通信电源技术的现状与发展

随着电信技术的飞速发展，电信网络结构日益复杂，作为通信系统的动力组成部分，即通信系统的心脏——通信电源系统的重要性日益体现出来。今天，通信技术的飞速发展已使我国电信网的总体规模居于世界前列，更加需要有一个与此相适应的通信电源来支撑这个大网的安全可靠运行。近年来，我国通信网与通信业务处理、传输，以及移动、卫星、数据通信设备的技术发展很快，大多数已达到或接近世界先进水平，但通信电源设备的技术却相对落后。从全国范围看，电源系统中技术水平较低的设备还占一定比例，尤其在经济较落后的地区，技术先进的设备相对较少，而传统通信电源无论从供电制式还是从电源设备的技术性能指标方面看，都远远满足不了日新月异的电信网的技术要求。通信电源设备与各类通信装备的技术档次不仅不协调，而且技术水平差距还在继续扩大，这对今后通信网的协调发展是十分不利的。从提高工作可靠性、扩容能力等方面考虑，应采用分散式供电制式逐步取代集中式供电，大力推广高频开关电源等一批新电源设备以取代传统的晶闸管相控电源。

最近几年，我国通信网技术装备发生了很大的变化，数字程控交换机、移动通信、光传输、高频开关通信电源等当代国际最新通信技术得到了广泛的应用，技术装备的自动化、数字化比重大大提高。中国的电信网已经成为世界上最大的电信网之一。伴随着通信事业的迅猛发展，国内通信开关电源市场形成了许多的新的特点，无论从技术上，还是从质量上对厂家提出了更高的要求。通信电源市场的变化首先体现在其技术的进步，产品的更新换代打破了个别厂家一统天下的局面，涌现出了一批产品性能优良、技术领先的新型企业，提高了通信供电能力和通信保障能力。

目前，在电话网、移动网、互联网高速发展的带动下，通信电源（含动力设备及环境监控系统）的产品品种、规格、系列、质量及产品新技术的应用，都有了长足的进步，与20世纪90年代相比发生了显著的变化。

（1）大批应用新技术、新器件的低耗节能产品完全替代了过去的高能耗产品，体积也缩小了。

（2）产品的适用性、完整性、配套性更符合国内通信局（站）的需要。

（3）产品的自动化程度更高，监控能力更强，正快速实现无人或少人维护和值守。

根据《通信局（站）电源系统总技术要求》行业标准，局（站）电源系统将由市电交流（含自备交流电源）、高压配电、直流电源与蓄电池组、低压配电、UPS（不间断电源）、动力与环境集中监控等6大分系统组成，在通信技术的牵引下都获得了长足的进步。

1.整流、交/直流配电与监控设备

整流、交/直流配电与监控设备是局（站）电源系统的核心部分，担负着将交流电转换成通信设备基础电压所需的直流不间断电源的任务。由新一代高频开关整流模块、监控模块、交流配电柜、直流配电柜组成的大容量电源系统，单整流架满装15个整流模块可以实现1500 A输出，除柜内并机扩容外还可柜外并机扩容，输入为三相工作模式，缺一相时输出仍可达到50%，适应特大型、大型通信枢组或交换局需要。其整流模块为维护方便，实现了无损伤热插拔。系统的交流侧、直流侧、信号端设有完善的、全方位的智能化防雷系统与故障告警功能。新一代的整流模块内部的功率电路采用全桥DC—DC变换ZVS技术，效率能达到93%，在系统处于缺相状态时，模块仍有50%的额定电流输出，保证电能的可靠供应。由于采用无级限流技术，在监控模块的控制下，限流点可在10%～110%额定电流之间连续可调。模块内有内置CPU，用以监测和控制模块运行。

