遙控靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)在傳輸匯聚機(jī)房中的設(shè)計及應(yīng)用

唐智文

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司河源分公司，廣東河源517300）

0 引 言

在當(dāng)前的信息化時代，傳輸匯聚機(jī)房和VIP基站主要承載著2G／3G／4G以及集團(tuán)客戶等重要網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，屬于通信網(wǎng)絡(luò)的重要站點，特別是傳輸匯聚機(jī)房，往往下帶著上百個2G／3G／4G基站，其一旦出現(xiàn)故障，可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，傳輸匯聚機(jī)房運行的安全性與可靠性非常重要，應(yīng)急保障要求較高，停電后需要馬上組織發(fā)電，但由于噪聲、功率、搬運、安全等原因，發(fā)電工作存在一定的難度：

（1）市區(qū)發(fā)電噪聲擾民問題：大部分站點晚上無法發(fā)電，被當(dāng)?shù)鼐用裢对V甚至驅(qū)趕，造成傳輸機(jī)房或VIP站點存在退服的風(fēng)險。

（2）功率不足問題：目前基站使用的便攜式汽油發(fā)電機(jī)功率在10 k W左右，無法承擔(dān)市區(qū)站點和傳輸機(jī)房的設(shè)備，特別是共站址的機(jī)房，只能分別負(fù)擔(dān)基站設(shè)備或傳輸設(shè)備，有的空調(diào)無法帶載，停電時傳輸機(jī)房溫度告警，風(fēng)險較高。

（3）搬運問題：如果采用20 k W以上的發(fā)電機(jī)，功率能夠滿足要求，但因重量問題導(dǎo)致搬運困難，無法便攜使用。

（4）發(fā)電安全問題：汽油揮發(fā)性強(qiáng)，易燃易爆，化學(xué)特性不穩(wěn)定，在儲存、運輸、發(fā)電過程中安全隱患較高。

鑒于傳輸節(jié)點和VIP站點均面臨發(fā)電困難問題，有必要探討新的發(fā)電模式和工具，以更好地保障網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急供電，同時實現(xiàn)節(jié)能減排。本文研發(fā)的遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組，緩解了噪音擾民、功率不足、搬運困難、便攜發(fā)電機(jī)安全隱患等問題，有利于節(jié)能減排，滿足了重要機(jī)房的發(fā)電保障需求，提升停電保障能力。

1 傳輸匯聚機(jī)房供電的特點

如圖1所示，傳輸匯聚機(jī)房或VIP基站動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多采用標(biāo)準(zhǔn)化配置，正常時由外部市電供電，在市電中斷時由開關(guān)電源或應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電，至于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時間則由開關(guān)電源蓄電池的后備時長及傳輸匯聚機(jī)房及基站的重要等級決定。

由于傳輸匯聚機(jī)房及VIP基站承載的業(yè)務(wù)都比較重要，其安全和可靠性要求較高，一般一個傳輸匯聚機(jī)房或VIP基站負(fù)荷在20～30 k W左右，通常采用50 k W拖掛車式柴油發(fā)電機(jī)或整車式柴油發(fā)電機(jī)為傳輸機(jī)房發(fā)電，但存在噪聲、成本較高、容量過剩、運輸安全隱患等問題，難以普及應(yīng)用。

圖1 傳輸匯聚機(jī)房動力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化配置

柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及其勵磁系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示［1，2］。柴油機(jī)供給發(fā)電機(jī)原動力，而調(diào)速系統(tǒng)通過檢測實際轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的輸出動力大小，構(gòu)成轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，在一定負(fù)載變化范圍內(nèi)保證發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保證電壓的頻率穩(wěn)定［3］。發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)通過檢測發(fā)電機(jī)端電壓和負(fù)載電流調(diào)節(jié)勵磁電流大小，構(gòu)成電壓的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)其輸出無功功率，保證發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量［4，5］。

圖2 柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 便攜柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計

將柴油發(fā)電機(jī)、液壓升降系統(tǒng)、降噪、控制系統(tǒng)、散熱裝置、電纜盤等集成在箱體里面，形成一體化遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組，實現(xiàn)單人對1噸多的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制發(fā)電，解決噪聲、搬運、安全等問題。

（1）液壓升降支腿結(jié)構(gòu)設(shè)計

從經(jīng)濟(jì)、實用、可靠性出發(fā)，4個旋轉(zhuǎn)支腿采用轉(zhuǎn)軸方式，軸套采用免維護(hù)的無油軸套，此種方式可靠性高，基本上不用額外的保養(yǎng)，如圖3所示。

