通信电源系统的基本结构优化

通信电源系统是对通信局（站）各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备和系统的总称。根据通信设备输入端对供电的要求是交流还是直流的不同，通信电源系统也分为交流供电电源系统和直流供电电源系统。其中，直流供电电源系统由变电站（市电）、备用发电机组、直流不间断电源设备组成，交流供电电源系统由变电站、备用发电机组、交流不间断电源设备组成。

不论是交流不间断供电系统还是直流不间断供电系统都是以交流市电或备用发电机组作为电源，再变换为不间断的交流或直流电源供给通信设备。而通信设备内部电路需要的多种电压等级的直流电源，需要通过DC—DC变换器或AC—DC整流器来获得。因此，从功能及转换层次来看，又可将整个电源系统划分为三级。

将交流市电和备用发电机组部分称为第一级电源（primary power supply），这一级保证提供能源，但不保证不间断。而上述交流不间断电源设备和直流不间断电源设备则称为第二级电源（secondary power supply），它保证通信供电的不间断。此外，通信设备内部电路需要的多种直流电压通过DC—DC变换器或AC—DC整流器来获取，这一级电源称为第三级电源（tertiary power supply），它常为插板电源或板上电源。顺便说一下，板上电源（power on board）也称为模块电源。

第三级电源通常称为机架电源，而第二级电源称为基础电源。但实际上，第一级电源又是第二级电源的基础。把第二级电源称为基础电源，则第一级电源只能称之为交流电源系统，但这样一来又将和直流供电系统相对应的交流供电系统发生混淆。虽然说名词称谓是约定俗成，但也应有它们的明确定义并讲究其科学性，最好和国际上的称谓相一致。综上所述，将通信电源系统分为交流不间断电源系统和直流不间断电源系统两大部分，并根据能量转换层次分为三级是比较合理的，如图1-1所示。

图1-1　通信局（站）供电系统示意图

现代通信电源站主要由交流供电系统、直流供电系统和相应的接地系统、监控系统组成。

1.交流供电系统

通信电源的交流供电系统由高压配电设备、降压变压器、油机发电机、UPS和低压配电设备组成。交流供电系统可以有3种交流电源：变电站供给的市电、油机发电机供给的自备交流电、UPS供给的后备交流电。

1）油机发电机

为防止停电时间较长导致电池过放电，电信局一般都配有油机发电机组。当市电中断时，通信设备可由油机发电机组供电。油机分普通油机和自动启动油机。当市电中断时，自动启动油机开始发电。由于市电比油机发电机供电更经济和可靠，在有市电的条件下，通信设备一般都由市电供电。

2）UPS

为了确保通信电源不中断、无瞬变，可采用静止型交流不停电电源系统，也称UPS。UPS一般由蓄电池、整流器、逆变器和静态开关等部分组成。市电正常时，市电和逆变器并联给通信设备提供交流电源，而逆变器是由市电经整流后为其供电。同时，整流器也给蓄电池充电，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器给通信设备提供交流电源，逆变器和市电的转换由交流静态开关完成。

3）交流配电屏

交流配电屏的用途是输入市电，为各路交流负载分配电能。当市电中断或交流电压异常时（过压、欠压和缺相等），低压配电屏能自动发出相应的告警信号。

4）连接方式（交流电源备份方式）

大型通信站交流电源一般都由高压电网供给，自备独立变电设备。而基站设备常常直接租用民用电。为了提高供电可靠性，重要通信枢纽局一般都由两个变电站引入两路高压电源，并且采用专线引入，通常是一路主用，一路备用，然后通过变压设备降压供给各种通信设备和照明设备，另外还要有自备油机发电机，以防不测。一般的局（站）只从电网引入一路市电，再接入自备油机发电机作为备用。一些小的局站、移动基站只接入一路市电（同时配备足够容量的电池），油机为车载设备。

2.直流供电系统

通信设备的直流供电系统由高频开关电源（AC—DC变换器）、蓄电池、DC—DC变换器和直流配电屏等部分组成。此外，典型的通信局（站）供电系统还包括：稳压器、市电/油机自动转换柜、逆变器等设备。

近年来，由于微电子技术的迅速发展，通信设备已向集成化，数字化方向发展。许多通信设备采用了大量的集成电路组件，而这些组件需要5～15 V的多种直流电压。如果这些低压直流电压直接从电力室供给，线路损耗一定很大，环境电磁辐射也会污染电源，供电效率会很低。为了提高供电效率，大多通信设备装有直流变换器，通过这些直流变换器可以将电力室送来的高压直流电变换为所需的低压直流电。

另外，通信设备所需的工作电压有许多种，这些电压如果都由整流器和蓄电池供给，那么就需要许多规格的蓄电池和整流器，这样，不仅增加了电源设备的费用，也大大增加了维护工作量。为了克服这个缺点，目前大多数通信设备采用DC—DC变换器给内部电路供电。

DC—DC变换器能为通信设备的内部电路提供非常稳定的直流电压。蓄电池电压（DC—DC变换器的输入电压）在充、放电时会在规定范围内变化，但是直流变换器的输出电压能自动调整保持输出电压不变，从而使交换机的直流电压适应范围更宽，蓄电池的容量可以得到充分的利用。

