通信電源系統(tǒng)供電方式

分散供電方式電源系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)直流供電系統(tǒng)，分別給局(站)內(nèi)一部分通信設(shè)備供電。其中交流供電系統(tǒng)與集中供電方式電源系統(tǒng)的相同，全局(站)設(shè)置一個(gè)總的交流供電系統(tǒng)，由此分別向各個(gè)直流供電系統(tǒng)提供低壓交流電源。分散供電方式電源系統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)的組成和要求與集中供電方式的交流供電系統(tǒng)相同。各個(gè)直流供電系統(tǒng)可分樓層設(shè)置，也可按通信設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置。設(shè)置地點(diǎn)可是單獨(dú)的電力電池室，也可與通信設(shè)備設(shè)置在同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)。其他要求與集中供電方式供電系統(tǒng)是相同的。分散供電電源系統(tǒng)的組成如圖2所示。

圖2分散供電方式電源系統(tǒng)

電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用-48V直流供電系統(tǒng)，將-48V直流電源供電到通信設(shè)備的電源輸入端。供電系統(tǒng)由N+1并聯(lián)冗余高頻開(kāi)關(guān)整流模塊和蓄電池組組成。在正常情況下，高頻整流模塊將輸入交流電源變換為直流電后為通信設(shè)備供電，同時(shí)給蓄電池充電;當(dāng)市電發(fā)生故障時(shí)，由蓄電池放電供給通信設(shè)備，蓄電池的備用時(shí)間為1~24h。-48V直流供電系統(tǒng)可采用集中供電方式和分散供電方式。集中供電方式的優(yōu)點(diǎn)是電源設(shè)備比較集中，維護(hù)方便。但是由于集中的直流電源遠(yuǎn)離通信設(shè)備，配電損耗較大、系統(tǒng)效率較低，配電電纜及安裝費(fèi)用大，而且可靠性較低，如果集中的直流電源發(fā)生故障，將會(huì)影響全部通信設(shè)備的供電。集中供電方式適用于規(guī)模較小的通信局(站)。分散供電方式電源系統(tǒng)是指在通信局(站)中采用多個(gè)直流電源系統(tǒng)，各個(gè)直流電源系統(tǒng)分別為一部分通信設(shè)備供電。分散供電方式電源系統(tǒng)的電源設(shè)備通常安裝在鄰近通信設(shè)備的機(jī)房，因而減少了配電損耗，提高了電源系統(tǒng)的效率和電源系統(tǒng)的性能，提高了供電系統(tǒng)的可靠性。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備電源采用380V/220V交流不間斷電源(UPS)供電，一般采用由雙變換UPS構(gòu)成的N+1并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)，或采用2N、2(N+1)雙母線UPS供電系統(tǒng)。典型的UPS具有大約15min至30min的蓄電池備用時(shí)間，一般配置備用發(fā)電機(jī)組。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速擴(kuò)大，電信網(wǎng)絡(luò)正處于變革之中，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信設(shè)備逐漸集成到電信設(shè)備中，與電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備融合在一起，電信網(wǎng)絡(luò)的變革必然影響到電源系統(tǒng)。數(shù)據(jù)設(shè)備要求交流電源，而且還要滿足高可靠性、高可用性和高效率的要求。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外通信電源界一直關(guān)注和開(kāi)展新的通信供電系統(tǒng)的研究，提出了許多新的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下面重點(diǎn)介紹一下交直流混合電源系統(tǒng)(HybridAC-DCsystem)和高壓直流(HVDC)供電系統(tǒng)。

交直流混合電源系統(tǒng)(HybridAC-DCsystem)是一個(gè)可以滿足交流負(fù)載要求的分布式冗余UPS供電系統(tǒng)。為了滿足直流負(fù)載的要求，加上了兩個(gè)由UPS供電的整流器系統(tǒng)，構(gòu)成了-48V直流電源系統(tǒng)(無(wú)蓄電池)。當(dāng)市電停電時(shí)，直流負(fù)載設(shè)備實(shí)際上是由UPS系統(tǒng)的蓄電池和備用發(fā)動(dòng)機(jī)組供電的。這兩套UPS的交流輸入電源都是由市電和備用發(fā)電機(jī)組組成的冗余電源系統(tǒng)，十分可靠。該系統(tǒng)的元件數(shù)目減少了，復(fù)雜性降低，可靠性較高。最重要的是，它提供了最大的可維性和故障容限，可獲得很高的可用性。交直流混合電源系統(tǒng)(HybridAC-DCsystem)的組成框圖如圖4所示。