圖3 液壓升降支腿結(jié)構(gòu)示意

左右旋轉(zhuǎn)支腿時撥動棘輪卡位，便可手動旋轉(zhuǎn)到任意位置。在轉(zhuǎn)軸中心加裝重型棘輪結(jié)構(gòu)，左右旋轉(zhuǎn)時只需輕輕撥動卡位便可輕松轉(zhuǎn)動，實物及原理如圖4所示。

（2）液壓升降結(jié)構(gòu)及同步控制系統(tǒng)設(shè)計

液壓系統(tǒng)采用2.2 k W直流DC 12 V液壓驅(qū)動單元，為不影響機(jī)組正常啟動，特單獨配一組200 Ah的動力型蓄電池作為動力單元的電源。機(jī)組啟動電池與液壓單元的動力型電池分別配備市電充電器。考慮機(jī)組的移動型，市電充電器的電線加裝一只自動卷線器提升用電安全。

根據(jù)實際工況，要使系統(tǒng)安全平穩(wěn)實現(xiàn)上下車，升降系統(tǒng)必須滿足：四個支腿既可單獨工作，又可雙向同步工作，且同步精度越高越好。在每個油缸分別配備一組保壓閥、三位四通換向閥、防爆閥、組合閥塊，讓每個油缸與驅(qū)動單元間形成單獨的回路，通過三位四通換向閥配合雙作用油缸，便可實現(xiàn)每個油缸單獨雙向控制。為了確保支腿能在任意高度停止，每個油缸加裝了液壓鎖，即油缸停止時液壓鎖馬上鎖住液壓油使油缸保持在即時位置；油缸采用穩(wěn)定可靠的集流分流閥來調(diào)節(jié)油缸同步。考慮在支腿工作時液壓驅(qū)動單元與油缸之間的連接軟管有破裂的可能，造成安全隱患，在油缸的進(jìn)回油出口處加裝了防爆閥，控制原理為當(dāng)防爆閥的兩端壓力差過大時防爆閥立即鎖住油缸里的液壓油而使之停留在即時位置。

圖4 液壓升降支腿結(jié)構(gòu)原理

四組液壓元件均為單獨的回路，再另加一組相同閥塊，該組油路的出油口接一組一分二的分流集流閥（同步閥），先把流量泵的液壓油均勻地分成兩份后，再把等分后的油路后分別接一組分流集流閥，即把流量分成了四等分，再分別接入每個支腿的油缸中，控制該組閥塊便可以使四個支腿同步工作，系統(tǒng)選用組合調(diào)節(jié)式分流集流閥可把同步精度調(diào)節(jié)在3%以內(nèi)。機(jī)組在升降的過程中，為了避免因機(jī)械故障造成傷害，采用工業(yè)級的無線遙控進(jìn)行人與設(shè)備不直接接觸的操作方式，完成所有的升降動作。液壓自動升降支腿的同步控制原理如圖5所示。

（3）靜音降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計

柴油發(fā)電機(jī)裸機(jī)的實測噪聲達(dá)到1 m處103分貝，目前常用靜音箱的噪聲為1 m處80 d B左右，通過優(yōu)化方案將靜音箱與便攜式柴油發(fā)電機(jī)整合為一體達(dá)到降噪效果。

便攜式柴油發(fā)電機(jī)的靜音箱分為進(jìn)風(fēng)消音室、油機(jī)消音室、排風(fēng)消音室三部分，三個消音室各形成一個阻抗復(fù)合消音器，油機(jī)消音室依靠一個300 mm×300 mm的方窗來進(jìn)風(fēng)，排風(fēng)完全通過風(fēng)機(jī)完成，進(jìn)風(fēng)利用中壓風(fēng)機(jī)較大的吸力來增加風(fēng)量并加快風(fēng)速從而衰減噪聲在空氣中逆向傳遞，靜音箱的內(nèi)壁均貼上新一代的防水防油阻燃吸音棉。三個消音室在結(jié)構(gòu)上把進(jìn)、排氣噪聲分別經(jīng)過兩個阻抗復(fù)合消音器后再傳出箱體外面。便攜式柴油發(fā)電機(jī)靜音箱的阻抗消音結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 液壓自動升降支腿的同步控制原理

圖6 便攜式柴油發(fā)電機(jī)靜音箱的阻抗消音結(jié)構(gòu)示意圖

（4）其它輔助設(shè)施設(shè)計

腳輪：箱體的底部加裝四個進(jìn)口重型萬向工業(yè)腳輪，該腳輪可靠耐用，單只額定承重1.5 T，還可通過扳手來調(diào)節(jié)腳輪的螺栓來達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組水平和剎車作用。

