通信電源組合式開關電源系統改造

焦丹丹，楊 帆，姚鴻賓，王 為

(黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150001)

隨著電信通信工程的快速發展，通信設備的容量、建設數量也在不斷增大。通信電源是通信工程正常化、高效化運營的基礎，基于工業生產需要，組合式開關電源在通信電源中獲得了廣泛應用，但存在著容量不足、安全隱患較大等問題，需要優化開關組合應用方式。

1 組合式開關電源工作原理

電源在現代機械設備中的應用十分廣泛。組合式開關電源是組合式變流電路控制管理的基本單元，在二極管不控整流橋的支撐下，將單相交流電變換為帶高次諧波直流電，通過濾波電容C的作用，將交流變直流后的高次諧波濾除。濾波后的直流將直接接入單相橋式逆變器，該逆變器由Q1～Q4四個開關組合而成。電源開關控制管理中，Q1～Q4的控制開關會協調作用，在其影響下，直流電將被轉化為幾千至幾萬赫茲的高頻交流電。高頻變壓器T會對這些高頻交流電進行變壓和隔離，同時在二極管 VDr1、VDr2的支撐下，將高頻交流整流為直流。該過程中，二極管 VDr1、VDr2的本質為單相全波整流電路，借助于電感Lr和電容Cr，濾波后的直流電流就可以穩定輸出[1]。組合式電源開關工作原理如圖1所示。

圖1 組合式電源開關工作原理Fig.1 Working principle of combined power switch

在整個組合式開關電源控制過程中，Q1～Q4開關的控制管理極為關鍵。該組合開關是一個逆變器，主要是通過脈沖寬度調制技術進行控制管理，控制人員只要改變脈沖寬度，就可以實現整流輸出電壓。在組合式開關應用中，高頻調制系統的應用能有效提升電路系統的能量傳輸密度，減小變壓器的體積和質量，為組合式開關的便攜性管理提供條件，這也是區別線性電源開關的主要標志。

2 通信電源中組合式開關電源的改造價值

電信通行業務數量不斷增長，因而電氣設備的容量也在不斷增大。為完成供電任務，促進通信業務發展，需對組合式開關電源進行改造升級。電信通信業務發展迅速，而部分企業電力機房的設備已經老化，設備容量不足，使得設備在高頻率電流轉化、傳輸過程中存在較大的安全隱患。為保證通信網絡的安全運行，需要對高頻開關電源進行改造。組合式開關電源是通信網動力系統控制的關鍵設備，隨著科技的進步，人們對通信電源的控制應用提出了更高的要求，在滿足通信工程正常供電需要的同時，還應通過精確控制，實現通信電源和電網電容的節能管理，提升其經濟效益，因此有必要進行通信電源組合式開關電源系統改造。

3 基于特定情境的通信電源組合式開關電源系統改造要點

組合式開關電源已廣泛應用于通信電源中，改造過程中，提高開關器件的工作頻率，降低變壓器、濾波電感和電容的體積是提高電源控制管理效率的有效途徑[2]。結合通信網應用需要，對這些要素進行改造管理，最高可使電源控制效率達到90%以上。

3.1 基于新機架擴容的組合式開關電源改造

通信業務中，部分機房空位置富余可以進行新機架擴容。設定在擴容過程中需要利用原有整流系統進行割接，此時組合式開關電源的改造不僅需要考慮造價因素，還應保證原有整流系統交流電纜的利用率，需對交流電纜走線位置進行控制管理。要讓交流電纜從機房左側引上，沿機柜頂電力電纜走線架至交流屏，以確保直流電流能布放至各機房用電設備。在組合式開關電源實際改造中，應按照要求進行交流屏、整流屏和直流屏的重新安裝，應以新增直流屏為基礎，布放到DC列柜、高頻DC屏的電力電纜。要實現新增系統與原有整流系統的銜接，并對兩個系統電容電流頻率進行調整，使兩套系統頻率相同。在用電設備交割過程中，需按照交割的原則進行負載電路交割，并在斷開舊交流屏輸入電纜的同時，實現原有交流輸入電纜與新交流屏的連接，完成電流系統割接。

3.2 無新機架擴容的組合式開關電源改造

在組合式電源開關改造過程中，受機房環境影響，部分組合式電源開關系統無法進行新機架擴容，這使得原有整流系統割接難度增大。此類組合式電源開關系統往往會有其他條件限制：在系統割接過程中，有的直流負載割接過程不能斷電，這使得整個系統割接處于帶電狀態。交流電纜通往交流屏的過程中，需要經過饋線孔，并從機柜頂電力電纜走線架經過。一些交流電纜難以重新布放，使得項目難度較大，且工程造價較高。受機房場地影響，整個改造項目新電源系統安裝位置有限，改造人員只能在原位置進行系統割接。針對這些改造難點問題，在實際改造中，應注重以下幾點：

應從整體出發，進行擬改造設備單元的有效統籌。無新機架擴容組合式開關電源改造時，應注重電源系統、直流屏、整流機架的有效優化，且所有設備單元的優化改造均要在原位置實現安裝[3]。改造前，應對系統進行勘察分析，設計合理的改造方案。當直流屏A只有少數負載時，可將流屏A上的負載轉移到直流屏B中，然后拆除直流屏A，并在該位置安裝新的直流屏，確保新直流屏處于不帶電狀態。對現有直流屏的負載進行分割管理，即將其引流至新增直流屏，使改造直流屏負載路徑為A、B兩路，然后通過線路負載轉移及備份管理，實現系統的不斷電割接。進行整流屏系統的有效安裝，確保新增整流屏、直流屏、交流屏的規范銜接。安裝過程中，整個整流系統需保持在不帶電狀態。

除上述特定環境外，部分通信電源組合式開關電源改造中，工作人員既無法增加新機架，還需要對整流機架的整流模塊進行升級改造。針對此類情況，一方面，應注重電力電纜電池組的有效互聯，在對應交流屏上關閉輸入電源，逐個拆除整流模塊。另一方面，應確保整流模塊、監控模塊拆除瞬間各整流機架均為空機架，通過臨時供電系統進行直流屏配電。此外，應按與拆除相反的順序，對整流架進行改造，在安裝新模塊后，需確保安裝模塊運行參數與整個通信網系統吻合，實現控制通信網動力系統的有效管理。

4 結語

組合式開關系統改造對通信電源的應用具有重要影響。生產實踐中，只有充分認識組合式開關的運作原理，在明確開關改造對通信工程電容系統影響的基礎上，基于特定環境進行開關系統改造，才能有效提升組合式開關的控制管理質量，確保通信電源系統控制管理的精確性、穩定性和安全性，進而推動通信工程的有序發展。