这种大容量电源系统的整流架上可安装监控模块，其最重要的特点之一是按国内运营商要求设计，可实现三级监控，能收集、处理、上送配电、模块等监控板数据，还能根据电源系统当前数据对蓄电池进行智能化管理，有温度补偿、充电电流限制、电池容量计算、在线电池测试等功能，也能通过后台实现“三遥”（遥测、遥信、遥控）功能。与整流架配套的交流配电柜、直流低阻配电柜也很有特色，它们都经过智能化设计，自带CPU和智能接口。前者可检测交流电压、电流、频率、防雷器状态等参数，后者可检测直流电压、负载及蓄电池电流、熔丝状态等参数，两种机柜分别有输入过欠压、频率异常、防雷器故障功能，以及输入过欠压、充电过流、熔丝断等声光告警功能。同时，在防雷、电气绝缘、EMC等都严格按国际IEC标准设计。两种机柜都可独立工作，易于实现分散供电，扩容、安装、维护方便，可确保设备、人身安全。针对中型交换局、农话、接入网、移动基站、传输中继站、卫星通信站，国内已能生产与之相配的单相交流电设备，大、中、小容量规格齐全，对电网适应能力强，允许输入电压超宽范围变动（120～290 V或90～290 V）的电源系统。而系统所用的整流模块、监控模块、交流配电柜、直流配电柜的各项性能、功能指标都可完全达到现代通信系统的使用要求。

国内生产的野外作业柜式整体性电源系统，将整流模块、监控模块、交流配电、直流配电均置于一个集装箱机柜内，二路市电输入，电压适应范围宽至90～290 V，静态可长期承受AC 380 V，可承受最大40 kA的雷电冲击；采用零电压软开关和无损伤热插拔技术，风冷与自然冷两种相结合的散热方式；智能化电池管理具有温度补偿、电池保护、充电电流限制、在线电池测试等功能。

目前国内已可生产微蜂窝基站等室外型设备用电源模块，AC 220 V输入，输出有DC 27 V多路，DC 26 V、15 V、8 V、5 V等规格，应用于微蜂窝基站、直放站、小容量基站和接入网，室外恶劣环境温度-45～+65 °C能正常工作，电磁兼容性达到国际通用的B级，具有完善的保护和电池管理功能。国内部分通信电源产品企业还能为客户定制独特需求的电源产品。

通过上面介绍，不难看到我国通信电源产品企业紧紧环绕我国通信网多元化、全方位发展的需求，针对国内城市与农村、东部与西部、南方与北方、室内与野外等用电、环境条件差异巨大的情况，设计、开发和生产出了能广泛满足这些需求的相应产品，这是通信电源产品新技术应用和产品设计与质量进步的最明显变化。

2.UPS产品

随着我国各类通信网装备的程控化，网络管理、运营维护、计费等大幅度应用计算机，加之数据通信与互联网的大面积普及，对UPS类产品提出了许多特殊要求。新一代国产UPS就是在这种背景下产生和发展，成为通信电源的一种重要产品。可喜的是短短几年，国内已可生产出质量高、品种与规格齐全的UPS产品，单机容量可涵盖通信设备的各种应用要求。

根据有关生产企业提供的产品品种和数据，对互联网中心、电信交换机房、网管中心、卫星控制中心，有相应的三进三出80～800 kV·A系列UPS产品可供选用；对一般的通信、银行、航空、交通、证券的中、大型数据中心、信息中心，有三进三出30～120 kV·A系列、20～60 kV·A系列UPS产品可供选用；对小型通信计费中心、网络控制中心、ATM自动取款机、通信基站、室外通信与数据基站，可配置三进单出10～20 kV·A系列或单进单出1～10 kV·A、1 kV·A、2 kV·A系列的UPS产品。

以上品种繁多、系列齐全，特别是针对大型机房计算机群的UPS产品，极大地满足了现代通信发展的需要。从技术上看，国内产品大多数具有以下特点。

（1）采用DSP全数字控制技术，大幅度提高控制的灵活性和稳定性，使产品具有较好的一致性和可靠性。

（2）在线功能强，对用户设备提供全面彻底的电力保护。

（3）具有智能化电池管理功能，可延长UPS电池使用寿命。

（4）具有完善的网络监控功能，使UPS运行维护实现最佳化。

（5）大多数大容量UPS产品均允许单机或1+1双机并机运行，或N+1并机柜多机并机运行。

国内企业提供的产品资料显示，最新一代智能高频在线式三进三出UPS产品，采用2个16位的40 MHz全数字DSP控制，比老式产品处理速度更快，输出性能更优异，可靠性更高；同时IGBT（绝缘栅双极性晶体管）高频智能整流、逆变技术及多重保护技术的应用，使输入功率因数可高达0.99，输入电流谐波＜3%，输出性能更优于传统产品；当需多机并机使用时，可无须并机柜而直接并机；允许输入电压为AC 120～276 V（相压AC 120 V时，可有72%额定负载）和频率范围40～60 Hz，扩大了适用面。(www.xing528.com)

