通信電源系統(tǒng)設計原則及配置方案

1、通信電源系統(tǒng)設計原則及配置方案河南鐵通工程建設有限公司設計所河南鐵通工程建設有限公司設計所2014年年2月月本節(jié)培訓目標 了解通信電源在通信網絡中的種類及地位 了解各功能設備組成 掌握通信電源設計中的基本方法1、通信電源在通信網絡中的種類及地位 1.1通信電源是通信局站的重要組成部分，通常稱為通信設通信電源是通信局站的重要組成部分，通常稱為通信設備的備的“心臟心臟”。 1.2通信局站供電的特點：通信局站供電的特點： 重要性：重要性：通信電源故障會造成大量通信停止運行，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。 電壓種類電

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

3、現小型化、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濟效益。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.通信電源設計的特點通信電源設計的特點 設計周期較其他專業(yè)短：設計周期較其他專業(yè)短：通信電源設計的計算依據在通信設備的方案最終確定后才能提供。 供電系統(tǒng)相對獨立供電系統(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

4、號監(jiān)控的功能。 設備種類品多：設備種類品多：同類產品間采用技術手段分散。 需要掌握的知識面較廣：需要掌握的知識面較廣：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。5.通信局站供電系統(tǒng)設計 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，可分樓層設置，也可按各通信系統(tǒng)設置。 分散供電方式的優(yōu)點分散供電方式的優(yōu)點 a.可適應超大容量通信摳紐的要求 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，提高效率

5、5.3 混合供電 組成組成：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)組成的混合供電方式 6.電源設備配置原則電源設備配置原則 依據：通信電源設備安裝工程設計規(guī)范(YD/T 5040-2005)； 通信用交流配電設備，按系統(tǒng)遠期配置； 通信用直流配電設備，按系統(tǒng)近期配置； 整流設備，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一組100AH或200AH蓄電池。200AH

6、電池可由同廠家、同型號、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。 對于既有電池組，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）并且其余電池的質量較好時可單塊更換，不然則應全部更換。 單組電池容量在200AH及以下時，采用12V單體電池，大于200AH時，采用2V單體電池。 新設電池組應使用閥控密封免維護電池。 7.2容量計算容量計算 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)； 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]

7、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，所以一般應取t=15； 電池溫度系數，當10放電小時率時，取0.008)25(1 tKITQ電池容量計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數 每每次次故故障障時時間間供供電電回回路路數數110.5h獨獨立立可可靠靠兩兩路路23.56h可可靠靠一一路路34.58h一一路路4經經常常晝晝夜夜停停電電、供供電電無無保保證證一一路路8.整流及配電設備配置原則整流及配電設備配置原則 8.1設備配置原則設備配置原則 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

8、合電源架。 配電設備容量宜按遠期容量配置，整流模塊按近期容量配置。 8.2、整流模塊容量計算、整流模塊容量計算 整流器容量整流器容量IZ配置計算公式如下：配置計算公式如下： IZ=I+KQ（假定同時給負載供電及為電池充電）（假定同時給負載供電及為電池充電） IZ：計算的整流器總容量，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； ：充電系數，取值為0.1； ：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n10時備1塊，n10時備2塊。 8.3、整流設備價格、整流設備價格 整流設備價格估算中應注意開關電

9、源包括機架（整流屏）、整流模塊、監(jiān)控模塊，分別計價。 8.4、整流設備輸入交流、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，此時多個模塊應分接在不同相。小通信機房一般應采用單相，因為停電時要送發(fā)電機供電，而小功率（5kVA及以下）發(fā)電機都是單相的。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，只是前者不對蓄電池充電，后者要對蓄電池充電。由于UPS可按需

10、自備高壓電池，所以可實現大功率輸出。 （2）UPS分在線式、互動式、后備式幾種運行方式。在線式UPS系統(tǒng)輸出質量高，可靠性高，并確保用戶負載同普通的市電電源處于電隔離狀態(tài)，最適合現代通信系統(tǒng)及算計機網絡的應用。 （3）UPS容量大于15kVA時應采用三進三出，小于15kVA時，采用三進單出或單進單出。 （4）為提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性，一般采用冗余方式，最常見的是并聯(lián)冗余方式。 上圖是業(yè)務支撐中心雙機冗余熱備份（即1+1）方式運行的UPS電源系統(tǒng)結構簡圖 （5） UPS的容量確定：規(guī)范規(guī)定UPS的容量應按近期（投產后35年）負荷配置，遠期負荷增加不大時可按遠期配置。 但由于互聯(lián)網發(fā)展迅速，實

