车载通信方舱供电系统

车载通信方舱供电系统的应用结合工程实例，探讨如何设计高可靠性、安全的车载通信方舱不间断供电系统。由于车载通信方舱供电系统兼顾市电/电站集中供电方式，要确保通信系统稳定可靠、不间断地实施通信指挥，供电系统的设计尤为重要，除了满足一般供电系统的功能外，还应具有良好的机动性、环境适应性以及安全可靠等技术指标要求。文中从供电系统设计原则、设计过程等方面介绍了供电系统的设计方式，并分析了不间断电源的选型和蓄电池容量的选择等问题。不间断电源系统；发电机组；配电箱；蓄电池；充电机一、 引言车载通信方舱主要是指将通信方舱运动到指定区域实施机动、灵活的通信指挥，虽然供电系统不是通信方舱内主流设备，但它却是通信方舱内非常重要的设备。供电系统是通信方舱的“能量”保障，为了提供符合质量要求的电能，减少电源引起的故障，确保通信系统方舱内各个通信设备的安全连续运作，通信系统中必须有高可靠性、高可利用率和抗干扰能力强的供电系统，在设计时必须考虑供电系统的环境适应性以及安全可靠性等指标要求，供电系统采取集中管理维护。二、 供电系统的需求分析车载通信方舱供电系统一般采用市电/电站集中供电方式，这样可实现快速切换。市电正常时，市电优先向系统供电，UPS（不间断电源）经稳压后对设备供电，同时向蓄电池充电；市电发生故障时或到野外应急使用时，通信系统主要设备通过UPS实现不间断供电，同时启动发电机组发电。在规定时间内由蓄电池逆变供电切换到发电机工作状态。发电机组可以采用主、备机工作方式或双机同时工作方式，发电机组可以在车上工作，也可以吊下车工作，与主舱保持一定距离，减少噪声对工作人员的影响。设计中药考虑发电机组的安装、降噪及集中管理维护等。三、 供电系统设计原则车载通信方舱供电系统的设计一般应遵循如下原则：A. 满足通信系统设备的用电功率和参数要求，把不间断工作作为系统供电的不要目标。B. 将市电、发电机组、交流UPS、直流UPS等多种供电方式综合应用，护卫补充和备份，为主要设备实现不间断供电。C. 把供电安全可靠作为重要条件，具有必要的保护措施，如配电系统必须具有防雷、过流、过压和漏电保护等功能，并要考虑良好的接地措施，这对于防止操作人员误操作造成伤害或对设备造成损害至关重要。D. 电源分机按标准化设计，接插件采用军用航空连接器，满足互换性和方便快速维修的要求。一般设计为19英寸机架式或24英寸机架式。E. 供电设备因其工作环境在野外，必须采取加固和三防措施，以便于其抗振动、冲击、高低温以及防潮湿、盐雾、霉菌等，适应恶劣环境要求，同时满足电磁兼容性要求。四、 供电系统设计过程首先确定所有设备的用电总功耗和电源散热方式，再确定配电方式、电源品种和蓄电池容量，选择相应配套的发电机。一般设计步骤为：确定功耗-确定配电方式-确定供电设备-确定结构布局-电源分机设计。1 交流供电系统交流供电系统由配电箱、发电机、重要设备的交流UPS组成。市电可以直接提供给空调、舱内照明和辅助性用电设备，UPS稳压后向系统主要设备（服务器、计算机、网路设备、通信设备等）实现不间断供电，市电不能提供电能时，先由UPS提供应急供电、蓄电池组提供应急照明，同时启动发电机组，将电能接入配电系统，再2对设备和UPS提供交流电。五、 发电机发电机最好选用与运输车本身使用的油料相同，即柴油车用柴油发电机，这样方便使用、运输。发电机组考虑其额定功率必须大于负载功率外，还应考虑其额定功率所适用的海拔高度，系统在海拔4500M以上工作时，设备需降额使用。根据研制要求，一般配备两台箱式柴油发电机组互为备份，具有常规/应急、自动/手动等做种运行方式，并由稳定限流等多种保护功能；可单机工作或双机同时工作。六、 配电箱根据方舱内通信所有设备计算的总功耗，再按要求明确供电方式，一般确定为市电优先，发电机组为辅，发电机组两台互为备份，配有双机切换电路（三相发电机当三相供电时还要考虑三相平衡问题），具有控制和指示功能，同时必须还具备过压、防雷、过流和漏电保护；良好的接地方式、防雷装置，可以提高通信系统的通信质量，确保通信设备及操作人员的安全。在有市电或发电机工作的情况下，380V/220V电源经电源接口、防雷装置进入配电箱，由配电箱分别控制输出至照明、空调、UPS、设备等负载。