通信電源系統設計及運行維護中節能方案探討

宋福峰 劉寶昌

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京 100080）

1 概述

中國移動正在全面開展節能減排工作，在企業運營生產過程中積極推動各項工作的有效實施。

本文從兩個方面展開，即通信電源系統設計方面的節能方案及運行維護方面的節能方案。

2 通信電源系統設計中節能方案

2.1 開關電源安裝在通信設備機房

直流電源設備的設置應充分考慮以下要求：靠近負荷中心、滿足面積需求、電纜短路由等。

開關電源安裝在通信設備機房內就能很好的符合以上要求。開關電源安裝在通信設備機房內，深入負荷中心，這樣有利于減小直流配電屏至通信設備的電纜長度，雖然增加了電池電纜的長度，但是由于電池長期處于浮充狀態，浮充電流很小，所以直流配電屏至通信設備的導線的發熱損耗大大減少，而電池電纜的發熱損耗基本不變，從而減少了電能損耗。

不單獨設置電力室同時有助于提高機房利用率，該做法雖然開關電源安裝分散，但由于目前開關電源整流模塊均為熱插拔方式，基本不需要維護，所以并不會增加維護的工作量。

以某8000m2機房樓其中一層平面為例，現需要安裝1套2000A直流供電系統。開關電源安裝在通信設備機房內及安裝在電力電池室內兩個設計方案圖如圖1所示。根據方案圖，導線表如表1所示。

由于電池浮充電流很小，所以電池電纜的發熱損耗可以忽略不計，下面只計算開關電源至通信設備電纜的發熱損耗，并折算為電能損耗：年發熱損耗計算公式如下：

Q：發熱損耗，焦耳（J）；

I：電流，安培（A），開關電源至通信設備電纜通過的電流按100A計算；

圖1 兩種設計方案設備平面布置圖

表1 導線明細表

R：電纜電阻，歐姆（Ω）；

t：電流流過電纜的時間，秒（s），本計算為一年的發熱量，即t為3.15×107s；

γ：銅芯電纜電導率， m/(Ω·mm2)通信機房均采用銅芯電纜，取值為57。

年電能損耗計算公式如下：

kWh＝Q÷（3.6×106）

理論計算兩種方案投資及年電能損耗如表2所示。可以看出，開關電源安裝在通信機房內，不僅節省電纜的投資，而且減少電能的損耗，更加節約電能。

2.2 高壓直流供電取代傳統的UPS

圖2 UPS供電原理圖

圖3 高壓直流供電原理圖

目前所有的服務器等數據設備均由UPS系統供電，UPS供電原理框圖如圖2所示。高壓直流供電原理圖如圖3所示，比傳統的UPS供電少一個UPS設備的直流—交流逆變的環節及服務器機架內部的交流—直流整流兩個環節，這樣大大提高了供電系統的效率，從而降低供電系統的發熱損耗，發熱損耗的降低也減少了空調的配置。通過高壓直流供電方式的應用可以比采用UPS供電節約電能10%～20%。

但目前國內通信機房樓尚無高壓直流供電應用，需要進一步實驗后推廣。

3 通信電源系統運行維護中節能方案

3.1 變壓器經濟運行

變壓器運行時損耗主要為空載損耗和負載損耗。變壓器損耗依據環境條件及負荷電流的變化而變化的情況較為復雜，當周波、電壓及波形一定時，其空載損耗與負荷容量大小無關，而負載損耗則與負載率平方成正比。

變壓器有功損耗為：P0：變壓器空載有功損耗，kW；PK：變壓器滿載有功損耗，kW；Sc：變壓器計算負荷，kVA；Sr：變壓器額定容量，kVA；β：變壓器負載率。

根據上述計算方法，SCB10系列變壓器經濟運行的臨界負荷如表3所示。當實際負荷小于表中“減少1臺運行更經濟的最大負荷”值時或變壓器實際負載率小于表中“減少1臺運行更經濟的最大負載率”值時，可以輪換關掉一臺變壓器，這樣變壓器的運行損耗更低，同時減少變壓器的運行時間，延長變壓器的壽命。其他系列型號變壓器可參照表中值確定變壓器的經濟運行臺數。一般變壓器經濟運行的負載率為30%，變壓器負載率長期低于30%，可以考慮停掉一臺。

3.2 合理分配變壓器負載

表2 投資及電能損耗比較表

在選定變壓器容量和臺數之后，還應對各臺變壓器合理地分配負載，如果負載分配不合理，將增加功率和電能損耗。對于一個變壓器群（n臺變壓器），在總負載一定的情況下，如果變壓器的負載率符合某種規律，能使n臺變壓器總銅損最小，則稱為n臺變壓器的負載率符合均衡條件。如果n臺變壓器的負載率不符合均衡條件，將使總銅損增加。負載率不符合均衡條件和符合均衡條件這兩種情況的總銅損之差，稱為負載不均衡附加損耗。

在n臺變壓器的型號與規格完全相同，且均投入運行的情況下，如果各臺變壓器的負載率相等，n臺變壓器的總銅損最小，此時無負載不均衡附加損耗。只要變壓器的負載率不一致，必將引起負載率不均衡附加銅損，該附加銅損值與變壓器負載率差值的平方成正比。調整負載，均衡變壓器的負載率是一項重要的節電措施。

表3 變壓器經濟運行的臨界負荷表

3.3 低壓供電系統諧波治理

由于通信局房內安裝有許多非線性設備，致使供電系統中產生了較多的諧波。過多的諧波會嚴重影響供電系統電能質量，對現網運行相關設備產生危害，同時諧波通過在供電系統內流動發熱，浪費電能，所以非常有必要對通信局房供電系統進行諧波治理。

4 結束語

隨著通信電源系統設計的不斷優化、運行維護力量的不斷增強，隨著電源技術的不斷發展，及新產品的研發、使用，通信電源系統將更節能、更環保、更綠色。