通信電源的工作原理及維護

李 軍 上海鐵路局上海通信段

通信電源是通信負載的心臟，其性能直接影響通信的信號質量和可靠性。一旦發生故障，通信系統將全部中斷。所以電源系統務必要有備份設備，電源設備要有備品備件，市電要有雙路或多路輸入，交流和直流互為備用。一個完整的通信電源系統應由4 個部分組成：交流配電系統、直流配電系統、電源防雷與接地、監控系統。

1 交流配電系統

要保證通信電源系統的可靠性，通信機房必須保證從兩個不同的供電單元引入兩路交流電，并設置兩路市電自動倒換裝置；分別如圖1 和圖2 所示：

圖1 自動轉換設置在配電箱內電源接入圖

圖2 自動轉換設置在高頻開關電源柜內電源接入圖

(1)如圖1 所示:兩路市電引入交流配電箱完成自動切換后，引入通信高頻開關電源柜，完成對通信設備的供電。由于機房設備維護工作的需要，建議在交流配電箱內直接為空調、照明等提供分路，同步保障其穩定可靠工作。如既有京滬線等普速鐵路區段的通信機房均是采用此供電模式。

(2)目前在用的新型一體化通信高頻開關電源柜內均含有交流自動切換功能，如埃默生電源柜系列。如圖2 所示:在交流配電箱內不設轉換設備，直接設置空氣開關，用來明確與電力部門的維護界面，然后兩路交流市電直接引入高頻開關電源柜，在機柜內部完成切換，其交流分路為其它采用交流工作的設備供電，但機房空調、照明和墻壁臨時用電插座不允許從開關電源柜內取電，還需要另外引入照明市電或在配電箱內增加電源分路。當前滬寧城際，京滬高鐵的通信機房及通信基站均采用此供電方式。

(3)UPS:即"不間斷電源"，主要起到兩個作用：①是應急使用，防止突然斷電而影響設備正常工作；②是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等"電源污染"，改善電源質量。UPS 主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成。

UPS 的使用方法是將外部設備連接到UPS 的輸出上，再將UPS 的輸入與市電相連。當市電中斷時，UPS 能保證為設備繼續供電，并發出告警聲。UPS 按其工作方式分為離線式、在線式和線上互動式三類。目前鐵路通信系統新設的UPS，特別是客專線UPS 均采用在線式接入，保證相關設備正常不間斷使用。所謂在線式UPS 是一直使其逆變器處于工作狀態，它首先通過電路將外部交流電轉變為直流電，再通過高質量的逆變器將直流電轉換為高質量的正弦波交流電輸出給負載使用。在線式UPS 在供電狀況下的主要功能是穩壓及防止電波干擾；在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題。

2 直流供電系統

2.1 直流電源轉換

2.1.1 通信直流電源簡介

現在用通信直流電源供電的鐵路通信設備種類越來越多。從傳統的程控交換機到現在的GSM-R 移動通信的各種通信設備,大都采用-48 V（正極接地）直流電源作為基礎電源。但隨著通信的發展，相控穩壓電源已滿足不了現代通信對智能化監控、質量和可靠性的要求，而逐步被性能更優良的高頻開關電源所代替。通信設備的直流供電系統一般由高頻開關電源、蓄電池、DC/DC 變換器等組成。

2.1.2 高頻開關電源

也稱為開關型整流器，實現從交流電網輸入、直流輸出的全過程。其工作電路如圖3 所示，主要包括以下部分：

(1)輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。

(2)整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。

(3)逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

(4)輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

圖3 高頻開關電源主電路圖

高頻開關穩壓電源同相控穩壓電源比，有如下優勢：①體積小、重量輕。②工作頻率高，使輸出濾波電路得以小型化。 ③功率因數高(0.98 以上)。④效率高，節省能源。⑤動態響應好，提高通信質量。⑥紋波小。⑦噪音低。⑧擴容方便。高頻開關電源一般采用模塊式結構，維護、擴容要比較方便。⑨智能化程度高。

