電源建設(shè)及維護(hù)中的幾點(diǎn)考慮

一、關(guān)于開關(guān)電源和發(fā)電機(jī)組匹配的問(wèn)題（主要基站發(fā)電時(shí)）

問(wèn)題一：發(fā)電機(jī)組和開關(guān)電源不匹配的問(wèn)題可能會(huì)使發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定，震動(dòng)加大。例如發(fā)電機(jī)的空載電壓為230V ，在增加開關(guān)電源負(fù)載后輸出電壓可能增至250V ，我們的維護(hù)人員可能會(huì)到發(fā)電機(jī)組上去查找原因，造成這種狀況的原因大多是負(fù)載和發(fā)電機(jī)組的不匹配造成的。

高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的整流模塊均屬于容性負(fù)載，所謂容性負(fù)載就是負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓（功率因數(shù)超前），該電流與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電流矢量相加后使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增加，其產(chǎn)生的助磁作用導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓上升，負(fù)載電流越大，電壓上升越高，發(fā)電機(jī)震動(dòng)越大。

問(wèn)題二：造成發(fā)電機(jī)輸出功率不足的問(wèn)題。例如50A 的模塊，

以為開關(guān)電源的特殊性（自身是容性負(fù)載），要求供電要有較大的冗余。例如某開關(guān)電源廠家的使用說(shuō)明中：“整流模塊的容量不宜超過(guò)發(fā)電機(jī)組容量的30%，否則整流器產(chǎn)生的高次諧波電流流過(guò)同步發(fā)電機(jī)組定子繞組時(shí)，電壓波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，一方面造成發(fā)電機(jī)組的不穩(wěn)定運(yùn)行和機(jī)械振動(dòng)，另一方面諧波電流造成發(fā)電機(jī)過(guò)熱，加速電機(jī)的絕緣老化等”。由于整流模塊采用了不同品牌，在計(jì)算發(fā)電機(jī)容量時(shí)最好按照1：2來(lái)計(jì)算，例如6000VA的發(fā)電機(jī)組最好帶載3000VA 開關(guān)電源（容性負(fù)載），發(fā)電機(jī)剩余的容量可帶感性負(fù)載或者阻性負(fù)載，這樣發(fā)電機(jī)的輸出特性會(huì)有大大的改善。

以上問(wèn)題的解決方法，首先是增加發(fā)電機(jī)的容量，可以采用容量較小的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)容量較大的發(fā)電機(jī)，這樣就可以滿足整流模塊對(duì)發(fā)電機(jī)容量的要求，也可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的利用效率。

其次就是降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用電感和電容相復(fù)勵(lì)的小發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓成正比，降低轉(zhuǎn)速，就降低了空載電壓，當(dāng)帶載開關(guān)電源等純?nèi)菪载?fù)載時(shí)，輸出電壓會(huì)上升，前提是負(fù)載和發(fā)電機(jī)的容量比為1：2，只有按這個(gè)比例才能降低轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)的輸出功率不會(huì)受影響。

二、關(guān)于直流開關(guān)電源的雙電源配置和單電源配置的比較

1、關(guān)于雙系統(tǒng)供電問(wèn)題的探討

我公司現(xiàn)有核心網(wǎng)機(jī)房所有直流設(shè)備均是采用從一套電源系統(tǒng)引接電源，所謂的雙路供電只是在一套電源系統(tǒng)上兩個(gè)不同保險(xiǎn)引接而已，這樣的話存在很大的隱患性，即電源系統(tǒng)是一個(gè)瓶頸，如果電源系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，其上所有負(fù)載均會(huì)癱瘓。電路引接圖如圖1所示

　
圖1

為提高供電質(zhì)量，我們可以采用另外一種雙路供電的方式來(lái)提高現(xiàn)有電網(wǎng)的可靠性，主設(shè)備的DC柜可以從兩套不同電源系統(tǒng)的直流屏上引接電源這樣就可以解決直流電源系統(tǒng)得供電瓶頸問(wèn)題，從始至終的實(shí)現(xiàn)雙電源供電。供電系統(tǒng)圖如圖2所示

　
圖2

從圖示來(lái)看，明顯的第二種供電方式比第一種要可靠，下面我們就分析一下兩種供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

方式一的缺點(diǎn)：前面已經(jīng)闡述了，不能形成真正的雙路供電，存在單點(diǎn)瓶頸問(wèn)題。（有監(jiān)控的情況下，并且故障在維修有保障的情況下，可靠性還是很高）

