交流电源中断报警器在通信电源维护工作的实际应用

交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 1 页交流电源中断报警器在通信电源维护工作的实际应用张玉栓 乔世成 娄自强 （中国联通通辽分公司）交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 2 页摘 要中国联通通辽分公司针对通信机房市电断电、缺相情况而研制的交流电源中断告警器具有制作简单、成本低廉、性能可靠等诸多优点，能够及时而准确的检测到交流电源瞬间中断并立即上报告警，确保通信网络供电安全。关键词： 通信机房 电源 告警器 安全 ABSTRACTChina Unicom Tongliao Branch develops a AC power interrupt alarm contrary to power failure and phase loss for communication room , it has many advantages of making simply, low-cost, reliable performance, it is able to detect instantly interruption of the AC power timely and accurately ， then reports alarm immediately to ensure the security of the power for communication network . KEY WORDS:communication room, power, alarm, security交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 3 页1 概述随着通信技术的飞速发展，联通公司网络规模也迅速扩大，保障网络安全运行工作日益突出，保障电源安全供电工作更是重中之重。众所周知，中心机房供电需要保持不间断性，不允许发生中断，为保证电源供电安全，通辽分公司自行研制交流电源中断报警器，在交流电源发生中断、缺相时能够发出报警，及时排除通信电源安全隐患。本报警器通过三年多的实际使用，效果良好，有效的保证了通辽分公司中心机房通信电源的安全运行。2 目前设备供电保障措施简述2.1 UPS 电源UPS(Uninterruptible Power supply 不间断电源供电系统）具有电力保护功能，当市电正常供电时，UPS 电源把市电先整流成直流电，再把直流电逆变成交流电对通信设备进行供电；当市电中断时，UPS 电源转入把蓄电池里的直流电逆变成交流电的方式对通信设备进行供电；当在市电不稳定时，可以避免负载遭受欠压、浪涌冲击等危害，并全面改善用电质量，给负载尤其是计算机和网络系统进行全面的保护，并起到过载、短路、电池过放等保护，为负载提供一个稳定的工作环境。2.2 主备双路供电网管机房采用主备双路市电供电，当主用市电停电后，高压配电柜可以自动倒换至备用市电，从而保证机房通信电源的可靠性。图 2.1 高压配电柜交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 4 页3 目前保障通信电源安全性方面的问题3.1 主备电源切换问题通辽分公司中心机房采用主备双路市电供电模式，当主用电源发生中断后会自动切换换至备用电源，而备用电源停电后就不能自动切换到主用电源（这种情况下只能通过人工操作把备用电源倒回至主用电源） ，此时，如果备用电源中断，在 UPS 和开关电源电池电量耗尽前无法及时提供交流供电，就会导致正在运行的软件系统设备停机造成数据丢失、传输数据中断，严重的还会损坏到通信硬件设备，严重影响通信网络的正常运行。3.2 断电处理响应速度慢问题实时性是衡量通信电源监控系统的一个最重要的性能指标，它包括两个方面，一个是系统对监控对象各种状态的响应速度，另一个是操作人员发出控制指令时，被监控设备的响应速度。现今机房电源是否正常工作都通过电源专业人员日常巡检来发现，人工检查效率低而且实时性较差，不能够保证机房值班人员及时发现电源故障。3.3 交流缺相不能快速及时发现由于电网自身原因或电源输入接线不可靠，开关电源和 UPS 有时会出现缺相运行的情况。通辽市网管机房电源监控设备能够检测到交流电源中断而不能快速及时的发现交流缺相问题。