四川电信节能减排——高压直流技术指导意见

1、节能减排高压直流技术指导意见四川省电信有限公司前言：目前，通信行业供电系统现状是交、直流供电系统并用，但随着idc数据中心、互联网等数据通信业务的快速发展，交流不间断供电系统的容量在不断增加，ups设备的用量也越来越多。但由于ups一般需要对主机作冗余配置，工作处于较低的负载率区间，且要经过整流、逆变两次变换，电源效率和供电可靠性均较直流供电系统低，在节能降耗的背景下，使用高压直流供电系统代替ups供电系统为通信负载供电已越来越受到业界的关注。目 录一、总则1二、总体要求1三、技术阐述11、技术原理12、节能效果22.1整体效率较高22.2 采用模块备份方式，工作在更高的负载率区间2四、技术运

2、用41、技术相关规范41.1 环境条件41.2 交流输入41.3 整流模块41.4 蓄电池管理功能61.5 并联工作性能61.6 系统效率61.7 系统音响噪声61.8 保护功能61.9 告警性81.10 防雷性能81.11 安全要求81.12 系统电磁兼容性101.13 系统可靠性（mtbf）101.14 监控性能101.15 系统外观112、使用场合11五、建设规范111、建设准备112、工程设计要点122.1 系统配置122.2 系统采用悬浮方式供电122.3 系统配电设计132.4 电源设备安装位置132.5 其他注意事项14六、施工规范141、拆除规范142、安装规范142.1 预先

3、检查142.2 清点配件与存放142.3 安装固定143、调试规范153.1 电源系统测试153.2 通信设备测试153.3 插头电源极性测试16七、效果测试规范161、测试标准162、测试指标163、测试方法164、测试相关仪器和仪表165、效果分析标准16一、 总则l 本技术指导意见适用于四川电信通信局（站）和数据机房中向交流输入电压范围为110v240v的通信设备供电、标称电压为240v的直流供电系统。l 本技术指导意见用于规范四川电信高压直流供电系统的规划、选型、设计、安装以及对在网运行的ups系统的改造。l 本技术指导意见主要参考ydb037-2009通信用240v直流供电系统技术要

4、求。二、 总体要求结合四川电信现状，并考虑到节省投资、合理利用资源，高压直流供电系统的建设应遵循以下原则：l 系统安全原则：高压直流供电系统的建设、改造应保障人身财产、通信局（站）、数据机房的安全、保证通信网络畅通。l 设备选型原则：对通信局（站）或idc数据中心进行规划和制订供电方案时，应充分考虑近期需求和远期规划，合理选择设备，确保满足未来扩容需求。l 设备配置原则：设计时应根据实际情况，在保障系统安全的前提下，尽可能避免过大的冗余配置和冗余运行，提高负载率，以提高系统效率，达到节约能源、降低成本的目的。l 节能和节约兼顾的原则：在对现有ups系统进行改造评估时，如果现有ups系统运行的各

5、项指标符合要求且未达到使用寿命，不建议进行改造。l 可维护性原则：在系统设计时应考虑系统的可维护性和可操作性。三、 技术阐述1、 技术原理目前由ups供电的通信设备一般采用内置高频开关电源，将ups供给的交流电源经整流后，再变换为电压为+12v、+5v等的直流电源为服务器内部电路供电。标称为110v240v交流输入的通信设备，对应的输入电压峰值约为158v339v，而标称240v的高压直流系统最高输出电压约为2.35v*120=282v，远小于339v，所以现有交流负载能承受高压直流240v供电系统的耐压；另外，虽然采用直流供电会使高频开关电源整流电路一直工作在正半周导通状态，但由于整流器件的

6、电流应力是按照最低交流输入电压配置的，所以现有交流负载也能承受直流240v供电的电流应力。因此，现有由ups供电的通信设备可以采用240v直流供电。高压直流供电系统采用了最新的高频软开关技术和计算机控制技术，具有零电压、零电流开通和关断特性，具有简洁易懂的中文界面显示，完全智能化运行管理和多层保护等优异性能；采用了模块化设计，热备份方式，系统配置有rs485和rs232接口，可与后台计算机配合通讯，满足自动化控制系统要求。2、 节能效果高压直流供电的节能效果主要体现在以下两个方面：2.1整体效率较高高压直流系统由于省去了ups系统的逆变环节，因此整体效率较ups系统高，减少了系统自身的损耗，达