電纜：機(jī)組還配備了手動電纜絞盤，絞盤可絞4×102電纜線30～50 m。絞盤集成在箱體里面加裝防盜門鎖。電纜兩頭接上IP67的航空工業(yè)插頭，方便應(yīng)急發(fā)電時的快捷接線。

油箱：機(jī)組配置了滿足24 h運行的油箱，滿足應(yīng)急發(fā)電的時長。

控制裝置系統(tǒng)：配置機(jī)組運行控制裝置，滿足機(jī)組啟動、運行、告警保護(hù)等控制需求。

（5）系統(tǒng)制造工藝設(shè)計

系統(tǒng)的每個部件先經(jīng)過設(shè)計人員畫出1∶1的立體三維圖，通過一系列的摸擬找出最合適的裝配圖，鈑金箱體經(jīng)過專業(yè)的軟件出具標(biāo)準(zhǔn)的展開圖，經(jīng)高精度的數(shù)控光纖激光切割機(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)拆加工成形后表面經(jīng)噴塑而成，為適應(yīng)室外惡劣環(huán)境，所有較鏈、門鎖、連接螺栓都采用不銹鋼。

3 實例與分析

某大學(xué)城傳輸匯聚機(jī)房位于大學(xué)城邊，與大學(xué)城相鄰，站點承載傳輸省干和本地網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)、下帶基站約130個。站點的通信設(shè)備和空調(diào)總負(fù)荷約15 k W，蓄電池的后備時長約6 h。每月停電一至兩次，停電時長6～10 h（含計劃、故障停電），平時保障存在兩個問題，一是負(fù)荷較大，常用便攜式汽油發(fā)電機(jī)容量不足（10 k W左右），需要分級保障，關(guān)掉空調(diào)、降低電池充電電流、對開關(guān)電源進(jìn)行輪流供電等；二是常規(guī)發(fā)電機(jī)噪聲較大，影響學(xué)校上課及晚上休息，引起學(xué)校多次投訴。

采用上述遙控靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計方案，使用慶鈴100P運輸20 k W風(fēng)冷發(fā)電機(jī)，通過遙控升降裝置將發(fā)電機(jī)升起，將小貨車倒入后，通過遙控升降將發(fā)電機(jī)放置在小貨車上，運輸?shù)桨l(fā)電現(xiàn)場，再通過遙控裝置，將機(jī)組放在地上，然后布放電纜并連接好進(jìn)行發(fā)電，為傳輸匯聚機(jī)房供電。整個保障過程，一個人遙控操作，一個人監(jiān)護(hù)，不需要進(jìn)行人力搬運，快捷方便且安全可靠。具體優(yōu)點包括：

（1）在噪聲方面：實測值在1 m外70 d B（7 m處53 d B），基本上不影響學(xué)校上課及晚上休息。

（2）在發(fā)電功率方面：功率20 k W，可以滿足站點的全部重要負(fù)荷使用，不需要再進(jìn)行分級保障。

（3）在經(jīng)濟(jì)方面，該方案以較低的投入實現(xiàn)了便攜式柴油發(fā)電機(jī)，替代了車載式移動電源車，免去高昂的特種車輛改裝費、復(fù)雜的審批流程、以及車輛后期日常開支及維護(hù)費用，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。每套成本投入預(yù)算價格在13～18萬元（含發(fā)電機(jī)），相比相同功率、相同噪聲標(biāo)準(zhǔn)的車載式發(fā)電機(jī)組（約40～50萬元）節(jié)省了2倍以上費用，且不支付后期車輛的維護(hù)費用及相關(guān)經(jīng)費。

4 結(jié) 論

本文針對傳統(tǒng)便攜式發(fā)電機(jī)存在噪聲、功率、搬運、安全等問題，提出了遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計方案，并對升降液壓系統(tǒng)、支腿系統(tǒng)和靜音控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述，得到以下結(jié)論：

（1）該型機(jī)組特別適用于居民區(qū)、大負(fù)荷重要站點等場景，解決了市區(qū)發(fā)電噪聲擾民、便攜發(fā)電機(jī)功率不足、搬運困難、汽油發(fā)電安全等問題。

（2）遙控液壓升降系統(tǒng)是完全根據(jù)應(yīng)急通訊的實際工況來設(shè)計的，可廣泛地推廣在應(yīng)急通訊的其它設(shè)備上，如把升降系統(tǒng)集成在集裝箱里，可替代移動通訊車、移動電源車、移動數(shù)據(jù)中心等。

（3）在市區(qū)發(fā)電難的背景里，基站發(fā)電與業(yè)主形成了惡劣的矛盾關(guān)系，遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組的使用，可以改善運營商與小區(qū)業(yè)主的緊張關(guān)系、美化通信運營商的形象。

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