通信用直流供電系統(tǒng)比較

馬國(guó)萍

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引 言

通信用直流供電系統(tǒng)目前有3種方式：-48 V系統(tǒng)、240 V高壓直流供電系統(tǒng)與336 V高壓直流供電系統(tǒng)。3種供電方式有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)方面：供電系統(tǒng)組成、容量計(jì)算、電力電纜選擇方法、蓄電池選擇方法等。不同點(diǎn)方面：供電電壓等級(jí)不同、單系統(tǒng)容量不同、接地系統(tǒng)不同、電力電纜主要所用型號(hào)不同、電力電纜顏色不同等。

1 通信用直流供電方式相似點(diǎn)

通信用直流供電系統(tǒng)基本相同：無(wú)論是-48 V系統(tǒng)、240 V高壓直流系統(tǒng)還是336 V高壓直流供電系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成大體一致，均由交流部分、整流部分、直流部分、蓄電池組與接地系統(tǒng)組成。各種系統(tǒng)又有分立式與組合式兩種方式，由于組合式系統(tǒng)基本就是容量較小、集成式的分立式系統(tǒng)，因此本文主要就分立式系統(tǒng)進(jìn)行比較。

另外，240 V高壓直流供電系統(tǒng)與336 V高壓直流供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)基本一致，以下就48 V供電系統(tǒng)與240 V供電系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

（1）系統(tǒng)組成

由圖1，圖2可以看出：-48 V供電系統(tǒng)圖與240 V供電系統(tǒng)圖基本相同，不同之處除了各種設(shè)備容量以外，主要是接地方式不同。-48 V系統(tǒng)是工作地直接接地，240 V/336 V系統(tǒng)是懸浮地。

圖1 -48 V直流供電系統(tǒng)示意圖

圖2 240 V直流供電系統(tǒng)示意圖

（2）容量計(jì)算

-48 V供電系統(tǒng)與240 V/336 V高壓直流供電系統(tǒng)容量計(jì)算方式基本相同：系統(tǒng)容量包括設(shè)備負(fù)荷、充電負(fù)荷與備用模塊。其中設(shè)備負(fù)荷為用電負(fù)荷，充電負(fù)荷為蓄電池組充電負(fù)荷（按0.1C10進(jìn)行計(jì)列），備用模塊按照N+1進(jìn)行備份，超過(guò)10個(gè)，每10個(gè)模塊備份1個(gè)模塊。

（3）電力電纜選擇

-48 V供電系統(tǒng)與240 V/336 V高壓直流電力電纜選擇方法均為電流矩法，所不同的是各種系統(tǒng)的電壓降。根據(jù)GB 51194—2016《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，-48 V系統(tǒng)全程允許最大電壓降為3.2 V，根據(jù)YD/T 3089—2016《通信用240 V直流供電系統(tǒng)》中規(guī)定240 V系統(tǒng)全程允許最大電壓降為8 V，根據(jù)YD/T 3089—2010《通信用336 V直流供電系統(tǒng)》，336 V系統(tǒng)全程允許最大電壓降為10 V[1-5]。

式中，Scac為回路允許電壓降計(jì)算截面積（mm2）；ρ為電阻率（Ω·mm2/m）；L為電纜長(zhǎng)度（m）；Ica為計(jì)算電流（A）；ΔUp為回路允許的最大電壓降（V）。

實(shí)際工程中，系統(tǒng)各部分電力電纜通常由不同人員負(fù)責(zé)計(jì)算與布放，因此需統(tǒng)一分配各段壓降，比較典型情況如表1所示，可供參考使用。

表1 供電系統(tǒng)壓降分配參考（單位：V）

（4）蓄電池組選擇

3種直流系統(tǒng)蓄電池組容量計(jì)算方法基本相同，均可采用恒電流法與恒功率法進(jìn)行計(jì)算。另外-48 V系統(tǒng)的蓄電池以2 V單體電池為主，240 V系統(tǒng)與336 V系統(tǒng)的蓄電池可以選擇12 V，也可以選擇2 V蓄電池組。

2 通信用直流供電方式主要不同點(diǎn)

2.1 供電設(shè)備電壓等級(jí)不同

由表2可見(jiàn)，3種供電系統(tǒng)輸出電壓不同，240 V和336 V系統(tǒng)輸出電壓高，輸入電壓相同。

表2 直流系統(tǒng)電壓（單位：V）

2.2 系統(tǒng)容量不同

-48 V系統(tǒng)典型分立式系統(tǒng)為1套2 000 A系統(tǒng)（1個(gè)交流柜/2個(gè)整流柜/1個(gè)直流柜），系統(tǒng)容量為100 kW。