蓄电池是直流系统供电不中断的基础条件。根据蓄电池的连接方式，直流供电方式主要采用并联浮充供电方式，而尾电池供电方式、硅管降压供电方式等基本不再使用。

并联浮充供电方式是将整流器与蓄电池直接并联后对通信设备供电。在市电正常的情况下，整流器一方面给通信设备供电，一方面又给蓄电池充电，以补充蓄电池因局部放电而失去的电量。当市电中断时，蓄电池单独给通信设备供电，蓄电池处于放电状态。由于蓄电池通常处于充足电状态，所以市电短期中断时，可以由蓄电池保证不间断供电。若市电中断期过长，则应启动油机发电机供电。

以上是最常用的直流供电方式。采用这种工作方式时，蓄电池还起到一定的滤波作用。但这种供电方式有个缺点：在并联浮充工作状态下，电池由于长时间放电导致输出电压可能较低，而充电时均充电压较高，因此负载电压变化范围较大。它适用于工作电压范围宽的交换机。

3.接地系统

为了提高通信质量、确保通信设备与人身的安全，通信局（站）的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。

1）通信机房的接地系统

通信机房的接地系统包括：交流接地和直流接地。

2）交流接地

交流接地包括：交流工作接地、保护接地、防雷接地。(www.xing528.com)

3）直流接地

直流接地包括：直流工作接地、机壳屏蔽接地。

4）通信电源的接地

通信电源的接地系统通常采用联合地线的接地方式。联合地线的标准连接方式是将接地体通过汇流条（粗铜缆等）引入电力机房的接地汇流排，防雷地、直流工作地和保护地分别用铜芯电缆连接到接地汇流排上。交流零线复接地可以接入接地汇流排入地，但对于相控设备或电机设备使用较多（谐波严重）的供电系统，或三相严重不平衡的系统，交流复接地最好单独埋设接地体，或从直流工作接地线以外的地方接入地网，以减小交流对直流的污染。

通信电源系统的接地一定要可靠，否则不但不能起到相应的作用，甚至可能适得其反，对人身安全、设备安全、设备的正常工作造成威胁。

4.通信局（站）供电系统设备及用途

1）高低压变配电设备

高低压变配电设备主要包括：高压配电设备（一套）、变压器（一台或多台）、低压配电设备（一套）等。主要完成高压市电交流电源的引入、分配、输送、降压和低压交流电源的引入、分配、输送等功能。

2）交流自动稳压器

在通信电源系统中，要求交流电压的变动范围为－15%～+10%。在市电供电电压不能满足上述规定值或通信设备有更高要求时，可通过在交流配电设备的前端配置交流稳压器，使供电质量满足要求。

3）整流设备

整流设备主要是将交流电源整流为通信设备所需的直流工作电源，其输出端与直流配电屏相连接，并通过直流屏的相应端子与蓄电池组和通信设备相连，对蓄电池组浮充电并向通信设备供电。

4）直流配电屏

直流配电屏主要用于直流电源的接入与负荷的分配，即整流器、蓄电池组的接入和直流负荷分路的分配。当直流供电异常时要产生告警或保护，如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。

5）蓄电池组

蓄电池组在通信电源中主要用于直流供电系统与交流不停电系统（UPS），是其不可缺少的重要组成部分，是系统供电的最后一道保证，亦是维持正常通信的最后一道屏障。其作用有：

（1）作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，其作为系统供电的后备保护提供一定时间的不间断电源，以维持正常的通信。

（2）中、小型柴油发电机组采用蓄电池作启动电源。

（3）在与整流设备组合为直流供电系统时，整流器处于浮充工作方式，蓄电池组还起到平消滤波的作用。

6）直流—直流变换器

直流—直流变换器（DC—DC）是一种将直流基础电源电压（－48 V或+24 V）变换为各种直流电压，以满足通信设备内部电路多种不同数值的电压（±5 V、±6 V、±12 V、±15 V，－24 V等）的需要。

7）逆变器（DC—AC）

逆变器将通信用－48 V直流电源再逆变为220 V交流电源，为通信设备提供不间断的交流供电。

8）UPS设备

UPS设备在主用电源意外中断或者出现故障的情况下，仍然能够通过系统所带蓄电池持续给负载提供不间断的合格的交流电源，保证通信用电设备正常工作；在主用电源正常的情况下，则起到净化、提高主用电源质量的作用，同时使电网和负载进行隔离，既避免负载对电网产生干扰，又避免电网中的干扰影响负载。

9）发电设备

发电设备是将燃料（汽油或柴油）的热能转变为机械能的一种装置，并带动发电机转化为电能。发电机组主要处于备用设备的地位，但又是很重要的组成部分。在市电长时间停电后能起到保证通信设备正常工作的作用。

10）集中监控系统

在现场无人值守的情况下，监控中心能实时掌握电源设备运行情况，及时发现故障并提示派人处理，确保通信电源系统的可靠运行。

11）机房空调设备

机房空调设备主要起到调节室内温度与湿度，以及通风换气的作用，使机房温湿度等环境能够达到通信设备的运行要求。