当电源处于缺相运行时，整流桥某一臂无电流，而其它臂会严重过流造成损坏，同时使逆变器工作出现异常、输出电压不稳，从而会导致通信电源的供电安全性得不到有效的保障。4 交流电源中断报警器的研制针对在通信电源维护过程中所遇到的交流供电安全性的上述问题，通辽分公司创新性的研发交流电源报警器，在交流电源发生中断、缺相时能够立即发出报警信息，使维护人员能够及时而有效的排除通信电源安全隐患，有效的保障了通信网络的安全运行。交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 5 页4.1 功能需求（1）交流电源正常时，报警器一直处于在线监控状态。（2）交流电源一旦发生中断立即报警，响应时间=10ms.（3）报警器配置有蜂鸣器，保证机房值班人员随时能够监听到。（4）本报警器还可用于信号监听、电源缺相情况。（5）制作简单、成本低廉、维护方便。4.2 设计方案选择（1）方案一：由 555 控制芯片来设计报警器交流电源中断报警器的关键部分是报警控制电路，由控制电路来控制电流报警信号的产生。控制芯片有很多种，如 51 单片机、ARM、FPGA 等，此类控制芯片主要完成比较复杂的功能需求时才会用到，实现一些简单控制功能时555 芯片就可以完成具体功能需求。（2）方案二：由简单模拟元件来设计报警器由简单数字元件来设计交流电源中断报警器，其控制电路可以采用运算放大器、双稳态触发器或逻辑门等元件进行控制。比较简单的办法是采用模拟元件三极管控制，由三极管的导通状态和截止状态来控制报警信号产生电路是否工作。（3）方案比较两种方案都能够实现交流电源中断报警器的基本功能，用 555 芯片来研制报警器需要设计人员对此芯片要有透彻的了解，555 芯片对电流和电压的精确度要求较高，不易控制，稍有操作失误芯片就会损坏；而用三极管来实现的情况下，对电流和电压的精确度要求不高，设计人员较容易熟练掌握。所以本交流电源中断报警器采用方案二进行设计。4.3 整体框图由整体电路图可看出，此电源中断报警器电路总共有四个基本组成单元。分别是：电源电路、控制电路、充电电路、报警输出电路组成，电源电路包括市电市电接入电路和充电电池，控制电路由三级管、可控硅和电磁继电器共同交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 6 页来完成，报警电路由蜂鸣器来完成其功能。图 4.1 整体框图充电电路由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，本报警器中充电电路是为两个串联的 6 伏的电池进行充电，使其能够长期提供 12 伏稳压电源。图 4.2 充电电路框图4.4 报警器原理介绍此报警器是由电磁继电器来控制三极管的导通和截止，交流电正常时，电磁继电器内部开关处于吸合状态，此时三极管处于导通状态；交流电中断或者缺相时，电磁继电器的内部开关处于断开状态。三极管和可控硅来控制另一个电磁继电器内部开关的吸合和断开，电磁继电器内部开关导通时触发蜂鸣器报警，电磁继电器内部开关关断时，蜂鸣器不发出断电告警。当报警器作为信号告警时，输入继电器恰好和电源报警器的接法相反（也就是常开与常闭接点反接） ，同时说明一点，如报警器作为检测信号瞬间中断时，需将继电器打开，掰动接点距离，使接点的行程越小越好，越小越灵敏。充电电池报警输出电路市电接入充电电路控制电路市电输入 变压器整流电路滤波电路稳压电路交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 7 页电磁继电器R 1 R 2R 3K P 可控硅电磁继电器蜂鸣器复位按钮三极管6 V电源1 2 V电源2 2 0 V 交流电源图 4.3 报警器原理图当输入交流 220V 市电正常时，输入继电器内部开关吸合导通，基极输入电压约为为 0.6V，满足三极导通条件，集电极电压约为 0.4V，KP50A 可控硅无法导通，导致控制蜂鸣器继电器处于不工作状态，蜂鸣器继电器线圈没有电流流过，接点断开，门铃不响。此时导通电路中电流如下图红线所示，方向为箭头指向。电磁继电器R 1 R 2R 3K P 可控硅电磁继电器蜂鸣器复位按钮三极管6 V电源1 2 V电源2 2 0 V 交流电源交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 8 页图 4.4 交流电源正常时电流流向图当 220V 交流电源停电时，输入继电器内部开关断开，三极管基极电源约为 0V，三极管截止，集电极约为 2V，此种情况下可触发 KP50A 可控硅导通，报警继电器接点吸合，蜂鸣器发出停电报警，此时如果市电恢复正常，蜂鸣器仍然继续报警，直到值班人员发现告警后按动复位按钮即可停止蜂鸣器报警。