七、 交流UPS因为方舱内机柜数量的限制，不可能每种设备均配上UPS，所以选定重要设备配上交流UPS，明确顶点后交流UPS逆变工作时间，计算出电池容量。确定所需UPS的容量的方法如下：计算所有负载的综合S=S1+S2+S3+-Sn，单位为V.A；考虑到UPS的抗冲击能力以及扩容需要，UPS的容量应不小于S/0.8；工作时间T=(IV/S)X0.8，I为蓄电池容量，V为蓄电池组电压。现在，免维护阀控式密封铅酸蓄电池以其体积小、电压稳定、电性能高、维护少得特点而作为电源系统的首选，但在实际使用中常常因为维护不当（半年以上不开机）而造成蓄电池容量损失，电解液干涸，不但影响了电池寿命，而且会引起UPS不能正常工作，所以加强对蓄电池的正确使用和维护尤为重要。在使用说明书中尤其要强调维护蓄电池的方法的重要性，每3个月定期给蓄电池充电；如果长期工作在市电状态不停电，则每3个月认为中断供电，使UPS带载放电，再充电，这样可以防止蓄电池长期处于浮充状态下，一旦市电中断，UPS供电时间很短，甚至不能供电。交流UPS设计成以市电启动的方式（多数交流UPS启动靠蓄电池组的直流电压），这样即使电池组电源不足，但有市电时也不会影响电源开机，在交流UPS工作时对蓄电池组进行充电，电池的浮充电压值、均充电压值、电流限制流值要根据实际情况及蓄电池型号和容量进行合理设置，并对电池设置低压切换保护功能，UPS机箱采用前后风冷散热，注意防尘设计。UPS的选型有两种方法：一种是选择在线式UPS正弦波输出，这种UPS的优点是输出电压无论是市电供电还是蓄电池供电，对负载的输出电压均有逆变器提供，这从根本上消除了来自市电网的任何电压波动和干扰对负载工作的影响，真正实现了对负载的无干扰稳压供电，当外界市电电压范围在180V-250V时，输出电压稳压范围可达220V+3%，正弦波工作频率在50HZ+1%，波形失真度小于3%，市电和蓄电池转换工作时间为0具有优良的输出电压瞬变特性，电路的可靠性高，故障率低；另一种选择是后备式UPS正弦波输出，这种UPS擦用抗干扰分机调压稳压技术，在市电电压为180-250V时，输出电压稳压范围可达220+5%，然而后备式UPS仅仅在由蓄电池组供电时间内才向负载提供高质量的无干扰的正弦波电源，转换时间约为4ms，波形失真度小于5%。虽然后备式UPS性能指标不如线性式UPS好，而我们常常选择它的原因在于噪声方面的考虑，后备式UPS工作在市电时的噪声相对于线性式UPS要小（市电时直接通过抗干扰滤波器对负载供电，所以噪声较小），从这方面考虑是因为军方常常要求研制方控制舱内噪声要小于60dB，那么对于每个分机就要尽可能选择噪声低得设备，零一原因是在线式UPS的价格比后备式UPS高，如果抛开这两个因素，选择在线式UPS优于后备式UPS。1.1 直流式供电系统直流供电系统由直流UPS、充电机、蓄电池组组成。直流UPS是指输入交流220V，输出稳定的直流电源，市电停电时由蓄电池组提供直流电源给UPS转换成直流输出，根据设备用电需求，我们将需要直流供电的设备直接设计成直流UPS供电，使使用直流供电设备也可以实现不间断工作。在设计中将不同输出电压直流电源组合输出，这样可以减少电源体积，交流市电直流供电0s切换，具有过流、过压、过热、短路保护功能，电压调整率一般小于0.5%，电流调整率小于1%。如图：直流UPS原理框图对于需要短时间大电流放电的设备，直接选用大容量电池组供电，用充电机给蓄电池组充电。根据蓄电池容量，采用先恒流后恒压的充电方式，充电电流限制在0.1C-0.2C，确保蓄电池组充电安全快速。八、 实际应用实际使用过的车载通信方舱供电系统框图：该设备总功耗9kW，配有6KwW柴油发电机和3kW柴油发电机，要求配电柜实现市电和发电机之间互锁功能，发电机组机可选1台，也可以选2台并用（在配电柜面板上设置转换开关），发电机在方舱上配有小型吊机，方便发电机从方舱上吊到地面，可以与方舱拉开一定距离，以减少噪声对工作人员的影响，配电柜设计按要求防过压、防雷、过流和漏电保护；UPS设计成19英寸机架式，交流UPS功率为1500VA，这是24V蓄电池组逆变所能提供的最大功率，蓄电池组安放在机柜底部，直流UPS选用12V/60A、5V/10A两路组合输出，这两种UPS都由24V120A.h蓄电池组直流供电，停电后可以提供40min以上逆变输出，以保证重要设备不间断工作，同时给启动发电机组工作