240 V系統(tǒng)典型分立式系統(tǒng)為1套360 kW系統(tǒng)（1個(gè)交流柜/2個(gè)整流柜/1個(gè)直流柜），系統(tǒng)容量為360 kW。

336 V系統(tǒng)典型分立式系統(tǒng)為1套360 kW系統(tǒng)（1個(gè)交流柜/2個(gè)整流柜/1個(gè)直流柜），系統(tǒng)容量為360 kW。

上述3種系統(tǒng)的柜子大小基本相同，如表3所示，也就意味著相同的機(jī)房面積，高壓直流系統(tǒng)單系統(tǒng)能力更高。

表3 3種直流系統(tǒng)不同后備時(shí)長(zhǎng)蓄電池組配置情況

根據(jù)QB-J-017—2013《中國(guó)移動(dòng)通信電源系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》》中規(guī)定： -48 V直流電纜：正極電源線宜采用紅色，負(fù)極電源線宜采用淺藍(lán)色，工作地電源線宜采用黑色。240 V及以上高壓直流電纜：正極電源線宜采用棕色，負(fù)極電源線宜采用藍(lán)色。

2.3 接地系統(tǒng)不同

-48 V系統(tǒng)是工作地直接接地，240 V/336 V系統(tǒng)是懸浮地：系統(tǒng)輸出必須采用懸浮方式，系統(tǒng)交流輸入應(yīng)與直流輸出電氣隔離，系統(tǒng)直流輸出回路應(yīng)全程與地、機(jī)架、外殼電氣隔離。

240 V系統(tǒng)/336 V系統(tǒng)直流輸出必須具備絕緣監(jiān)察功能，并應(yīng)對(duì)總母排的對(duì)地絕緣狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。絕緣監(jiān)察裝置應(yīng)具備與監(jiān)控模塊通信功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障或絕緣電阻下降到設(shè)定值時(shí)，應(yīng)發(fā)出告警信息。分級(jí)配電時(shí)，下一級(jí)配電設(shè)備的母線絕緣監(jiān)察功能應(yīng)關(guān)閉。系統(tǒng)對(duì)分路的絕緣狀況可進(jìn)行在線或非在線監(jiān)測(cè)。

3 給負(fù)載供電的方式

3種直流供電系統(tǒng)中，都可采用單系統(tǒng)/雙回路的供電方式給負(fù)載供電。另外需要說(shuō)明的是240 V直流供電系統(tǒng)與現(xiàn)有UPS供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)最為接近，因此可以考慮1路高壓直流/1路外市電直供的方式給系統(tǒng)供電。正常情況下：主要由市電進(jìn)線直供，在斷電情況下，由高壓直流設(shè)備給設(shè)備進(jìn)線供電。供電方式框圖如圖3，圖4所示。

圖3 一路市電+1路高壓直流供電框圖

圖4 -48 V單系統(tǒng)雙回路供電框圖

需要說(shuō)明的是：市電直供的方式中建議對(duì)于市電性能的要求需要有定量指標(biāo)進(jìn)行考核，以免市電電壓波動(dòng)過(guò)大，直接燒毀服務(wù)器等重要通信設(shè)備。

4 問(wèn)題說(shuō)明

4.1 需通信設(shè)備適用

通信電源部分是電源系統(tǒng)給通信設(shè)備供電的“最后1 m”，采用高壓直流供電設(shè)備可以提高效率，減少電力室面積需求，但是通信設(shè)備是否能夠接入高壓直流，還需要設(shè)備廠商的改造與配合，而不是“承諾”。

4.2 對(duì)市電質(zhì)量需量化指標(biāo)

高壓直流供電系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)效率，如果采用1路市電+1路高壓直流的供電方式更是可以減少電源系統(tǒng)的設(shè)備、電力室面積等各種資源。但是市電直供通信設(shè)備（自有業(yè)務(wù)/外租業(yè)務(wù)），需要對(duì)市電質(zhì)量有量化指標(biāo)的“檢驗(yàn)”，檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行直供。

4.3 注意維護(hù)安全

-48 V系統(tǒng)之所以在通信電源應(yīng)用這么多年，其電壓低、相對(duì)安全是一個(gè)重要因素，由于通信電源不僅是電源專業(yè)人員在維護(hù)，各專業(yè)機(jī)房?jī)?nèi)列頭柜與其他設(shè)備安裝在同列，各專業(yè)人員都有可能開(kāi)關(guān)柜子等操作。大家已經(jīng)習(xí)慣直流電源是-48 V，在操作中距離過(guò)近等問(wèn)題普遍存在，因此在逐步改為240 V高壓直流系統(tǒng)過(guò)程中，務(wù)必貼上警示標(biāo)志，保障各類人員安全。

5 結(jié) 論

由上述內(nèi)容可知，3種直流供電方式有異有同，隨著機(jī)房面積資源緊張，高壓直流系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、變換少、可靠性高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越突出，后續(xù)工程中可以統(tǒng)籌考慮用哪種供電方式。

通信電源系統(tǒng)建設(shè)不僅需考慮投資、方案實(shí)現(xiàn)難易程度，也要考慮后期維護(hù)等因素，本文僅是從供電方式上做一個(gè)比較，方便大家了解幾種供電方式，選擇供電方案。