2.2 蓄電池

蓄電池作為直流(直流系統)或交流(UPS 系統)不間斷供電的保證,在整個通信系統中最為關鍵。目前鐵路通信使用的蓄電池基本為閥控式密封鉛酸蓄電池。單體一般以2V、12V 為主，容量配置根據室內設備情況選定，在交流斷電后，一般能保證4-8h 的使用。優點是：使用中幾乎無酸溢出，對環境和設備無污染和腐蝕，可直接逐層放置擺放在機房內，維護工作量少。

2.3 其它直流設備

通信電源的基礎電源是-48 V，然而通信設備中還需要±12 V、±5 V、±24 V 等直流電源。這些不同種類的直流電源主要由DC-DC 變換器來提供；另外，在上節的高頻開關整流器中，DC-DC 變換器也是它的重要組成部分，可直接通過相關輸出端子取得相應電源。

3 通信電源的防雷與接地

通信電源的防雷，最主要的方法就是設置接地裝置。

為了防止雷擊和過電壓對設備及人身造成危害而設置的接地稱為防雷接地。通信電源與通信設備處于同一機房的情況下，宜用同一個機房保護接地排。

交流電源線進入機房的入口處應配裝標稱放電電流不小于20 kA 的交流電源防雷器（C 級防雷器）。-48 V 直流電源的正極應在直流電源的輸出處接地。

4 通信電源的監控

通信電源監控系統實現對通信電源設備進行實時監視和顯示其工作狀態、運行參數，能及時發現設備故障和隱患。采用通信電源集中監控系統具有以下優點:(1)提高了對通信電源設備的維護管理水平；使電源設備管理向自動化、智能化方向發展；(2)提高了通信電源供電質量，使供電系統具有更高的可靠性和經濟性；(3)實現通信電源設備少人、無人值守和集中維護的條件。目前上海局管內的通信電源主要是依靠機房內設置的動力與環境監控系統實現對交、直流電源的監控。

5 通信電源維護

隨著通信的發展，對通信電源的要求也越來越高，必須加強對通信電源的維護管理。

(1)加強對電源設備的重視，在組織機構、人員、資金管理上，得到相應的保證。

(2)加強電源管理隊伍的專業化，有獨立的電源專業管理機構和人員，并配備電流鉗、電池充放電測試儀、地線測試儀、萬用表等必備的儀表、工具。

(3)重視通信電源系統初期的設備選擇、方案設計、工程管理等環節尤其重要。在購置通信電源過程中，除考慮性價比外，要選用可靠性高的設備，合理配置備份設備。設備宜采用模塊化、熱插拔式，便于更換和維修。

(4)在日常檢修中，要重點圍繞如下幾方面開展工作：

①加強交流配電的切換試驗工作，保證轉換元件的良好使用，發現異常要立即進行更換修復。

②定期對高頻開關電源系統進行清潔、除塵，防止灰塵加上潮濕引起主機工作紊亂并發生不準確告警。在維護中首先應嚴格按照"維規"要求執行，日常務必保證通信機房環境整潔。其次就是在除塵時應檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況，發現問題及時解決。

③加強蓄電池維護，日常工作全部是在浮充狀態，應按照"維規"規定,定期放電。放電過程中加強現場監測,防止事故。在日常維護中需經常檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度；連接處有無松動腐蝕現象，檢測連接條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；加強通信機房的環境控制，蓄電池標準使用溫度為25℃。平時不要超過±5℃。

④要定期或不定期的對電源設備接地裝置進行檢查和測試，保證接地電阻值符合規范要求，保證接地連接牢固、可靠。

(5)平時應建立起對電源故障的應急措施，應急預案要切實可行，備品備件要齊全并定期檢查，確保良好。要經常分析運行參數，預測故障的發生，并及時排除。

(6)實施集中監控管理，用好當前的機房動力環境監控系統，及時發現和排除隱患，處理突發故障，保障電源穩定、可靠。