核心機房－48 V開關電源系統配備蓄電池后備時長取值問題研究

王 平

（中國鐵通集團有限公司網絡運行部，北京100033）

1 蓄電池在高頻開關電源系統中的作用

通信用－48 V高頻開關電源系統（以下簡稱開關電源系統）配置的蓄電池，其作用是當市電停電時，或系統中整流設備故障無法將交流市電轉化成－48 V直流電源時，由系統中的蓄電池對負載直接放電提供負載所需能源，從而確保負載仍然能夠不間斷的正常工作。

由于開關電源系統整流設備故障無法將交流市電轉化成－48 V直流電源的情況較少發生，因此本文只討論應對市電停電情況時開關電源系統的蓄電池后備時長取值問題。

2 影響核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值的主要因素

由于本文討論的是核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值問題，因此，默認核心機房配備了固定式發電機，發電機的容量滿足設計標準的要求，但發電機的配備沒有機組冗余。在此前提下核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值與下列各主要因素相關。

（1）市電停電的頻率與時長。

（2）發電機能否自啟動以及配電部分能否實現發電機與市電的自動轉換。

（3）核心機房是否有人值守，如無人值守、發電機不具備自啟動時，發電人員趕到停電核心機房的路程時長，以及從開啟發電機至將發電機的電能送到開關電源系統中的操作時長。

（4）發電機儲備的燃油可供發電機連續運行時長。

（5）每年高壓配電設備計劃停電檢修時間。（由于本文只討論核心機房開關電源系統蓄電池后備時長問題，假設高壓設備停電檢修時能夠通過低壓母聯或高壓母聯轉換只對開關電源系統造成短時市電中斷，不影響蓄電池后備時長的選取。）

3 核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值依據

核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值依據如下：

（1）相關設計規范、行業標準和企業內部規定。

（2）依據影響蓄電池后備時長的各種因素對后備時長影響程度，確定關鍵的短板因素作為蓄電池后備時長選取的主要依據。

4 核心機房開關電源系統蓄電池后備時長取值研究

我們調查了全國省分公司核心樞紐機房2012年到2013年市電停電次數和每次停電時長，也調查了發電機加油、靜置然后再啟動的大概操作時間，根據調查數據和操作時間，分三大類進行分析。

4.1 第一種情況

（1）當開關電源系統處于一類市電供電或二類供電地區的核心機房，此機房的發電機能夠自啟動且燃油儲備能夠支撐N小時停電時間，同時配電部分能夠實現發電機與市電自動轉換的情況時。

在開關電源系統約10年的壽命周期中，如果發生過一次兩路市電同時停電時長超過發電機燃油儲備能夠支撐N小時的事故停電，當停電N小時發電機燃油用盡后需要停機補充燃油并靜置，如果補充燃油與靜置時間超過蓄電池后備時長，則開關電源系統的蓄電池容量將耗盡導致其負載供電中斷。

因此，為確保開關電源系統為負載提供不間斷供電，開關電源系統蓄電池后備時長的選取必須考慮：（1）發電機燃油儲備時長N（小時）及10年內兩路市電同時停電的時長是否會大于N小時的概率，N值越大，兩路市電同時停電達到N值的概率越低，負載中斷供電的可能性越小。（2）補充燃油與靜置再啟動發電機的總時長。

調查及實際運行表明，一類市電供電、或二類供電地區的核心機房，當發電機燃油儲備時長N大于等于8 h時，10年內兩路市電同時停電的時長大于8 h的概率很小，當開關電源系統蓄電池后備時長選取1 h時，就可以應對兩路市電同時停電8 h的停電情況。停電8 h后，若能夠在1 h內完成發電機的二次加油與靜置再啟動，則可以應對兩路市電同時停電17 h的情況。故開關電源系統蓄電池后備時長選取1 h是可行的。

4.2 第二種情況

當開關電源系統處于一類市電供電、或二類供電地區的核心機房，此核心機房發電機燃油儲備能夠支撐N小時停電時間，但不能夠自啟動，配電部分不具備發電機與市電自動轉換，但有24 h電源專業人員值守的情況時。

在這種情況下，開關電源系統蓄電池后備時長選取應考慮：

（1）發電機燃油儲備時長N（小時）及10年內兩路市電同時停電的時長是否會大于N小時概率；

（2）發電人員在兩路市電同時停電后能否在1 h內完成下列工作：開啟發電機房進排風通道、檢查發電機各種儀表指示、啟動預熱發電機、手動轉換發電機與市電互鎖開關直至將發電機的電能送到負載端等工作。

調查及實際運行表明，一類市電供電、或二類供電地區的核心機房，當發電機燃油儲備時長N大于等于8 h時，10年內兩路市電同時停電的時長大于8 h的概率很低，如果此核心機房電源專業人員訓練有素的話，是可以在1 h時間內完成由發電到送電的全過程工作的。因此，在這種情況下，開關電源系統蓄電池后備時長選取1 h是也可行的。

4.3 第三種情況

當開關電源系統處于二類市電供電的核心機房，此樞紐的發電機燃油儲備能夠支撐N小時停電時間但不能夠自啟動，配電部分不具備發電機與市電的自動轉換，此核心機房為7天×8 h有人值守的情況。