此项功能能够检测到交流市电的瞬间中断，按下复位按钮后人工查看市电瞬断的原因，以避免此类故障的再次发生。电磁继电器R 1R 2R 3K P 可控硅电磁继电器蜂鸣器复位按钮三极管6 V电源1 2 V电源2 2 0 V 交流电源图 4.5 交流电源中断时电流流向图4.5 所需元件及成本计算如电路图所示，其中 R1 电阻为 2K，R2 电阻为 51K 和 20K 电阻串联值 71K，R3 电阻为 200，市电直接接入 220V 继电器，另一个 12V 继电器接至蜂鸣器，为直流电源充电电路的的输入也为 220V 市电，三极管基极 6V 电源可从两只 6V 串联电池之中获取，不必另装 6V 电池。电源中断报警器所需元件及价格清单如下表所示：交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 9 页原件名称 单价（元） 数量（个） 总价（元）2K 电阻 0.01 151K 电阻 0.01 1200 电阻 0.01 120K 电阻 0.01 1KP50A 可控硅 4.40 112V 继电器 5.00 1蜂鸣器 5.00 1复位按钮 2.00 16V 可充电电池 35.00 2220V 继电器 5.50 191.94表 4.1 报警器所需元件及价格汇总表注：在设计报警器时所有的器件都是用的故障电路上的可用元器件，成本不足 10 元，而上述原件清单中的所有器件均为新器件所对应的价格。4.6 实物图图 4.6 交流电源中断报警器内部 图 4.7 交流电源中断报警器外部4.7 报警器测试4.7.1 测试环境搭建把所研制的电源中断报警器连接至交流电源，以测试报警器是否能达到所交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 10 页需功能要求。4.8 测试环境搭建4.7.2 测试任务（1）功能性测试测试项目名称 输入 结果电源中断时是否能正常报警 切断交流电源 报警器响电源缺相时是否能正常报警 切断一相电源 报警器响电源正常时电路是否处于监听状态 电源正常工作 电路中电流、电压正常复位按钮是否正常 电源中断后正常 报警器一直报警，按完复位按钮后停止报警报警器耐用性 使用期已三年 报警器各项指标均正常表 4.2 功能性测试表（2）易用性测试易用性测试包括针对易理解性的测试、易学性测试、易操作性测试。易用性测试对象是机房网管值班人员，其测试结果如下表所示：4.3 易用性测试表4.7.3 测试结论经过长时间实际测试，报警器各项功能均符合设计要求。交流电源中断报警器能够很好的完成交流供电监控，及时而准确的上报电源断电、缺相故障。如果把电源输入端电磁继电器改为直流电磁继电器，本报警器也可以实现对直流电压进行供电监控，可通过选择合适的电磁继电器来调整所监控直流电压的测试项目名称 结果易理解性测试 优秀易学性测试 优秀易操作性测试 优秀交流电源 电源中断报警器交流电源中断报警器在通信电源维护工作中的实际应用第 11 页大小。5 结论交流电源中断报警器成功的避免了由市电停电、缺相而引起的通信电源安全隐患，更好的保证了机房通信电源的安全运转。该方案探讨了如何在不改变原有电路结构的基础上，以低附加成本来实现交流电源断电、缺相故障报警，简单适用而且性能优越。本报警器的成功研制并在通信电源维护工作中的实际应用为其他盟市分公司提供了新的工作思路，值得借鉴并且大范围推广。6 参考文献1、 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编：电子技术基础（模拟部分）（第四版），北京，高等教育出版社，1999 年。2、 中国集成电路大全编写委员会编，赵保经主编：中国集成电路大全CMOS 集成电路（第一版），北京，国防工业出版社出版，1985 年。3、 电子技术课程设计指南，彭介华主编，长沙，高等教育出版社4、 全国中等职业学校电子电器专业教材编写组编，曾祥富、张龙兴、童士宽编：电子技术基础（第一版），北京，高等教育出版社，1999 年。附：作者简介张玉栓 长春邮电学院 专科 现工作于中国联通通辽分公司 网管中心联系方式：通辽市科尔沁区科尔沁大街 1040 号 邮政编码：028000 联系电话：1864751