通信電源系統設計及運行維護中的節能方案分析

范新杰

（中國聯合網絡通信有限公司安康分公司，陜西 安康 725000）

0 引 言

隨著電子信息技術的不斷發展和更新，通信系統有了更加完善的技術支撐和運行體系。采用科學合理的技術手段對通信電源系統的設計進行優化，是通信系統正常運行的基本保障。通信系統的電源形式較為多樣，常見的分類有交流供電系統和直流供電系統。由于新技術的不斷開發電源設計的形式可以做出更多變化，同時結合節能減排的理念，對通信電源系統的設計有了更多的要求。另外，在通信電源系統的運行和維護階段，如何做好節能控制措施也是較為關鍵的，是在保證通信電源系統正常工作的前提下兼顧節能。

1 通信電源系統的基本內容

1.1 通信電源系統的基本組成

作為通信系統正常運行的保障，通信電源系統能夠通過自身的電源組成形式，使得通信系統的功能性得以體現，并使它可靠運行。一般來說，通信電源系統的組成依賴交流引入部分、開關整流部分、直流分配部分、蓄電池組和監控系統5 個基本單元，如圖1 所示。

1.2 通信電源系統的基本要求

通信電源系統與通信設備的功能性密切相關。因此，系統的穩定性和可靠性是對通信電源系統最主要的兩點要求。當通信系統正常運行時，出現了小規模的個別設備的故障運行問題，是基礎故障對通信系統產生的局部影響。采用對應于不同設備的應對措施，能夠及時有效地使得故障被成功處理。但是，如果換成通信電源系統出現了故障，就不再單單可以在第一時間采取應急措施來解決，故障將會直接影響整個系統的運行。為了保障通信的可靠性，通信電源系統的備用電源和其他備用供電設施需要完善起來。特別對于直接接入市電部分的通信系統，備用電源的重要性不亞于系統本身。要配備備用電源的同時完成蓄電池的設計，使得通信系統在市電不可用時，依然能滿足提到的穩定可靠運行的要求。由于設備的電壓不穩定，交流電壓本身存在波動，因此需要設置一定的穩壓裝置，以保證通信電源系統的穩定運行[1]。

圖1 通信電源系統的基本組成部分

2 通信電源系統設計中的節能方案

2.1 設計通信電源系統中的設備配置

不同的設備選型方案，節能性能有所不同。在通信電源系統中，設備的能耗是系統節能優化的關鍵節點。通過科學合理的設備選型，可以達到優化能耗情況的目的，從而實現通信電源系統的節能減排，還能在一定程度上優化設備的基礎投資成本。第一，變壓器的選擇。目前，通信電源系統中所用的變壓器很多都沒有依據實際系統情況進行選擇，基本統一使用容量大于1 600 kVA 的型號，經過系統的長期使用，會使得運行能耗由于電壓不匹配造成不必要的電能損耗。變壓器變壓效率、變壓器的容量以及變壓器在系統中采用的運行方式，很大程度上都與變壓器的節能性相關，需要結合系統的實際情況一一確定變壓器的容量和個數。第二，電容補償設備，是與系統功率因數補償相關的設備。在設計過程中，可以計算確定導線的橫截面積、導線的敷設方法以及導線的用量，做好合理的規劃，降低電能的損耗和導線發熱帶來的損耗，同時要注意諧波的干擾情況，加以減震措施。第三，系統的無功功率補償設備。通信電源系統通常要連接較多的負載，無功功率的補償在這一方面的節能起到了決定性作用，很大程度上提高了電源的有效利用率，并且使電源在高功率狀態下的運行更加穩定。

2.2 設計開關電源的安裝

將直流電源設備的具體位置和電纜的短路由做出合理規劃，是設計開關電源安裝的重要環節。在確定這些條件前將電源安裝在通信機房附近，可以較好地適應安裝的基本要求。另外，采用負荷中心安裝法能在降低電纜損耗的同時幫助控制電纜的發熱。對通信電源系統實際案例進行分析，案例中機房為占地800 m2的大型通信機房，為了滿足對應區域的通信要求，需要采用2 200 A 的直流電源為系統供電，以相同的原理計算系統的損耗和發熱。比較前文的兩種電源開關布置方案可以清楚確定，通信電源系統的電源開關布置方案中有較為長遠的效益的是將其布置在通信機房內的方案，可以有效將電源損耗降到最低。另外，對于電開關故障后的局部維修也相對比較方便，檢修時產生的能耗相對較小[2]。