7、到了节能减排的目的。2.2 采用模块备份方式，工作在更高的负载率区间（1）ups供电系统的效率曲线（图1）：为保障系统安全，ups供电系统大多采用1+1备份，有的甚至采用2+2冗余备份，导致单台ups通常工作在较低的负载率区间，系统效率较低。区域为ups常规工作的负载率区间2+2冗余配置1+1冗余配置ups单机选用容量负载实际容量70%ups负载率ups效率图1 ups供电系统的效率曲线（2）高压直流系统的效率曲线（图2）：区域为高压直流常规工作的负载率区间高压直流负载率高压直流效率图2 高压直流系统的效率曲线高压直流电源系统采用高频开关电源模块，按n+1备份配置，通常可让整流模块工作在50%

8、80%的负载率区间，系统效率高。如果负载率较低，还可启动模块效能管理功能，提高模块的负载率，也可大大提高系统的效率。根据实际改造对比，在相同的负载情况下，高压直流供电系统比ups供电系统节能至少15%。四、 技术运用1、 技术相关规范1.1 环境条件1.1.1 温度范围工作温度范围：-5+40。储运温度范围：-40+70。1.1.2 相对湿度范围工作相对湿度范围：90（402）。储运相对湿度范围：95（402）。1.1.3 海拔高度海拔高度应不超过1000m；若超过1000m时应按照gb/t 3859.2的规定降容使用。1.1.4 振动系统应能承受频率为10 hz55 hz、振幅为0.35mm

9、 的正弦波振动。1.2 交流输入1.2.1 交流输入电压变动范围三相380v：允许变动范围为323 v418v。单相220v：允许变动范围为187 v242v。注： 交流输入电压超出上述范围但不超过额定值的25%时，系统可降额使用。1.2.2 输入频率变动范围输入频率变动范围为50hz2.5hz。1.2.3 输入电压波形失真度交流输入电压总谐波含量不大于5%时，系统应能正常工作。1.3 整流模块1.3.1 输入功率因数当输入额定电压、输出满载时，模块的输入功率因数应符合表1要求。表1 功率因素1.3.2 输入电流谐波成份当输入额定电压、输出满载时，模块的输入电流谐波成份应符合表2要求。表2 电

10、流谐波成份1.3.3 稳压精度稳压精度应优于1%。1.3.4 峰-峰值杂音电压整流模块直流输出端在0mhz20mhz频带内的峰峰值电压应不大于输出电压标称值的0.5%。1.3.5 负载效应（负载调整率）不同负载情况下的直流输出电压与输出电压整定值的差值应不超过输出电压整定值的0.5%。1.3.6 负载效应恢复时间(动态响应)由于负载的阶跃变化（突变）引起的直流输出电压变化后的恢复时间应不大于200s，其超调量应不超过输出电压整定值的5。1.3.7 开关机过冲幅度由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定值的5。1.3.8 启动冲击电流(浪涌电流)由于启动引起的输入冲击电流

11、应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入电流峰值的150。1.3.9 软启动时间软启动时间（从启动至直流输出电压爬升到标称值所用的时间）可根据用户要求确定，一般为3s10s。1.4 蓄电池管理功能1.4.1 系统应具有能接入至少两组蓄电池的装置。1.4.2 系统应具备对蓄电池均充及浮充充电状态进行手动或自动转换的功能。1.4.3 系统在对蓄电池进行充电时，应具有限流充电功能。1.4.4 系统应能根据蓄电池环境温度，对系统的浮充电压进行温度补偿。1.4.5 在蓄电池放电时，系统宜具备对蓄电池剩余容量进行估算的功能（可选）。1.4.6 系统宜具备蓄电池单体电压管理功能（可选）。1.5 并联工作性能系

12、统中整流模块应能并联工作，并且能按比例均分负载(负载为50%100%额定输出电流时)，在监控模块正常工作时，其不平衡度应不大于输出额定电流的5%。当监控模块异常时，系统输出不会中断，其不平衡度应在额定输出电流的10%以内。当单个整流模块出现异常时，应不影响系统的正常工作。在系统不停止工作的状态下，应能更换异常的整流模块。1.6 系统效率系统效率应满足表3的要求。表3 系统效率1.7 系统音响噪声系统正常工作时，音响噪声应不大于65db（a）。1.8 保护功能1.8.1 绝缘监察保护系统应配置绝缘监察装置，检测正负母线对地绝缘。装置应具备与监控单元通信功能。当直流系统发生接地故障或绝缘水平下降到

