺(tái)愛克塞939080KVA2臺(tái)160KVA1臺(tái)中恒開關(guān)電源80KVA2套常州朝陽路局綜調(diào)中心機(jī)房臺(tái)席70、2層和3層交換機(jī)6臺(tái)、服務(wù)器和其他設(shè)備5臺(tái)索克曼UPS30KVA使用10年，故障頻發(fā)，隨時(shí)出現(xiàn)阻斷。中恒開關(guān)電源20KVA1套文化宮路局?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)視訊服務(wù)器6架梅蘭日蘭UPS2+1并機(jī)，3臺(tái)200KVAUPS使用10年中恒開關(guān)電源30KVA1套揚(yáng)州東大樓網(wǎng)管網(wǎng)管APCUPS中恒開關(guān)電源90A1套南京漢中門局小靈通及網(wǎng)管設(shè)備APC40KVA,超齡使用故障頻發(fā)伊頓（愛克賽）1套連云港解放路168機(jī)房168平臺(tái)20KVAUPS故障頻發(fā)中恒開關(guān)電源40A2套使用情況：解決了哪些問題適應(yīng)性強(qiáng)，240V直流供電系統(tǒng)能夠支持IT設(shè)備的主要電源標(biāo)準(zhǔn)（ATX、SSI標(biāo)準(zhǔn)）個(gè)案：CRT顯示器變色、激光打印機(jī)（熱量不夠，墨烤不干）供電系統(tǒng)可靠性大大提高，240V系統(tǒng)最長(zhǎng)使用2年，目前所有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，解決了UPS系統(tǒng)故障頻發(fā)、系統(tǒng)阻斷問題分散供電模式蓄電池直接向負(fù)荷供電擴(kuò)容方便，可維護(hù)性強(qiáng)不存在“零地”電壓差問題節(jié)能效果明顯徐州節(jié)電27%，無錫節(jié)電30%節(jié)省投資40%以上，減少超前投資50%以上全部采用國(guó)產(chǎn)電源設(shè)備IT設(shè)備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢(shì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)操注意事項(xiàng)和存在問題供電系統(tǒng)全程采用雙級(jí)保護(hù)，即正極和負(fù)極均需要安裝空開或熔絲等保護(hù)器件。綜合集裝架內(nèi)一律取消插座。取消保護(hù)接地就近接地的習(xí)慣，直流供電系統(tǒng)范圍內(nèi)全部采用三芯線。IT設(shè)備供電電源“通、斷”避免使用設(shè)備上的鈕子開關(guān)，應(yīng)采用綜合集裝架分配單元上的空開控制。少量IT、IP設(shè)備電源輸入正負(fù)極需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。高壓直流安全方面的技術(shù)措施

1.高壓直流系統(tǒng)及配電設(shè)計(jì)1）前后級(jí)配置，采用熔斷器和空開組合方式；

整流器蓄電池直流屏或頭柜IT機(jī)柜圖一、前后級(jí)配置示意圖

各種情況下應(yīng)不用插座連接，每個(gè)IT設(shè)備的電源模塊均需要對(duì)應(yīng)一個(gè)單級(jí)空開控制，一臺(tái)IT設(shè)備有多個(gè)模塊時(shí)，必須采用多路空開控制，同時(shí)多路空開中盡可能來自不同的電源系統(tǒng)或來自不同的末端分配單元；見圖三、KzK1K2KnK3KzK1K2KnK3圖三、多電源IT設(shè)備供電示意圖模塊一模塊三模塊二模塊四電源1（或分路1）電源2（或分路2）高壓直流安全方面的技術(shù)措施高壓直流安全方面的技術(shù)措施各種情況下不應(yīng)采用空開串聯(lián)方式接入系統(tǒng)，避免降低供電可靠性；IT設(shè)備電源模塊帶有開關(guān)時(shí)，保持開關(guān)在ON狀態(tài)，見圖四圖四IT設(shè)備接入單極控制方式示意圖(1)IT設(shè)備電源插頭（2）IT設(shè)備電源控制開關(guān)（3）電源頭柜空開(3)ONOFF(1)(2)IT設(shè)備電源頭柜

