通信电源系统设计原则及配置方案

通信电源系统

设计标准及配备方案河南铁通工程建设有限公司设计所2023年2月1/53本节培训目标

理解通信电源在通信网络中种类及地位理解各功能设备组成掌握通信电源设计中基本办法2/531、通信电源在通信网络中种类及地位1.1通信电源是通信局站主要组成部分，一般称为通信设备“心脏”。1.2通信局站供电特点：主要性：通信电源故障会造成大量通信停顿运行，在政治上、经济上给国家集体或个人造成重大损失。复杂性：通信电源用电功率大小不一，但供电质量要求高，可靠性高。电压种类：主要有直流：24V、-48V；交流：220V、380V，供电质量要求高。设备配备：冗于度较大，设备种类较多。3/532、通信设备对电源系统要求2.1通信设备对电源系统要求：（1）可靠（2）稳定（3）小型（4）高效率4/53

（1）可靠①

交流电源供电通信设备都应当采取交流不间断电源(UPS)。②

在直流供电系统中，应当采取电池并联浮充供电方式。③

必须提升多种通信电源设备可靠性，可靠性第一，节能第二，节能应服从于可靠性设计标准。（2）稳定：多种通信设备都要求电源电压稳定，不能超出允许变化范围。一般通信设备都由稳压电源供电。（3）小型：为了适应通信设备发展，电源装置也必须实现小型化、集成化。（4）高效率：必须采取多种节能措施，提升能源利用率和经济效益。5/533.典型通信局站交（直）流供电系统原理图3.1通信局站交流供电系统原理图北站电源系统图6/537/533.2通信局站直流供电系统原理图中心所6楼电源系统图3.典型通信局站交（直）流供电系统原理图8/539/534.通信电源设计特点设计周期较其他专业短：通信电源设计计算根据在通信设备方案最后确定后才能提供。供电系统相对独立：各局所设备之间不存在功能连接，仅有下级局所向上级传送信号监控功能。设备种类品多：同类产品间采取技术伎俩分散。需要掌握知识面较广：如发动机和发电机知识、流体力学、声学、微电子知识、电化学、机械工程等。10/535.通信局站供电系统设计通信局站供电系统三种形式：5.1集中供电；5.2分散供电；5.3混合供电；11/535.1集中供电12/535.2分散供电

交流供电系统仍采取集中供电方式，直流供电系统采取分散供电方式，可分楼层设置，也可按各通信系统设置。13/5314/53分散供电方式长处a.可适应超大容量通信抠纽要求b.当电源出现故障，可避免造成大范围通信中断c.缩短供电距离，减小损耗，提升效率15/535.3混合供电组成：太阳能电源、风力发电机、低压市电、蓄电池组、整流配电设备及移动电站等供电方式：交流市电电源与太阳能电源(或风力发电机)组成混合供电方式16/5317/536.电源设备配备标准根据：《通信电源设备安装工程设计规范》(YD/T5040-2023)；通信用交流配电设备，按系统远期配备；通信用直流配电设备，按系统近期配备；整流设备，按系统近期配备；蓄电池组，按系统近期配备。（近期为建成投产后3～5年）18/537.通信局站蓄电池配备7.1配备标准一般局站设二组相同容量蓄电池组。一体化模块局等小容量局站可设一组100AH或200AH蓄电池。200AH电池可由同厂家、同型号、同容量、出厂日期相差不足一年两组100AH蓄电池并联使用。对于现有电池组，当电池组中仅有少数2V电池老化时，在电池组使用时间较短（三年左右）并且其他电池质量较好时可单块更换，不然则应所有更换。单组电池容量在200AH及下列时，采取12V单体电池，大于200AH时，采取2V单体电池。新设电池组应使用阀控密封免维护电池。19/537.2容量计算蓄电池组（一组或两组）总容量，按规范中下式计算：

其中:Q—蓄电池容量(Ah)；K—安全系数1.25；I—负荷电流(A)；T—放电小时数(h)；η—放电容量系数；t—电池室最低温度，有采暖设备时取15，无采暖设备时取5。考虑到许多局点电池与其他设备装在同一机房，另外，交流停电大部分发生在夏天，因此一般应取t=15；

