電源建設(shè)及維護中的幾點考慮

一、關(guān)于開關(guān)電源和發(fā)電機組匹配的問題（主要基站發(fā)電時）

問題一：發(fā)電機組和開關(guān)電源不匹配的問題可能會使發(fā)電機輸出電壓不穩(wěn)定，震動加大。例如發(fā)電機的空載電壓為230V ，在增加開關(guān)電源負(fù)載后輸出電壓可能增至250V ，我們的維護人員可能會到發(fā)電機組上去查找原因，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)電機的勵磁系統(tǒng)的勵磁電流矢量相加后使得發(fā)電機的勵磁電流增加，其產(chǎn)生的助磁作用導(dǎo)致發(fā)電機輸出電壓上升，負(fù)載電流越大，電壓上升越高，發(fā)電機震動越大。

問題二：造成發(fā)電機輸出功率不足的問題。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)電源廠家的使用說明中：“整流模塊的容量不宜超過發(fā)電機組容量的30%，否則整流器產(chǎn)生的高次諧波電流流過同步發(fā)電機組定子繞組時，電壓波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，一方面造成發(fā)電機組的不穩(wěn)定運行和機械振動，另一方面諧波電流造成發(fā)電機過熱，加速電機的絕緣老化等”。由于整流模塊采用了不同品牌，在計算發(fā)電機容量時最好按照1：2來計算，例如6000VA的發(fā)電機組最好帶載3000VA 開關(guān)電源（容性負(fù)載），發(fā)電機剩余的容量可帶感性負(fù)載或者阻性負(fù)載，這樣發(fā)電機的輸出特性會有大大的改善。

以上問題的解決方法，首先是增加發(fā)電機的容量，可以采用容量較小的發(fā)動機來驅(qū)動容量較大的發(fā)電機，這樣就可以滿足整流模塊對發(fā)電機容量的要求，也可以提高發(fā)動機的利用效率。

其次就是降低發(fā)電機轉(zhuǎn)速，采用電感和電容相復(fù)勵的小發(fā)電機，發(fā)電機的轉(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，輸出電壓會上升，前提是負(fù)載和發(fā)電機的容量比為1：2，只有按這個比例才能降低轉(zhuǎn)速，發(fā)電機的輸出功率不會受影響。

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)供電問題的探討

我公司現(xiàn)有核心網(wǎng)機房所有直流設(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)上兩個不同保險引接而已，這樣的話存在很大的隱患性，即電源系統(tǒng)是一個瓶頸，如果電源系統(tǒng)出現(xiàn)問題，其上所有負(fù)載均會癱瘓。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)得供電瓶頸問題，從始至終的實現(xiàn)雙電源供電。供電系統(tǒng)圖如圖2所示

　
圖2

從圖示來看，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。

方式一的缺點：前面已經(jīng)闡述了，不能形成真正的雙路供電，存在單點瓶頸問題。（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：在兩套電源設(shè)備都正常工作時，兩電路上都可有電流，我們必須按照極限情況來考慮電源的配置，即每一套系統(tǒng)帶載能力都不能超過其設(shè)計電流的50%，必須要滿足在一套系統(tǒng)出現(xiàn)問題時全部負(fù)載能夠轉(zhuǎn)到另一套系統(tǒng)上來。首先帶來的問題就是投資增大，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，在河北移動的核心網(wǎng)機房中，電力室一直比較緊張?？紤]這種供電模式時還有兩個方面要注意。
　　
方式二相比方式一的優(yōu)點，供電可靠性大大提高。

對于由兩套分系統(tǒng)組成的并聯(lián)電源系統(tǒng)來說，只要由一個系統(tǒng)能工作，整個電源系統(tǒng)就能正常工作，或者說只有當(dāng)所有的分系統(tǒng)都出現(xiàn)故障時，才會使電源系統(tǒng)不能正常工作。

對于并聯(lián)系統(tǒng)來說：

        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)的個數(shù)。
對于兩個子系統(tǒng)構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)來說，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。