在這種情況下，開關電源系統蓄電池后備時長的選取應考慮：

（1）發電機燃油儲備時長N（小時）及10年內市電每次停電的時長是否會大于N小時的概率；

（2）發電人員在夜間市電停電時能在多長時間內趕到停電的核心機房，并完成開啟發電機房進排風通道、檢查發電機各種儀表指示、啟動預熱、手動轉換發電機與市電互鎖開關直至將所發電能送到負載側等全部工作；

（3）如果市電停電時長大于發電機燃油儲備時長，需要停機加油以及靜置并啟動的總時長是否大于蓄電池后備時間。

其中發電人員夜間市電停電時趕到停電的核心機房的時間和到達后開啟發電機到將電能送至開關電源系統的時間之和為蓄電池后備時長取值的主要短板條件。

4.3.1 選取開關電源系統蓄電池后備時長為1 h探究是否可行？

由于開關電源系統處于二類市電供電樞紐，因此，停電的概率較大，每次停電的時長較長，如果停電時長小于1 h，前面已經論述，蓄電池能夠確保負載的不間斷供電。若停電時長大于1 h且小于發電機燃油儲備時長N（小時），如果停電在白天正常工作時間發生，電源值班人員能夠在1 h之內完成發電送電工作，開關電源系統1 h后備時間是可行的。

如果停電發生在非正常工作時間如夜間，電源系統蓄電池后備時長取值需考慮的關鍵因素如下：

（1）停電后網管中心人員從確認停電到電話通知到發電人員的最短時長；

（2）發電人員從接到停電信息到趕到停電地點的最短時長；

（3）發電人員到達停電地點啟動發電機并將發電機電能送至負載端的時長。

若上述三種情況所需時長總和小于1 h，則蓄電池選取1 h后備時長可行，若大于1 h，開關電源系統蓄電池1 h后備時間是不可行的，必須選取更長的后備時長。

4.3.2 假設選取開關電源系統蓄電池后備時長為2 h探究是否可行？

如果停電時長大于發電機燃油儲備時長N（小時），則需要考慮發電機儲備燃油用盡后，二次為發電機加油及靜置需要的時長。下面以理論計算的方式來推算后備時長選取可行性問題。

假設某樞紐的一套開關電源系統的負載為600 A，按照蓄電池后備時間為2 h配置了容量為2 561 Ah（依據行業標準的計算值）的蓄電池，停電時長大于發電機燃油儲備N＝6 h，發電機二次加油與靜置需要1 h時間。

第一階段：市電停電后，假設發放電人員在1 h內趕到停電地點并將發電機的電能送至開關電源系統，蓄電池此期間放電1 h，放出1 209 Ah（近似求平均值法求得）電能。此時蓄電池容量還有1 352 Ah。

第二階段：市電仍處于停電狀態，發電機運行6 h，此期間對蓄電池進行充電（10 h率進行充電），充電6 h后蓄電池容量為1 844 Ah（查蓄電池充電曲線得出）。

第三階段：由于此時蓄電池容量為1 844 Ah大于1 420 Ah（依據行業標準，600 A負載蓄電池后備1 h的設計容量為1 420 Ah），因此，蓄電池能夠支持對發電機二次加油及靜置需要的1 h放電時長。

第四階段：假設市電仍處于停電中，蓄電池在發電機加油及靜置時，放電1 h，放出1 216 Ah（近似求平均值法求得），此時蓄電池容量還有628 Ah的容量。

第五階段：假設市電仍處于停電中，加油后發電機仍然正常運行6 h，此期間對蓄電池進行充電，蓄電池此時容量為1 291 Ah（查蓄電池充電曲線得出）。

由于蓄電池容量為1 291 Ah已經小于600 A負載1 h放電所需蓄電池容量1 420 Ah，已不能支持1 h的發電機再次加油與靜置了。

截至此時，市電停電時長共計14 h。

依據對全國2012年497次停電次數與時長的統計得知，二類市電供電地區核心機房停電時長小于等于14 h停電次數的比例為98.59%。因此，開關電源系統蓄電池后備時長若選取為2 h，則可以滿足98.59%次停電需求。

為了確保核心機房開關電源系統的不間斷供電，若以地區為單位配置滿足大于14 h停電需求的移動發電機的話，當發生停電時長大于14 h的停電事故時，由移動發電機發電來解決固定發電機再次加油與靜置期間蓄電池放電時長不足問題，就可以實現核心機房配置2 h后備時間來確保供電不間斷的安全需求。在此情況下，核心機房開關電源系統蓄電池配置2 h后備時間是可行的。

［1］QB－J－017－2013.中國移動通信電源系統工程設計規范.中國移動企標，2013.

［2］YD／T5040－2005.通信電源設備安裝工程設計規范，通信行業標準，2005.

［3］中國鐵通一二類核心機房電源系統優化指導意見（暫行），2010.

［4］中國鐵通網運［2013］14號文件.中國鐵通核心樞紐電源優化指導意見，2013.

［5］工信部電管［2010］563號.通信網絡供電系統運行安全監督管理辦法，2010.