2.3 通信電源系統充電、放電智能控制設計

通信系統的充電和放電是智能化控制室系統節能方案中最重要的一環。這個方面的設計可以與智能整流模塊的休眠功能相結合。下面以某公司的通信電源配置情況舉例說明，具體的通信電源系統設計參數如表1 所示。

表1 某公司通信電源系統設備配置

計算電源整流模塊的負載率為47.4%，系統的效率理論效率為92%，相對較高。按照實際運行情況計算，負載率降低了很多，為13.9%，效率隨之降低至85%。可見，公司的通信系統運行的效率并不高，如果結合智能整流模塊的休眠功能計算，可以有效降低損失，并顯著提高電源系統在運行時的整體效率。對于智能定時放電管理功能的分析，用電高峰期的放電操作非常不利于節能。智能放電管理通過對區域電能時間指派習慣設置相應的放電時間，很好地解決了這個問題。蓄電池組利用用電高峰期的余量完成充電，很好地節約了系統的能耗成本。

3 通信電源系統運行維護中的節能方案

3.1 變壓器的節能運行工藝

通過合理分析變壓器運行時工況后，確定變壓器經濟運行的條件。實際的運行維護過程中，變壓器有兩種形式的運行狀態，分別為空載和負載。它們都伴隨著能耗的產生，其中空載損耗和負載損耗的計算方法有所不同，空載時的損耗與變壓器的負荷容量無關，計算時通過額定的空載電壓和電流來計算。例如，損耗與對應工況下負載情況計算出來的負載率的平方成正相關關系，并由一定的功率、設備以及變壓器型號的修正系數來決定比率大小。變壓器的負荷情況需要通過計算變壓器的臨界負荷來確定。在確定運行方案時，必須在一定條件下選擇變壓器的啟停時間。可以根據實際情況在對應的時候關閉對應的變壓器，一方面使得變壓器能夠經濟穩定運行，另一方面達到節能效果，提高變壓器的工作效率。

3.2 合理分配變壓器的負載

變壓器的合理負載分配是通信電源系統運行維護中提高節能效益的重要手段。通過分析系統合理分配變壓器的負載，可以使變壓器在運行過程中很好地避免大電能損耗現象，并對其功能性起到了較好的保障。在分配某一特定電源系統的變壓器負載時，要結合通信電源系統中用到的變壓器臺數，分析系統變壓器群的負載結構情況，從而確定每一個變壓器所需要承擔的負載負荷對應型號變壓器的標準條件。完成這些工作后，調節線路所產生的銅損，使得損耗得到平衡。當每一臺變壓器所承擔的負載率相同時，變壓器線路的銅損將降至最小值。在實際的通信電源系統中很難做到這一點，因此需要相關工作人員分析負載分配的極端情況，并盡可能讓系統所處的狀態向其靠近。

3.3 科學合理處理通信電源系統的諧波

諧波會很大程度影響通信電源系統的電能質量，使得電源在供出相同功率的電能情況下達到的效果明顯下降，使得電能存在大量的浪費。對于諧波的處理主要依靠濾波器來完成，它們的濾波能力與系統的阻抗和濾波器自身的阻抗相關聯。一般情況下，濾波器的阻抗比較固定，當系統阻抗發生變化時，濾波器的濾波能力受本身特性的變化也發生變化。無源濾波器對于次數較多的諧波處理效果很不理想，需要與有源濾波器配合使用。有源濾波器的濾波能力與安裝位置有很大關系，為了達到較好的諧波處理效果，通常會將濾波器安裝在變壓器的低壓側或者諧波的波源附近，通過濾波器的外界互感作用，多諧波信號采集，并有效完成諧波的分離工作。針對不同的通信電源系統，濾波器的接線方式要做出合理的調整，在三相四線、三相三線以及閉環開環中選擇最恰當的接線方式，以提高濾波效率，從而利于系統節能。

4 結 論

通信電源系統的設計和運行維護是改善通信系統能耗情況的兩個切入點。作為通信系統功能性的基本保障，做好通信電源系統設計和運行維護中的能耗分析，選擇合適的節能方案，對于整個通透性系統來說非常關鍵。在通信電源的系統設計方面要嚴格控制設備的選型、電源開關的安裝和通信電源系統的整體智能化控制。在系統的運行和維護上，除了對變壓器的經濟運行要高度重視以外，諧波的處理對于通信電源系統的節能運行也至關重要。