核心機房傳輸設備采用240 V高壓直流供電的可行性探討

秦 琿

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 350011）

0 引 言

-48 V直流供電系統自問世以來，由于其高供電可靠性、高可維護性及較短的故障修復時間，在早期的核心機樓得到了廣泛應用，通常用于核心交換設備、傳輸設備、數據設備等供電。但-48 V直流供電系統也存在供電電壓低、線路傳輸損耗大，系統集成度不高，功率密度小，線路投資高等缺點，特別是投產時間較久的老通信機樓，普遍存在電力室面積及電纜通道不滿足設備擴容需求的情況，對提高電源集成度、釋放電纜通道的需求迫切。

240 V高壓直流電源系統由于與-48 V系統相近的可靠性及可維護性，在近幾年作為不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）替代電源得到了廣泛應用。目前除傳輸設備外，國內主流通信設備廠家的其他通信設備均支持240 V高壓直流供電。相比-48 V直流系統，240 V高壓直流系統具有電源集成度高，供電半徑大，線路損耗小等優點。用240 V高壓直流系統替代-48 V直流系統，對簡化通信機樓電源結構，優化通信機樓資源配置，提升通信機樓供電能力有重要意義。

1 用240 V系統替代-48 V系統供電的技術可行性分析

-48 V開關電源的工作原理為將輸入的交流電經過輸入濾波和功率因數校正后，輸出高壓直流，通過脈寬調制控制功率變換電路，將高壓脈沖電壓變成低壓脈沖電壓，再經過全波整流和濾波電路，輸出-48 V直流電，電路框圖如圖1所示。

圖1 -48 V開關電源電路方框圖

240 V高壓直流電源的工作原理為將輸入的交流電經過輸入濾波和功率因數校正后，通過高頻開關電路整流輸出直流，經過脈寬調制控制DC/DC變換，經濾波后輸出高壓直流，電路框圖如圖2所示。

圖2 240 V高壓直流電源電路方框圖

由電路方框圖可知，240 V高壓直流系統與48 V開關電源具有類似的輸入濾波和功率因數校正電路、高頻開關整流電路，使240 V直流系統具有與48 V電源類似的功率因數、電源效率。雖然240 V直流系統采取懸浮供電方式，由于通信設備內部配置有DC/DC變換設備，因此不影響對末端通信設備供電。

-48 V系統向240 V系統的演進可以分為幾種方式：（1）對設備電源模塊進行改造，使其將240 V直流通過DC/DC變換為設備所需的直流電源；（2）在機柜PDU處通過DC/DC變換，將240 V直流電變換為48 V直流電，如圖3所示；（3）在列頭柜處通過DC/DC變換，將240 V直流電變換為48 V直流電，如圖4所示。

圖3 240 V電源直接進設備板卡示意

圖4 240 V電源直接進機柜示意

第1種方式需對傳輸設備電源模塊進行改造，第2種方式需將傳輸設備電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）改造為240 V/48 V的DC/DC變換單元，第3種方式需在列頭柜內部署DC/DC變換設備，將240 V高壓直流轉換為-48 V直流向設備供電。第2種和第3種方式基本不影響在用設備的運行，由第3方電源設備廠家可完成DC/DC變換電源改造，第1種方式需傳輸設備廠家對自身電源模塊進行改造。

由此可見，用240 V系統替代-48 V系統供電從技術上是可行的。

2 兩種直流系統的經濟性評估

下面主要從建設成本、機房資源占用、運行成本幾方面對兩種直流系統的經濟性進行評估。

在建設成本方面，一套-48 V 2 000 A供電系統包括開關電源、配電系統、蓄電池的建設成本在40萬左右，240 V/280 kW供電系統包括開關電源、配電系統、蓄電池的建設成本在50萬左右，折每千瓦建設成本-48 V為0.53萬元，240 V為0.18萬元，240 V系統為-48 V系統的1/3左右。

在機房資源占用上，一套-48 V 2 000 A供電系統含蓄電池組占地面積約15平方米，一套240 V 280 kW供電系統含蓄電池組占地面積約30 m2，折每千瓦-48 V占地面積約0.2 m2，240 V約0.11 m2，同功率48 V系統線纜投資約為240 V系統的5倍，可見240 V直流系統功率密度比48 V系統高約一倍，更加節省機房占地面積、節省走線架及管井等資源。

運行成本方面，240 V直流電源運行效率與-48 V開關電源相近，以核心機房直流電源至負載供電距離在30 m左右，-48 V供電系統的壓降在2 V左右，即-48V供電系統的傳輸損耗在4.2%左右，240 V供電系統的壓降在2.2 V左右，即240 V供電系統的傳輸損耗在1%左右，可見240 V直流電源傳輸損耗比-48 V供電系統小，系統節電率約3%。對于長距離供電，240 V系統的供電優勢將更為明顯。

由此可見，從經濟性分析，用240 V供電系統替代48 V供電系統可有效降低投資成本、節約機房空間、降低電纜傳輸損耗，經濟效益顯著，是可行的。

3 結 論

綜上所述，無論從技術上還是從經濟上，用240 V供電系統替代-48 V供電系統向傳輸設備供電是可行的。