目前国内UPS产品都具有优良的防雷装置、防浪涌冲击能力与EMC性能；有高强的网络管理功能，提供RS-232、RS-485、Modem、SNMP网卡等多种接口，监控软件具备电源事件记录和分析功能，支持TCP/IP协议，可灵活组网，可通过Internet或Intranet实现远程监控，操作简单可“一键开机”，具有友好人机界面，全中文大屏幕显示，可查询各项电气参数、UPS功能设置、电源事件告警提示和故障定位。UPS系统具备自诊断、自保护功能，当市电出现故障或电池即将用尽时，可通过监控软件自动存储用户计算机数据、退出操作系统，安全关闭计算机和服务器。

国产UPS产品还有一类室外型智能在线式UPS系列产品，适用于城市的角落，边远的公路、山区等环境较差的地区，如高温（50 °C）、严寒（－40 °C）、灰尘、高湿多雨、酸雾侵蚀，电网质量低劣（电压长期低至160 V或高于260 V，频率异常多变）等条件。

UPS远程网络监控管理系统是配合UPS群近端或远端管理设计、开发和生产的，最大监控数量可达6万多台UPS单机，这种专业化的UPS网络监控管理系统可有效地对网络上的所有UPS实时状态信息进行实时监控与集中统一管理。

系统能实时后台侦听电源故障告警，以E-mail、手机短信、图像、声音等方式向值班人员送达告警信号，故障信息能保存在事件记录数据库中以备管理人员查询；能远程控制电源自测与开关机，并安全地进行配置修改；能对网络上的计算机进行断电保护。

SNMP卡介于UPS和网络之间，通过网络实现远程监控UPS。SNMP卡采用热插拔设计，UPS无须关机插卡。SNMP卡支持WEB浏览和各种NMS管理系统，可在任何操作平台上对UPS实现远程监控，并形成浏览、控制、系统管理员三级安全体系，在方便管理的同时有效避免了各种误操作和恶意破坏。

目前，各类电信网络、互联网、专业数据网在运行、操作、维护、管理上使用的计算机都实现了网络化，UPS用量很大，已成为各通信局（站）总电源系统不可缺少的组成部分，国内电源产品企业能全方位、高质量、配套完整地提供UPS产品，为我国通信电源系统现代化创造了条件。

3.阀控式密封铅酸蓄电池

众所周知，蓄电池在通信电源系统中具有举足轻重、不可替代的地位，全国范围内的使用量很大，蓄电池的质量、充放电效率和耐久性（寿命）直接影响网络畅通与高效运行，具有重要的经济意义。

回顾近十年蓄电池的技术变化，市场上可供通信部门选用的蓄电池经历了固定型防酸铅蓄电池、早期阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA，以下简称阀控蓄电池）和新一代阀控蓄电池3个阶段。阀控蓄电池的出现从根本上解决酸雾扩散和电解液蒸发问题。但20世纪90年代中后期，国产的阀控蓄电池产品质量问题很多。主要集中在：密封技术未完全掌握，许多蓄电池端头柱处因密封较差存在着酸雾泄漏和电解液散发问题；阀控功能由于设计或工艺不完善，时有蓄电池膨胀，甚至发生爆炸；质量参差不齐，一致性差，影响电池组整体工作效率。经过近年来国内厂家的不断努力，生产技术、设计和工艺的改进与提高，国产阀控蓄电池产品质量已有了长足进步，产品进入了成熟稳定的生产阶段。

目前市场上常见的阀控式蓄电池采用特种铅钙合金或铅钙锡铝4元合金板栅，具有较强耐腐蚀、抗延伸性能，同时提高了负极析氢过电位，在充电后期有效抑制氢气析出，保持电解液水分不被分解。此外，通过超细玻璃纤维作隔板，利用气体再化合技术，实现内部氧的循环复合，再加上端头柱用多层特殊密封，确保了电池密封，使蓄电池在整个寿命期间无须定期补水或补酸等维护。