α—电池温度系数，当10＞放电小时率时，取0.00820/5321/53电池容量计算表22/5323/53市电分类：24/5325/538.整流及配电设备配备标准8.1设备配备标准较大通信局站一般分设交流配电屏、直流配电屏和开关整流器，甚至设多套设备，分散供电；较小局站则设一套组合电源架。配电设备容量宜按远期容量配备，整流模块按近期容量配备。26/538.2、整流模块容量计算整流器容量IZ配备计算公式如下：IZ=I+K×ɑ×Q（假定同步给负载供电及为电池充电）IZ：计算整流器总容量，单位安培；I：近期或终期负荷电流，单位安培；K：电池备用系数。1+1备份取2；ɑ：充电系数，取值为0.1；Ｑ：10小时放电率电池容量，单位Ah。按通信电源设计规范，整流模块数应按n+1冗余方式确定，当主用模块数n≤10时备1块，n>10时备2块。27/538.3、整流设备价格整流设备价格估算中应注意开关电源包括机架（整流屏）、整流模块、监控模块，分别计价。28/538.4、整流设备输入交流输入交流电源三相或单相决定于整流模块输入电压及机架总耗电。一般50A及以上整流模块为三相输入。25A整流模块虽为单相输入，但总容量大时外电也可用三相，以保持电网平衡，此时多种模块应分接在不一样相。小通信机房一般应采取单相，由于停电时要送发电机供电，而小功率（5kVA及下列）发电机都是单相。29/539.逆变器和UPS9.1基本概念（1）逆变器和UPS主要区分是前者利用通信站现有基础电池（48V），后者另配电池。二者都要输入交流电源，只是前者不对蓄电池充电，后者要对蓄电池充电。由于UPS可按需自备高压电池，因此可实现大功率输出。30/53（2）UPS分在线式、互动式、后备式几个运行方式。在线式UPS系统输出质量高，可靠性高，并确保顾客负载同一般市电电源处于电隔离状态，最适合当代通信系统及算计机网络应用。（3）UPS容量大于15kVA时应采取三进三出，不大于15kVA时，采取三进单出或单进单出。（4）为提升UPS供电系统可靠性，一般采取冗余方式，最常见是并联冗余方式。31/53上图是业务支撑中心双机冗余热备份（即1+1）方式运行UPS电源系统构造简图32/53（5）UPS容量确定：规范要求UPS容量应按近期（投产后3～5年）负荷配备，远期负荷增加不大时可按远期配备。但由于互联网发展迅速，实际近期负荷也许难以预料。根据经验，初装容量不要大于目前负荷4倍。（6）UPS设计中应牢记：可靠性第一，节能第二，节能应服从于可靠性设计标准。（7）UPS输出功率因数，一般按0.8来计算。33/53有文章给出了UPS负载率和效率关系，在负载率达成25%时，效率可达成90%，而负载率为15%时，效率仅为55%。低效率引发很多问题，一是挥霍电能，例如对15kVA负载供电，UPS选用100kVA比选用30kVA每年多支出电费7万多元；二是增加建设投资，UPS价格基本与容量成正比；三是减少使用寿命，由于效率低意味着本身损耗大，即发热多，加快了元器件老化。34/53例如标称容量为120kVAUPS，在负载功率因数为0.8时，负载最大有功功率为120*0.8=96kW，逆变器输出功率也是96kW，输出电流为96000/(380*1.732)=146A35/539.2UPS蓄电池容量计算