13、设定值时，应满足以下要求：a) 绝缘监察装置应能显示接地极性；b) 绝缘监察装置应能发出告警。1.8.2 交流输入过、欠电压保护系统应能监视输入电压的变化，当交流输入电压值过高或过低，可能会影响系统安全工作时，系统可以自动关机保护；当输入电压正常后，系统应能自动恢复工作。过压保护时的电压应不低于本技术报告中所规定的“交流输入电压变动范围”上限值的105%，欠压保护时的电压应不高于“交流输入电压变动范围”下限值的95%。1.8.3 三相交流输入缺相保护整流模块交流输入为三相时，系统应具有缺相保护功能。1.8.4 直流输出过、欠电压保护系统直流输出电压的过、欠电压值可由制造厂根据用户要求设定，当系

14、统的直流输出电压值达到其设定值时，应能自动告警，过压时应能自动关机保护。故障排除后，应手动才能恢复工作。欠压时，系统应能自动保护；故障消除后，应自动恢复。1.8.5 直流输出电流限制或输出功率限制功能系统直流输出限流保护功能分二种形式：a) 系统直流输出电流的限流范围可在其标称值的20%110%之间调整，当输出电流达到限流值时，系统以限流值输出。b) 如系统采用恒功率整流模块，当系统直流输出功率达到恒功率值时，系统应以限功率方式输出。1.8.6 直流输出过流及短路保护系统应有过流及短路的自动保护功能，过流或短路故障排除后应能自动或人工恢复正常工作状态。1.8.7 保护接地要求系统应具有保护地，

15、且应有明显的标志，接地点应用铜螺母（直径m8），接地线应不小于10mm2。配电部分外壳、所有可触及的金属零部件与接地螺母间的电阻应不大于0.1。1.8.8 温度过高保护当模块工作温度超过保护点时，应自动降额输出或退出；当温度下降到保护点后，模块应能自动恢复正常输出。1.9 告警性系统在各种保护功能动作的同时，应能自动发出相应的声光告警信号。同时，应能通过通信接口将告警信号传送到近端、远端监控设备上，部分告警可通过干接点将告警信号送至机外告警设备，所送的告警信号应能区分故障的类别。系统应具有告警记录和查询功能，告警记录可随时刷新；告警信息在系统完全无电状况下应继续保存。1.10 防雷性能系统交流

16、输入端应装有浪涌保护装置，至少能承受电压脉冲（10/700s、5kv）和电流脉冲（8/20s、20ka）的冲击。1.11 安全要求1.11.1 电气间隙与爬电距离柜内两带电导体之间、带电导体与裸露的不带电导体之间的最小距离，均应符合表4规定的最小电气间隙与爬电距离的要求。表4 电气间隙与爬电距离1.11.2 绝缘电阻用开路电压为表5规定电压的测试仪器测量有关部位的绝缘电阻，应符合以下规定：a) 各独立电路与地（即金属框架）之间的绝缘电阻不小于10m。b) 无电气联系的各电路之间的绝缘电阻不小于10m。1.11.3 抗电强度1.11.3.1 抗电强度试验产品的下列部位应进行抗电强度试验：a) 各

17、独立电路与地（即金属框架）之间；b) 无电气联系的各电路之间。1.11.3.2 抗电强度试验电压值对1.11.3.1所列部位，应能承受频率为50 hz士5hz的工频耐压试验，历时lmin,（也可采用直流电压，试验电压为交流电压有效值的1.4倍），不应出现击穿或闪络现象，绝缘试验的试验等级见表5。表5 绝缘试验的试验等级1.11.4 冲击电压产品各电路对地（即金属框架）之间，交流电路与直流电路之间，应能承受标准雷电波的短时冲击电压试验，试验电压值按表6选取。承受冲击电压后，产品的主要功能应符合标准规定。在试验过程中，允许出现不导致损坏绝缘的闪络，如果出现闪络，则应复查抗电强度，抗电强度试验电压为

18、规定值的75%。1.11.5 系统接触电流系统接触电流应不大于3.5ma。注： 当接触电流大于3.5 ma时，接触电流不应超过每相输入电流的5%，如果负载不平衡，则应采用三个相电流的最大值来进行计算。在大接触电流通路上，内部保护接地导线的截面积不应小于1.0mm2。在靠近设备的一次电源连接端处，应设置标有警告语或类似词语的标牌，即“大接触电流，在接通电源之前应先接地”。1.11.6 材料阻燃性能系统所用的pcb的阻燃等级应达到gb4943-2001中规定的v-0要求，塑胶导线的阻燃等级应达到gb/t18380.1-2001中规定的要求，其他绝缘材料的阻燃等级应达到gb4943-2001中规定的