圖4交直流混合電源系統(tǒng)(HybridAC-DCsystem)

高壓直流(HVDC)供電系統(tǒng)是將高壓直流電源供電到通信設(shè)備的電源輸入端的供電系統(tǒng)。HVDC供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)效率高，可靠性高，成本低，維護(hù)費(fèi)用低。實(shí)現(xiàn)HVDC配電的基本條件:一是必須有專用的HVDC電源系統(tǒng)(電壓等級(jí)符合標(biāo)準(zhǔn)要求);二是服務(wù)器電源單元PSU應(yīng)能接受HVDC供電;三是相關(guān)的連接器、斷路器、接地等應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全要求。高壓直流(HVDC)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖5所示。

圖5高壓直流(HVDC)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HVDC供電系統(tǒng)是未來(lái)信息和電信技術(shù)(ICT)設(shè)備供電系統(tǒng)的首選方案，需要一個(gè)世界范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，以便于實(shí)施。HVDC供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)解決下列問(wèn)題，其中關(guān)鍵是供電電壓等級(jí)的確定:標(biāo)稱電壓、工作電壓、故障條件下的異常電壓范圍;維護(hù)人員和設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)和要求，包括保護(hù)裝置(熔斷器、斷路器等);供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)，包括系統(tǒng)的接地和連接。HVDC供電系統(tǒng)在供電安全和節(jié)能方面具有優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)電信和數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的發(fā)展方向。

集中供電是指通信局(站)中所有通信設(shè)備由一個(gè)集中的直流電源供電。集中供電方式電源系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1集中供電方式電源系統(tǒng)

交流供電系統(tǒng)由專用變電站、市電/備用發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換屏、低壓配電屏、交流配電屏、備用發(fā)電機(jī)組等組成。移動(dòng)發(fā)電機(jī)可提供應(yīng)急供電。不間斷電源系統(tǒng)(UPS)內(nèi)部有整流器、逆變器、蓄電池等設(shè)備，構(gòu)成完善的供電系統(tǒng)。不間斷電源系統(tǒng)(UPS)對(duì)通信設(shè)備及其附屬設(shè)備提供不間斷交流電源。交流電源系統(tǒng)還對(duì)通信局(站)提供保證建筑負(fù)荷和一般建筑負(fù)荷。保證建筑負(fù)荷是指通信用空調(diào)、保證照明、消防電梯、消防水泵等，一般建筑負(fù)荷是指一般空調(diào)、一般照明及其他備用發(fā)電機(jī)組不保證的負(fù)荷。通信用空調(diào)、保證照明也可由電力室交流屏供電。

直流供電系統(tǒng)由高頻開(kāi)關(guān)整流設(shè)備、蓄電池、直流配電設(shè)備組成。直流供電系統(tǒng)向各種通信設(shè)備提供直流電源。通信局(站)應(yīng)設(shè)事故照明，事故照明燈具可采用直流照明燈或交流照明燈。

需要說(shuō)明的是，集中供電方式電源系統(tǒng)根據(jù)不同負(fù)荷的不同要求，提供不間斷、可短時(shí)間斷、允許間斷的三類電源。即提供給通信負(fù)荷的電源為不間斷，保證建筑負(fù)荷的電源為可短時(shí)間斷，一般建筑負(fù)荷的電源為允許間斷。

在光纜中繼站、微波無(wú)人值守中繼站和移動(dòng)通信基站等地方，可以采用交流電源和太陽(yáng)電池(或其他能源)相結(jié)合的混合供電方式電源系統(tǒng)進(jìn)行供電。該系統(tǒng)由太陽(yáng)電池方陣、低壓市電、蓄電池組、整流和配電設(shè)備以及移動(dòng)發(fā)電機(jī)組成。

在微波無(wú)人值守中繼站，若通信容量較大而不宜采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)時(shí)，可采用市電與無(wú)人值守備用發(fā)電機(jī)組相結(jié)合的交流電源系統(tǒng)作為主用輸入電源。應(yīng)采用無(wú)人值守自動(dòng)化性能及可靠性高的成套電源設(shè)備，包括無(wú)人值守備用發(fā)電機(jī)組、市電油機(jī)轉(zhuǎn)換屏、直流電源系統(tǒng)及外圍設(shè)備控制箱等。