方式二的缺點(diǎn)：在兩套電源設(shè)備都正常工作時(shí)，兩電路上都可有電流，我們必須按照極限情況來(lái)考慮電源的配置，即每一套系統(tǒng)帶載能力都不能超過(guò)其設(shè)計(jì)電流的50%，必須要滿足在一套系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)全部負(fù)載能夠轉(zhuǎn)到另一套系統(tǒng)上來(lái)。首先帶來(lái)的問(wèn)題就是投資增大，還有每套的負(fù)載小了，電源總套數(shù)增加，需要更大的電力室，在河北移動(dòng)的核心網(wǎng)機(jī)房中，電力室一直比較緊張。考慮這種供電模式時(shí)還有兩個(gè)方面要注意。
　　
方式二相比方式一的優(yōu)點(diǎn)，供電可靠性大大提高。

對(duì)于由兩套分系統(tǒng)組成的并聯(lián)電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只要由一個(gè)系統(tǒng)能工作，整個(gè)電源系統(tǒng)就能正常工作，或者說(shuō)只有當(dāng)所有的分系統(tǒng)都出現(xiàn)故障時(shí)，才會(huì)使電源系統(tǒng)不能正常工作。

對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)：

        MTBF系統(tǒng)= MTBF子系統(tǒng)（1＋1／2＋1／3＋……1／m）

式中MTBF系統(tǒng)表示系統(tǒng)的可靠性, MTBF子系統(tǒng)表示子系統(tǒng)的可靠性, m 是并聯(lián)子系統(tǒng)的個(gè)數(shù)。
對(duì)于兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MTBF系統(tǒng)= MTBF子系統(tǒng)（1＋1／2）＝3／2 MTBF子系統(tǒng)。所以雙電源系統(tǒng)MTBF為單電源系統(tǒng)的1.5倍。

實(shí)際上，在有監(jiān)控的情況下，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障的電源系統(tǒng)維修，可以大大降低整個(gè)系統(tǒng)的故障率，雙電源系統(tǒng)的可靠性水平遠(yuǎn)高于上述值。

采用方式二供電的情況下主設(shè)備配電柜最好用高阻配電柜：
　　
由于兩套電源系統(tǒng)接同一個(gè)負(fù)載。如果單路負(fù)載短路會(huì)波及兩套電源的輸出，從而造成全部負(fù)載瞬間斷電，所以為了保證一路負(fù)載短路時(shí)不影響其它路負(fù)載的供電，配電柜宜采用高阻配電方式。（用不用高阻配電柜取決于主設(shè)備廠家，現(xiàn)在用此種配電柜的廠家主要有愛(ài)立信，其它廠家很少）。

2、雙電源系統(tǒng)供電的模式下一些問(wèn)題的解釋

a）市電正常

兩套系統(tǒng)電池浮充，同時(shí)為兩套通信設(shè)備供電，負(fù)載分擔(dān)。

圖3A：主設(shè)備內(nèi)部電源模塊形式1

圖3B：主設(shè)備內(nèi)部電源模塊形式2

支持兩路供電的通信設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)部，兩路-48V首先通過(guò)不同的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成合適的電壓等級(jí)（如+5V等）并聯(lián)給負(fù)載供電（如圖3A），也可以通過(guò)二極管先隔離并聯(lián)后由一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換給設(shè)備內(nèi)部供電（如圖3B）。由于兩路-48V給主設(shè)備供電時(shí)，兩路電源的浮充電壓不完全一致，或者配電回路的阻抗不完全一致，所以兩路電流不會(huì)完全均分。

b）市電停電
　　
市電停電后，兩套電源的電池同時(shí)為主設(shè)備供電。

由于兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，充電時(shí)兩個(gè)電池組都可以充滿。放電時(shí)電池性能的差異會(huì)導(dǎo)致兩路電池放電電流不同，落后電池由于內(nèi)阻稍大，放電電流偏小。特性好電池組會(huì)承擔(dān)較多的負(fù)載電流。對(duì)電池壽命影響不大。

c）一套直流電源出故障
　　
一套直流電源故障，全部負(fù)載由另一套電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)供電。故障電源系統(tǒng)的電池組也不會(huì)參與供電。整個(gè)過(guò)程主設(shè)備不會(huì)斷電（那一方的電壓高由那一方供電）。

3、采用雙系統(tǒng)供電的投資問(wèn)題

雙電源系統(tǒng)中每套電源配置必須同時(shí)滿足兩套通信設(shè)備的供電需求。
　　
假定通信局站為實(shí)際負(fù)載為500A。采用單電源供電方案，備電時(shí)間取2小時(shí)。同樣的系統(tǒng)采用雙電源供電，由于電源系統(tǒng)可靠性提高，考慮減少電池的備電時(shí)間為1小時(shí)。根據(jù)以上要求，列出針對(duì)每個(gè)通信設(shè)備所需電源系統(tǒng)的配置表：