11、際近期負荷可能難以預料。根據經驗，初裝容量不要大于當前負荷的4倍。 （6）UPS設計中應牢記：可靠性第一，節(jié)能第二，節(jié)能應服從于可靠性的設計原則。 （7）UPS的輸出功率因數，通常按0.8來計算。 有文章給出了UPS的負載率和效率的關系，在負載率達到25%時，效率可達到90%，而負載率為15%時，效率僅為55%。 低效率引起很多問題，一是浪費電能，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；三是降低使用壽命，因為效率低意味著本身損耗大，即發(fā)熱多，加快了元器件的老化。 例如標稱容量為120kVA的UPS，在

12、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蓄電池容量計算蓄電池容量計算 UPS蓄電池組的容量取決于UPS容量和備用放電時間。蓄電池容量的計算方法是首先按下式計算蓄電池的放電電流，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為已選定的單臺UPS的額定容量（kVA）； 0.8為UPS輸出功率因數； 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，所以UPS額定容量應不小于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=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 （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，即Py=IU/。在開關電源輸出功率大于1500W時，0.9。 （2）UPS：多按標稱輸出功率的2倍計算。（反向諧波影響） （3）空調：機房空調主要

15、用制冷抵消設備余熱，機房的余熱除由設備發(fā)熱產生外，還有通過墻體、門窗傳導的熱量和空氣對流的熱量，還有照明燈具產生的熱量和人體產生的熱量等。 空調的制冷功率至少應等于設備的耗電功率。其他幾項熱源可近似認為占設備熱量的20%，再考慮冷氣不會均勻地抵達每一處發(fā)熱的地點，所以還要計入一定余量，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%）。 空調行業(yè)常以“匹”作為制冷速率單位，一匹=2000千卡/小時，換算成制冷功率單位以W表示時，一匹=2000/1.163=2325W。通?？照{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 11.1 配置原則 一、二類通信樞紐應配置滿足通信負載（含通信機房空調用電）容量要求的發(fā)電機。 同一市區(qū)至少應有一臺能滿足最大負荷的局站（上述一、二類樞紐除外）使用的流動發(fā)電機。 邊遠縣應配能滿足最大負荷局站的發(fā)電機。 10kVA及以下發(fā)電機應采用汽油發(fā)電機，以便搬運，更大功率則采用拖車式或固定安裝式柴油發(fā)電機。 5kW及以下采用單相發(fā)電機，更大功率采用三相發(fā)電機。 發(fā)電機應具有消噪音裝置，以保證在使用中符合國家關于噪音的環(huán)保要求。 11.2 容量計算 發(fā)電機功率P應滿足直流電源的浮充功率P1、蓄電池組的充電功率P2、機房保證空調功率Pk、機房保證照明功率Pz和

17、UPS功率Ps。因此，可按下式計算發(fā)電機的額定有功功率： （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 相關規(guī)定 按97年通信電源設備安裝設計規(guī)范規(guī)定，“機房內的交流導線應采用阻燃型電纜”。而05年規(guī)范則要求“機房內的導線應采用非延燃電纜”，即全部導線。 一般應采用銅質配線，但和鋁質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生電化腐蝕。 在同一路徑內，交流與直流電源線應間隔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）在確定每段導線載面時，則應依據該段導線上的視在功率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 。 用于室內的聚氯乙烯絕緣交流電力電纜在空氣中敷設時的安全載流量如下表（假定為四芯電纜，導線溫度65，環(huán)境溫度30）： 以往標準要求零線（中性線）線徑為相線的50%，現行規(guī)范規(guī)定交流中性線應采用與相線相等截面的導線。在條文說明中又說“供給開關電源及UPS等非線性負載的交流電纜中性線應采用與相線相等截面的導線”，原因是非線性負載產生大量諧波，這些諧波在零線上不能相互抵消而是相互疊加，使零線上壓降增大，發(fā)熱嚴重，因而線徑宜大些。 12.3 直流電源線 導線截面按蓄電池放電回路全程壓降計算。全程壓降標準為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備壓降，后者按規(guī)定不大于0.5V，所以配電設備壓降可直接取0.5V。配線壓降可用 計算，對于銅線，取57。 12.4 地線 設