在正常情況下，由太陽(yáng)能方陣經(jīng)直流配電屏為通信設(shè)備供電，同時(shí)給蓄電池充電。太陽(yáng)光較弱時(shí)和在夜間，由市電經(jīng)整流器給通信設(shè)備供電。太陽(yáng)光較弱或在夜間且市電故障時(shí)，由蓄電池放電給通信設(shè)備供電。

低壓市電為220V/380V。當(dāng)市電穩(wěn)壓性能較差時(shí)可采用調(diào)壓器或穩(wěn)壓器?；旌瞎╇姺绞诫娫聪到y(tǒng)的組成如圖3所示。

圖3混合供電方式電源系統(tǒng)

直接供電方式較為簡(jiǎn)單，是將牽引變電所輸出的電能直接供給電力機(jī)車的一種供電方式，主要設(shè)備有牽引變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、所用變、電壓互感器、電流互感器、母線、接地系統(tǒng)、交流盤、直流盤、硅整流盤、控制盤、保護(hù)盤等設(shè)備。

直供方式的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省

缺點(diǎn):由于牽引供電系統(tǒng)為單相負(fù)荷，該供電方式的牽引回流為鋼軌，是不平衡的供電方式，對(duì)通信線路產(chǎn)生感應(yīng)影響大。

回路電阻大，供電距離短(十幾公里) 。

這種供電方式，在接觸網(wǎng)上每隔一段距離裝一臺(tái)吸流變壓器(變比為1:1)，其原邊串入接觸網(wǎng)，次邊串入回流線(簡(jiǎn)稱NF線，架在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛等高)，每?jī)膳_(tái)吸流變壓器之間有一根吸上線，將回流線與鋼軌連接，其作用是將鋼軌中的回流"吸上"去，經(jīng)回流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。

由于大地回流及所謂的"半段效應(yīng)"，BT供電方式的防護(hù)效果并不理想，加之"吸--回"裝置造成接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)車受流條件惡化，近年來(lái)已很少采用。

采用AT供電方式時(shí)，牽引變電所主變輸出電壓為55kV，經(jīng)AT(自耦變壓器，變比2:1)向接觸網(wǎng)供電，一端接接觸網(wǎng)，另一端接正饋線(簡(jiǎn)稱AF線，亦架在田野側(cè)，與接觸懸掛等高)，其中點(diǎn)抽頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在AF線下方還架有一條保護(hù)(PW)線，當(dāng)接觸網(wǎng)絕緣破壞時(shí)起到保護(hù)跳閘作用，同時(shí)亦兼有防干擾及防雷效果。

顯然，AT供電方式接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，田野側(cè)掛有兩組附加導(dǎo)線，AF線電壓與接觸網(wǎng)電壓相等，PW線也有一定電位(約幾百伏)，增加故障幾率。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障，尤其是斷桿事故時(shí)，更是麻煩，搶修恢復(fù)困難，對(duì)運(yùn)輸干擾極大。但由于牽引變電所饋出電壓高，所間距可增加一倍，并可適當(dāng)提高末端網(wǎng)壓，在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)比較薄弱的地區(qū)有其優(yōu)越性。

帶回流線的直接供電方式取消BT供電方式中的吸流變壓器，保留了回流線，利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回流盡可能地由回流線流回牽引變電所，因而部分抵消接觸網(wǎng)對(duì)臨近通信線路的干擾，其防干擾效果不如BT供電方式，通常在對(duì)通信線防干擾要求不高的區(qū)段采用。這種供電方式設(shè)備簡(jiǎn)單，因此供電設(shè)備的可靠性得到了提高;由于取消了吸流變壓器，只保留了回流線，因此牽引網(wǎng)阻抗比直供方式低一些，供電性能好一些，造價(jià)也不太高，所以這種供電方式在我國(guó)電氣化鐵路上得到了廣泛應(yīng)用。

這種供電方式實(shí)際上就是帶回流線的直接供電方式，NF線每隔一定距離與鋼軌相連，既起到防干擾作用，又兼有PW線特性。由于沒(méi)有吸流變壓器，改善了網(wǎng)壓，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。

同軸電力電纜供電方式是在牽引網(wǎng)中沿鐵路埋設(shè)同軸電力電纜,其內(nèi)部導(dǎo)體作為饋電線與接觸網(wǎng)并聯(lián),外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌并聯(lián)的供電方式。

這種供電方式由于投資大，一般不采用。