高壓直流系統(tǒng)安裝割接注意事項(xiàng)準(zhǔn)備工作：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)總電流和各機(jī)架總電流，估算高壓直流系統(tǒng)的放電能力，配置適合的熔斷器、空開；制作臨時(shí)分配單元、輸入和輸出正負(fù)極性對(duì)調(diào)的臨時(shí)線，準(zhǔn)備好不同物理形狀插頭的電源線。（目前在網(wǎng)運(yùn)行的至少有3種，大量的是梯形的，大功率的IT設(shè)備是矩形的，部分小型機(jī)采用梯形帶凹槽）采用一路空開控制多路插座插入多個(gè)IT電源模塊的，考慮割接后采用一路空開控制一個(gè)電源模塊的配電方式；高頻開關(guān)電源交流輸入盡可能均分成兩路輸入。不提倡采用雙電源切換裝置，避免增加維護(hù)難度；對(duì)小功率設(shè)備割接時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部沒有軟啟動(dòng)電路，應(yīng)把供電系統(tǒng)浮充電壓調(diào)到260V，防止設(shè)備開機(jī)時(shí)產(chǎn)生故障，待全部設(shè)備割接完成后，浮充電壓再調(diào)回到正常值270V左右；對(duì)于雙電源輸入的IT設(shè)備，割接前要檢查電源模塊是否雙配置，如果是只配置了一個(gè)模塊，應(yīng)按照單電源IT設(shè)備處理，先人工關(guān)機(jī)，再割接電源。系統(tǒng)割接完成后，應(yīng)做一下放電試驗(yàn)，重點(diǎn)檢查從浮充轉(zhuǎn)放電時(shí)的電壓下降幅度，正常情況下，瞬間電壓下降幅度應(yīng)不大于20V。

已被驗(yàn)證的負(fù)載見《采用高壓直流供電的ＩＴ設(shè)備清單》其中普通PC機(jī)有30多種品牌和筆記本有10多個(gè)品牌未統(tǒng)計(jì)，因?yàn)槠胀≒C機(jī)不論何種型號(hào)，均采用ATX標(biāo)準(zhǔn)制造，凡采用ATX標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備全部支持高壓直流，換句話說，PC機(jī)全部支持高壓直流，筆記本有功率大小之分，無論何種筆記本都支持高壓直流，特小的筆記本有可能采用半波整流，可能會(huì)出現(xiàn)正負(fù)極性對(duì)調(diào)問題。另外，液晶電視、非變壓器的手機(jī)充電器、掌上電腦充電器、MP3充電器、機(jī)頂盒電源、VCD、功放等也支持高壓直流?，F(xiàn)代通信大量使用的EPON和GPON設(shè)備，不論哪個(gè)廠家的產(chǎn)品、不論哪個(gè)品牌的產(chǎn)品，全部支持高壓直流?？傊捎诟哳l開關(guān)電源技術(shù)的廣泛使用和便于工業(yè)化生產(chǎn)以及開關(guān)電源成本低于變壓器電源等因素，使得高壓直流直接應(yīng)用于原本需要交流220V供電的場(chǎng)景更多、設(shè)備類型更多、范圍更廣。

《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》已經(jīng)頒發(fā)09年12月1日，由TC4、中國(guó)電信提出的《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求YDB037—2009》通過工信部審查，12月10日頒發(fā)。26已引起通信電源行業(yè)的廣泛關(guān)注，產(chǎn)業(yè)鏈支持不存在問題高頻開關(guān)電源眾多廠家有電力操作電源產(chǎn)品系列；產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)范、明確現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)包括：中達(dá)電通、艾默生、中恒、動(dòng)力源、伊頓等蓄電池?zé)o特殊要求電纜、母線載流量比-48V系統(tǒng)低，現(xiàn)有產(chǎn)品系列基本可以兼容；無特殊要求開關(guān)、熔斷器等控制器件有各種電壓等級(jí)、電流規(guī)格的產(chǎn)品，已經(jīng)通過大量現(xiàn)場(chǎng)障礙模擬實(shí)驗(yàn)（與國(guó)家電力公司的運(yùn)行規(guī)范相背，專利重要權(quán)利之一）發(fā)明專利已通過了受理、審查程序，09年12月開始對(duì)社會(huì)公示27江蘇公司內(nèi)部推進(jìn)措施7、2009年起草了《高壓直流維護(hù)規(guī)范V1.0》、《通信用240V直流開關(guān)電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書（招標(biāo)）》。8、目前除鹽城運(yùn)行8套外，徐州4套、無錫5套、常州2套、揚(yáng)州1套、南京1套、連云港2套（共23套）。蘇州、鎮(zhèn)江即將上線。在用設(shè)備品牌有艾默生、動(dòng)力源、中恒、中達(dá)、伊頓（艾克賽）。9、原有機(jī)房通信設(shè)備采用UPS系統(tǒng)供電的，仍繼續(xù)使用，原