實際上，在有監(jiān)控的情況下，及時對出現(xiàn)故障的電源系統(tǒng)維修，可以大大降低整個系統(tǒng)的故障率，雙電源系統(tǒng)的可靠性水平遠高于上述值。

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)接同一個負(fù)載。如果單路負(fù)載短路會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立信，其它廠家很少）。

2、雙電源系統(tǒng)供電的模式下一些問題的解釋

a）市電正常

兩套系統(tǒng)電池浮充，同時為兩套通信設(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首先通過不同的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成合適的電壓等級（如+5V等）并聯(lián)給負(fù)載供電（如圖3A），也可以通過二極管先隔離并聯(lián)后由一個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，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，所以兩路電流不會完全均分。

b）市電停電
　　
市電停電后，兩套電源的電池同時為主設(shè)備供電。

由于兩套系統(tǒng)相互獨立，充電時兩個電池組都可以充滿。放電時電池性能的差異會導(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。特性好電池組會承擔(dān)較多的負(fù)載電流。對電池壽命影響不大。

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)的電池組也不會參與供電。整個過程主設(shè)備不會斷電（那一方的電壓高由那一方供電）。

3、采用雙系統(tǒng)供電的投資問題

雙電源系統(tǒng)中每套電源配置必須同時滿足兩套通信設(shè)備的供電需求。
　　
假定通信局站為實際負(fù)載為500A。采用單電源供電方案，備電時間取2小時。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間為1小時。根據(jù)以上要求，列出針對每個通信設(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、對于以上問題的總結(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，投資會增加大約50%；電力機房的占用面積會增加80%；機房走線不會增加。
        c）對于核心網(wǎng)機房的核心，例如對于省際信令或者省級傳輸?shù)呐潆姺绞娇刹捎么朔N供電方式，對于普通的交換網(wǎng)元，具備監(jiān)控和維護人員能夠及時處理故障的情況下，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 機房UPS 的配置方案

在現(xiàn)有IDC機房中，主設(shè)備的供電方式為雙電源冗余供電模式較多，對此的解決方案我們不能僅僅用一套并機或者雙母線的系統(tǒng)。針對主設(shè)備不同的設(shè)計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，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)來供電。每套電源系統(tǒng)采用1+1并機或者單機雙母線的連接方式。

圖4A 單機雙母線系統(tǒng)供電示意圖

圖4B 并機系統(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)問題，對于整個主設(shè)備的業(yè)務(wù)一點影響都沒有。這兩種供電系統(tǒng)還有一個優(yōu)點就是兩套供電系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)，不會影響單臺UPS 的使用率。在正在建設(shè)的河北移動BOSS 容災(zāi)機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)缺點分別是：圖4A 的組網(wǎng)方式優(yōu)點是方便調(diào)UPS 系統(tǒng)的三相不平衡，缺點是在單臺UPS出現(xiàn)問題的情況下,它所提供的主設(shè)備的一路用電為市電直接供電，會有市電諧波電流對負(fù)載的沖擊。
　
采用圖4A 的組網(wǎng)方式優(yōu)點是在1臺UPS 出問題時減少了市電諧波的沖擊，但是并機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)備端對數(shù)據(jù)安全要求的等級而定。

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)沒有備份時，在供電系統(tǒng)上 我們最好采用“1+1”并機系統(tǒng)+UPS雙總輸出的連接方式。供電系統(tǒng)示意如圖5所示：

因為主設(shè)備沒有備份，我們要想辦法在各個方面提高供電系統(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)備時刻工作在經(jīng)過UPS 后的穩(wěn)定電流，減少了市電諧波對主設(shè)備的傷害，因為諧波的沖擊有可能會造成主設(shè)備的死機或者是誤碼率的提高。還有就是有利于UPS 系統(tǒng)的并機調(diào)機操作。

如果沒有三電源負(fù)載，在設(shè)計時取消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。