19、v-1要求。1.11.7 产品的防护等级系统机柜的外壳防护等级应不低于gb4208-1999中的ip20的规定。1.11.8 直接触电的防护系统内交流或直流裸露带电部件，应设置适当的外壳、防护挡板、防护门、增加绝缘包裹等措施，防止在维护和操作过程中意外触及。用外壳作防护时，防护等级也应达到ip20。1.12 系统电磁兼容性1.12.1 传导骚扰限值传导骚扰限值应符合yd/t 983-1998中第5.1条的要求。1.12.2 辐射骚扰限值辐射骚扰限值应符合yd/t 983-1998中第5.2条要求。1.12.3 静电放电抗扰性系统机柜应能保护产品抵御静电的破坏，其保护能力应符合yd/t 983-

20、1998第7.3条表9中“静电放电”的要求，应能承受不低于8kv静电电压的冲击。1.13 系统可靠性（mtbf）mtbf5104h。注： 可通过整流模块并联冗余方式来提高系统可靠性，即（n+k）方式。n为能满足通信局站供电的整流模块数，k为增加的整流模块冗余数且不小于1。1.14 监控性能系统应具有下列主要功能：实时监视系统工作状态；采集和存储系统运行参数；设置参数的掉电存储功能；按照局(站)监控中心的命令对被控设备进行控制，通信协议应符合yd/t1363.3-2005 的要求。交流配电部分： 遥测：输入电压，输入电流（可选），输入频率（可选）； 遥信：输入过压/欠压，缺相，输入过流（可选），

21、频率过高/过低（可选），断路器/开关状态（可选）。整流模块： 遥测：整流模块输出电压，每个整流模块输出电流； 遥信：每个整流模块工作状态（开/关机，限流/不限流），故障/正常； 遥控：开/关机，均/浮充/测试。直流配电部分： 遥测：输出电压，总负载电流，主要分路电流（可选），蓄电池充、放电电流；遥信：输出电压过压/欠压，蓄电池熔丝状态，均/浮充/测试，主要分路熔丝/开关状态（可选），蓄电池二次下电（可选）。1.15 系统外观系统面板平整，镀层牢固，漆面匀称，所有标记、标牌清晰可辨，无剥落、锈蚀、裂痕、明显变形等不良现象。2、 使用场合新建、改建和扩建的各类it设备和数据设备且采用ac110v2

22、40v的供电系统。五、 建设规范1、 建设准备检查所有负载的电源型号，记录在案，对于不能用直流供电的设备另行处理。对于目前运行的机房，在改造时有以下几点需要注意:l 设备电源输入部分有交流变压器的不能进行改造（老式的传统电源、crt显示器、部分音响设备）。l 具有输入频率检测启动的设备不能直接进行改造。l 部分设备电源内部为半波整流，需要将输入电源的正负连接正确，使半波整流电路工作，如接反需倒换一下极性。l 部分电源具有启动过压保护功能，需要先通过降压启动后再恢复到正常的工作电压。2、 工程设计要点2.1 系统配置2.1.1 系统供电系统供电宜采用分散供电方式，单个系统容量最大不宜超过600a

23、。2.1.2 系统电压系统标称电压为240v。设备运行时，浮充、均充电压由蓄电池技术参数确定，可在一定范围内调整。2.1.3 蓄电池配置l 单组电池个数如表6。表6 蓄电池个数l 蓄电池选择：宜选用铅酸蓄电池。l 蓄电池单体电压和组数确定：根据系统容量大小，蓄电池单体电压可选2v、6v、12v，每个系统蓄电池组数至少2组，最多不宜超过4组。2.1.4 整流模块配置l 整流模块选择：单体模块功率应根据系统设计容量大小合理选择，模块数量不宜多于20个。l 整流模块数量配置按负载电流加上0.1c10的充电电流计算,采用n+1冗余配置，其中n个主用，n10个时，1个备用；n10个时，每10个备用一个。