        投資的增加的百分比在50%左右。

4、對(duì)于以上問(wèn)題的總結(jié)
        a）雙網(wǎng)元供電的方式下，供電可靠率增加了50%。
        b）采用雙網(wǎng)元供電的方案，投資會(huì)增加大約50%；電力機(jī)房的占用面積會(huì)增加80%；機(jī)房走線不會(huì)增加。
        c）對(duì)于核心網(wǎng)機(jī)房的核心，例如對(duì)于省際信令或者省級(jí)傳輸?shù)呐潆姺绞娇刹捎么朔N供電方式，對(duì)于普通的交換網(wǎng)元，具備監(jiān)控和維護(hù)人員能夠及時(shí)處理故障的情況下，利用現(xiàn)有的供電方式可靠性已經(jīng)比較高了。
        d）雙網(wǎng)元供電的利大于弊。

三、關(guān)于IDC 機(jī)房UPS 的配置方案

在現(xiàn)有IDC機(jī)房中，主設(shè)備的供電方式為雙電源冗余供電模式較多，對(duì)此的解決方案我們不能僅僅用一套并機(jī)或者雙母線的系統(tǒng)。針對(duì)主設(shè)備不同的設(shè)計(jì)方案采用不同的電源建設(shè)方案。
　　
1、當(dāng)主設(shè)備采用雙系統(tǒng)備份時(shí)，最好的解決方案應(yīng)當(dāng)是把主設(shè)備雙系統(tǒng)分別用不同的UPS 電源系統(tǒng)來(lái)供電。每套電源系統(tǒng)采用1+1并機(jī)或者單機(jī)雙母線的連接方式。

圖4A 單機(jī)雙母線系統(tǒng)供電示意圖

圖4B 并機(jī)系統(tǒng)供電示意圖　

利用主設(shè)備在業(yè)務(wù)上的互為備份性，分別利用兩套電源系統(tǒng)供電，可以保證主設(shè)備的在用電保障上可靠率提高一倍。其中某一套電源出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于整個(gè)主設(shè)備的業(yè)務(wù)一點(diǎn)影響都沒(méi)有。這兩種供電系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是兩套供電系統(tǒng)無(wú)關(guān)聯(lián)，不會(huì)影響單臺(tái)UPS 的使用率。在正在建設(shè)的河北移動(dòng)BOSS 容災(zāi)機(jī)房的配套電源我們就是采用圖4B 的連接方式。

以上兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)分別是：圖4A 的組網(wǎng)方式優(yōu)點(diǎn)是方便調(diào)UPS 系統(tǒng)的三相不平衡，缺點(diǎn)是在單臺(tái)UPS出現(xiàn)問(wèn)題的情況下,它所提供的主設(shè)備的一路用電為市電直接供電，會(huì)有市電諧波電流對(duì)負(fù)載的沖擊。
　
采用圖4A 的組網(wǎng)方式優(yōu)點(diǎn)是在1臺(tái)UPS 出問(wèn)題時(shí)減少了市電諧波的沖擊，但是并機(jī)的連接方式不利于調(diào)UPS的三相不平衡。

采用哪種結(jié)構(gòu)要看主設(shè)備端對(duì)數(shù)據(jù)安全要求的等級(jí)而定。

注：如果有三電源負(fù)載，采用圖4A 的連接方式的基礎(chǔ)上， 增加LBS和STS 。

2、當(dāng)主設(shè)備各業(yè)務(wù)系統(tǒng)沒(méi)有備份時(shí)，在供電系統(tǒng)上 我們最好采用“1+1”并機(jī)系統(tǒng)+UPS雙總輸出的連接方式。供電系統(tǒng)示意如圖5所示：

因?yàn)橹髟O(shè)備沒(méi)有備份，我們要想辦法在各個(gè)方面提高供電系統(tǒng)的安全供電的可靠性。采用此種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大的好處是消除轉(zhuǎn)交流旁路市電的可能，保障主設(shè)備時(shí)刻工作在經(jīng)過(guò)UPS 后的穩(wěn)定電流，減少了市電諧波對(duì)主設(shè)備的傷害，因?yàn)橹C波的沖擊有可能會(huì)造成主設(shè)備的死機(jī)或者是誤碼率的提高。還有就是有利于UPS 系統(tǒng)的并機(jī)調(diào)機(jī)操作。

如果沒(méi)有三電源負(fù)載，在設(shè)計(jì)時(shí)取消LBS和STS。

注：LBS 負(fù)載同步控制器，主設(shè)備一般為雙電源負(fù)載。