目前，蓄电池的安全性有了明显改进与提高，安全阀能自动调节内压，内置的滤酸片具有阻液和防爆功能，加之安全阀、滤酸片、密封圈、密封套、隔板、密封胶等关键零部件与材料全部采用优质件，保证了电池的安全、可靠使用。国产阀控式蓄电池已可自由安装，不必要求蓄电池单体端头柱一定向上，也可面对维护人员侧置，一组蓄电池靠墙侧立，大幅度地减小了占用机房面积，为电池组以最短馈电连接至通信设备的分散供电创造了条件。目前，阀控蓄电池已有完整而详细的规格与参数数据，反映主要性能指标的电池充、放电特性曲线和电池容量速查图、循环寿命特性图、浮充寿命特征图十分完整，用户都通过这些实实在在的数据与资料去设计、应用和维护，足以说明国产阀控蓄电池的技术进步和产品成熟。

4.备用发电机组

通常，通信局（站）必须设置备用发电机组。现在的柴油发电机组的品种规格比以往更加齐全。启动与油污都有较大改善，并配有远程智能监控系统，在屏显、并车性能上都有很大提高，可实现多台柴油发电机组联网监控。

与此同时，我国有些城市引进和应用了国产或进口燃气发电机组这一新品种，利用其功率大、体积小、重量轻、启动快、维护简单的特点，将其应用于特大城市或特大型电信枢纽局，或构成轻型车载移动电站。

5.动力设备及环境集中监控系统

1995年版《通信局（站）电源系统总技术要求》曾提出加快建立电源系统及设备监控和集中维护管理系统，逐步实现少人或无人值守。经过多年摸索，目前已实现高度统一和规范化，功能强大、监控完整的“通信电源集中监控系统”。并在各级通信局（站）得到普遍使用，对分散的局（站）及局（站）内的各电源设备和机房空调进行遥测、遥信和遥控，实时监视和显示其运行参数，自动监测和处理系统内各种设备故障。

监控系统在结构上可成为一个多级的分布式计算机监控网络，一般形成监控中心、监控站、监控单元三级系统。

监控系统在国内运营商的各类网络的日常维护工作中发挥了重要作用，具有良好的技术、经济的综合效益。以青岛通信为例，青岛通信公司于1996年开始引入动力设备及环境集中监控系统，2002年又加以改进，进一步规范化，按维护体制和职能划分，将系统分离成动力监控和环境监控两个相对独立的应用系统，相关的监控值班班组和部门负责运行、维护和管理。动力监控负责监控辖区内53个局（站）（内为18个端局、35个模块局）的动力设备，包括高/低压配电设备、油机、空调、整流电源模块、蓄电池组等。环境监控负责监控79个局（站）（内为21个端局、58个模块局接入网）的门禁系统和图像系统，以及温度、湿度、红外、烟感、水浸、地湿、手动灭火等环境量。环境监控中心设有26台图像监视器和两台录像机组成的屏幕墙，可轮流显示各局（站）情况并将发现的异常情况进行自动或手动录像。两套系统运行的结果将全公司20多个市话局的近300人的交换、电力值班人员替换下来，各机房、电力室实现了无人值守。门禁系统中，员工进入局房采用刷卡方式，改变了以往用钥匙开门的不便，使管理更加科学化。动力设备维护不再在现场观察，当有设备告警时监控系统会及时弹出告警通知值班员，平时通过报表打印、查询各种数据进行质量分析与参考。青岛通信公司的两套监控系统的稳定、可靠运转，为动力、空调设备的正常工作运行提供了有力保障；为动力设备维护管理及机房安全管理体制改革，优化人员配置，实现无人值守提供了有力保障。技术、经济综合效益非常可观。

6.其他配套设备

目前，通信局（站）电源系统的整体化、精细化过程还表现在国内通信电源企业提供的许多重要的系统配合设备，包括市电与市电、市电与交流备用电源之间的“自动切换开关”设备、抗瞬态浪涌抑制设备、机房专用精密空调机、大型UPS用的精密交流配电柜、户外一体化通信电源机柜等。有了这些装置，单相或三相、交流或直流的保护性，不间断的自动/手动切换都将得以实现，从总配电到末端负载的全过程将实现多重保护，达到高质量的供电。

总而言之，近年来通信电源产品企业依靠新材料、新技术、新设计对通信电源产品进行了更新换代，产品的门类、品种、规格都比过去有了极大改观，并以产品的完整、齐全及性能价格比赢得了市场，减少了国外产品的直接进口，为从特大型枢纽局到精干的无线通信基站、从室内型到户外型的各类通信局（站）提供了供电质量、自动化、精细化都较为理想的综合电源系统。所有这些设备都确保了我国通信行业的现代化建设。