24、l 高频开关电源系统宜具备模块休眠功能。2.2 系统采用悬浮方式供电l 系统交流输入应与直流输出电气隔离。l 系统输出应与地、机架、外壳电气隔离。l 使用时，正、负极均不得接地。l 系统应有明显标识标明该系统输出不能接地。2.3 系统配电设计2.3.1概述配电设备应符合yd/t 585的相关技术要求，除了本技术要求所具体规定的以外，其余要求均可参照yd/t 585中相关条款。2.3.2 直流配电设备电流额定值等级配电设备的直流电流额定值在下列数值中选取：50a、100a、200a、400a、600a、800a。注：当用户提出要求并与制造厂协商后，可以生产上列数值以外的产品，但不允许超出gb/t

25、 762-2002规定的范围。2.3.3 配电结构系统根据负载重要程度的不同，可采用单路或双路供电，必要时可采用双系统双路供电。2.3.4 直流输出l 输出全程正负极各级都应安装过流保护器件进行保护。l 直流输出各级配电（末级除外）应采用熔断器或直流断路器保护。l 直流输出末级开关（即设备输入开关）应采用断路器保护。l 所采用的断路器或熔断器都应与系统的直流电压相适应。注：通信设备电源接线标准见附录a。2.3.5 直流输出电缆颜色标志正极：棕色；负极：蓝色。2.3.6直流配电部分电压降l 直流配电部分电压降不超过500mv(环境温度25)。l 全程压降（蓄电池正负极端电压至设备受电端子）不超过

26、额定电压5%。l 蓄电池单体连接条压降不超过10mv（电流按蓄电池1小时放电率计）。2.4 电源设备安装位置电源设备平面安装位置可根据机房具体情况，灵活采用下列方式之一：l 电源设备可与it设备和数据设备安装在同一机房。 l 组合电源设备可与综合集装架并列以头柜的形式分散安装，配套的蓄电池安装在相邻的机房。 l 电源设备与it设备和数据设备分别安装在独立的机房。2.5 其他注意事项l 供电系统应靠近负荷中心，使馈电线路长度尽量缩短，避免走线架上电源线局部堆积过多，降低安装费用。 l 设备平面布置时，应使机房承重负荷分散，并核算机房地面的承重能力。l 在充分利用机房空间的前提下，应考虑方便设备安

27、装、维护、扩容、更换，预留合理的操作空间和设备进出信道。六、 施工规范1、 拆除规范（1）对拆除的设备断开电源，确认断开后才可进行拆除；（2）对拆除的线材如需利旧需做好标示；（3）拆除设备及线材时确保不能影响运行中的设备和线材。2、 安装规范2.1 预先检查用户在收到设备时，在打开运输包装后，请仔细察看以下项：设备的外观是否有严重的变形和运输损坏的现象；打开设备前后所有的门，仔细察看是否有器件松动，连接线松动，脱落或重要承重机构变形等。2.2 清点配件与存放设备出厂配件包括：装箱清单。使用说明书。2.3 安装固定安装注意事项：(1)由于本系统是柜式结构，安装时应避免倒置。(2)系统后面及侧面与

28、墙壁之间至少应保持一定的距离，以便进行例行检修与保持风道顺畅。(3)安装霍尔传感器时需要注意霍尔传感器的方向。(4)系统安装尺寸如图3-1所示，采用4颗m12*110的膨胀螺栓进行固定。(5)主屏，副屏，直流屏的安装尺寸一致。(6)系统安装时要先拆下前面的空面板，以方便安装。3、 调试规范3.1 电源系统测试 3.1.1 电源系统绝缘测试：直流屏和组合电源中的直流模块，正极母线对 地电压与负极母线对地电压的绝对值，在系统电压范围内应不大于10v。 3.1.2 电源系统综合指标测试：系统的电压调节范围、限流值设定、高低压保护应符合系统要求，其它指标应满足ydb037-2009通信用240v直流供电系统技术要求。 3.1.3 电源系统具体调试步骤请参照供货商的使用说明书。3.2 通信设备测试 3.2.1 通信设备电流测试 电流测试的目的是检验通信设备实际运行电流与分路空气开关保护值是否相吻合。保护值过大或过小的，应及时更换空气开关。测试电流时应测量设备启动时的最大电流。当设备最大配置为两个电源模块时，应轮流关闭一个电源模块，测量设备启动电流；当设备最大配置为三个或四个电源模块时，应轮流开启两个模块启动，测试单个模块的启动电流。 3.2.2 通信设备电压范围测试 测试区应安装一只可调直流电源，电