UPS蓄电池组容量取决于UPS容量和备用放电时间。蓄电池容量计算办法是首先按下式计算蓄电池放电电流，再用前述蓄电池容量计算公式算出电池容量。式中：I为蓄电池放电电流（A）；S为已选定单台UPS额定容量（kVA）；0.8为UPS输出功率因数；μ为逆变器效率，容量越大，效率越高，小功率UPS可按0.8，10kVA以上可按0.85；U为所配电池组放电终了时电压（V）（2V单体电池放电终了电压为1.85V36/53举例：通信段洛阳无线网控制中心设一台UPS，供电范围包括控制设备、管理终端和中继光端机，总耗电约1000W，因此UPS额定容量应大于1000/0.8=1429VA，按UPS容量系列，设2kVA单进单出UPS一套，配套蓄电池电压为48V。电池容量取决于放电电流和放电时间。放电电流由上式求出，其中S应取实际输出视在功率而不是设备视在功率，即S*0.8应取实际有功功率1kW。上式中μ取0.8，U=1.85*24=44.4V，于是I=1*1000/(0.8*44.4)=28.15A。如果确定UPS支持停电时间4小时，利用公式即可计算出电池容量，其中K=1.25，I=28.15，T=4，η=0.79，α=0.008，t=15，得Q=193.65AH，取蓄电池容量200AH，即采取4块12V、200AH电池串联或24块2V、200AH电池串联。37/5310.通信局站交流用电估算通信局站主要用电内容包括：通信设备用电（包括直流、交流直供、UPS）、空调用电、照明用电等。此项估算主要用于：向供电局申请用电容量、确定局站专用变压器容量、计算油机容量、选择交流电源线截面38/53（1）开关电源：交流输入有功功率等于其直流输出功率除以其效率η，即Py=IU/η。在开关电源输出功率大于1500W时，η≥0.9。（2）UPS：多按标称输出功率2倍计算。（反向谐波影响）（3）空调：机房空调主要用制冷抵消设备余热，机房余热除由设备发热产生外，尚有通过墙体、门窗传导热量和空气对流热量，尚有照明灯具产生热量和人体产生热量等。39/53空调制冷功率最少应等于设备耗电功率。其他几项热源可近似以为占设备热量20%，再考虑冷气不会均匀地抵达每一处发热地点，因此还要计入一定余量，可按10%。机房所需空调制冷功率还与送风方式有关（下送风约比上送风省25%）。40/53空调行业常以“匹”作为制冷速率单位，一匹=2023千卡/小时，换算成制冷功率单位以W表达时，一匹=2023/1.163=2325W。一般空调行业把制冷功率2200-2600W都称为一匹，3200-3600W为1.5匹，4500-5500W为2匹等。41/5311.发电机11.1配备标准一、二类通信枢纽应配备满足通信负载（含通信机房空调用电）容量要求发电机。同一市区最少应有一台能满足最大负荷局站（上述一、二类枢纽除外）使用流动发电机。边远县应配能满足最大负荷局站发电机。10kVA及下列发电机应采取汽油发电机，方便搬运，更大功率则采取拖车式或固定安装式柴油发电机。5kW及下列采取单相发电机，更大功率采取三相发电机。发电机应具有消噪音装置，以确保在使用中符合国家有关噪音环境保护要求。42/5311.2容量计算发电机功率P应满足直流电源浮充功率P1、蓄电池组充电功率P2、机房确保空调功率Pk、机房确保照明功率Pz和UPS功率Ps。因此，可按下式计算发电机额定有功功率：

（kW）其中：I为负荷电流和充电电流之和，56.4为电池均充电压，0.9为开关整流器效率，Pk为空调功率，Pz为确保照明功率（可按6～8W/m2）估算，每局站1～2kW），Ps为UPS功率。43/5312.交直流电源线配线12.1有关要求按97年《通信电源设备安装设计规范》要求，“机房内交流导线应采取阻燃型电缆”。而23年规范则要求“机房内导线应采取非延燃电缆”，即所有导线。一般应采取铜质配线，但和铝质架空电力线相接引入线必须采取铝芯电力电缆，以防在杆上连接处不一样金属产生电化腐蚀。在同一途径内，交流与直流电源线应间隔100mm以上。为便于备料，用量很少且线径相近线缆类型能够向大线径合并。44/5312.2交流电源线（1）在确定每段导线载面时，则应根据该段导线上视在功率P计算其中电流。对于单相供电，线电流；对于三相供电，线电流。45/53用于室内聚氯乙烯绝缘交流电力电缆在空气中敷设时安全载流量如下表（假定为四芯电缆，导线温度65℃，环境温度30℃）：46/53以往标准要求零线（中性线）线径为相线50%，现行规范要求交流中性线应采取与相线相等截面导线。在条文说明中又说“供应开关电源及UPS等非线性负载交流电缆中性线应采取与相线相等截面导线”，原因是非线性负载产生大量谐波，这些谐波在零线上不能互相抵消而是互相叠加，使零线上压降增大，发热严重，因而线径宜大些。47/5312.3直流电源线导线截面