基于智能模塊化- 48V 通信直流電源的短路測試研究

田 佳，王雯婷，季明明，黃 璽

（1.維諦技術有限公司，廣東 深圳；2.中國移動通信集團內蒙古有限公司，內蒙古 呼和浩特）

概述

近年來隨著我國的通信行業高速發展，整個通信網絡系統的可靠、穩定、不間斷地運行，對民生和國防安全乃至國民經濟方面有著越來越重要的影響。通信電源是通信網絡系統的核心供電設備，作為備電的電池直掛通信電源直流母排，有著不間斷直流供電的作用[1]。當系統局部發生短路故障時，如果配套不同種類電池，如鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池等，就會有著不同的故障現象和結果[2]。

1 模塊化電源系統的組成

本文以系統容量為300 A 的模塊化電源系統為研究對象，其主要組成為交流、整流、直流配電單元、監控單元、蓄電池組及用戶負載組成。

其中，交流配電單元主要由兩路交流輸入斷路器，防雷斷路器及防雷模塊組成。整流配電單元主要由模塊斷路器及整流模塊組成[3]。直流配電單元分為負載直流和電池支路，均由63 A 和125 A 的智能斷路器組成。交流、整流、直流配電單元均通過RS485 的通信方式連接監控，監控可對其進行實時監測與保護[4]。

蓄電池組直掛通信電源系統直流母排側，與電源系統配套使用，有著不間斷直流供電的作用[5]。

通信電源的用戶負載大多為各種的通信和網絡設備，數量多且分布相對密集，如果電源供電系統突發故障引起負載掉電，通信設備無法正常工作，將對用戶造成嚴重的經濟損失[6]。

2 模塊化電源系統的實驗方案梳理

針對系統短路測試方案需從用戶的使用工況、使用模式、系統不同智能斷路器、短路點進行分析，見表1。

表1 系統短路測試方案

3 模塊化電源系統的實驗驗證

針對方案梳理進行實驗驗證，實驗室滿足6 組48 V/100 Ah 鐵 鋰 電 池，48 V/300 Ah 鉛 酸 電 池，48 V/600 Ah 鉛酸電池測試，實驗平臺方案原理圖（見圖1）及實驗設備列表（見表2）。

圖1 實驗方案原理圖

表2 實驗設備列表目錄

短路測試工裝原理見圖2，短路測試工裝1-QFD斷路器63A 正負極接入兩根長度0.4 m 的25 mm2線纜，通過控制QF1 開關閉合接觸器的控制線圈，將400 A 接觸器進行短路短接。短路測試工裝2-QFD 斷路器125 A 正負極接入兩根長度0.4 m 的35 mm2線纜，通過控制QF1 開關閉合接觸器的控制線圈，將400 A 接觸器進行短路短接。

圖2 短路測試工裝原理

智能插框短路測試方案部分測試結果整理，見表3。

表3 短路測試方案測試分析

以63 A 熱磁開關- 帶鉛酸電池負載斷路器短路測試數據為例：系統負載側短路，300 Ah 鉛酸電池提供1 940 A 短路電流2 ms 左右，63 A 熱磁斷路器在8 ms 左右跳開，此時間段系統掉電至50.4 V 左右，6.9 s 后系統恢復正常電壓。

4 理論分析及驗證

（1） 從直流供電系統等效的原理框圖中見圖3所示，可計算出在通信電源系統的供電模式下，直流側短路時對母排電壓的影響[7-9]。

圖3 直流供電系統等效的原理框圖

取Ub=54V，Ri=28mΩ，R11=2mΩ，那么Ishort和Ud分別見公式（1）、（2）：

如上計算可知，直流側短路時，母排電壓下降至3.6 V 左右，短路電流達到1 800 A 以上，和實測結果基本一致。顯然對通信設備的供電條件不滿足，設備測的瞬時短路問題將會引起整個通信系統的故障。

通過以上分析可知直流設備側短路，引起直流側母排電壓下降的核心原因是直流側的負載線纜內阻過小，若增大直流側線纜的電阻，就可以從理論上解決此問題，故可以通過加長線纜及減小線纜的橫截面積等方法用來增大線纜的內阻[10]。

（2） 由于智能斷路器供電依賴于通信電源系統的直流輸出母排，當發生短路時，直流輸出母排電壓為左右，智能斷路器掉電無法正常運行。當對智能斷路器單獨供電時，無論是1 模塊還是遞增至4 模塊，短路電流均可達到1 600 A 以上，此時母排電壓因短路被拉低到1 V 左右，但因為智能斷路器單獨供電，此時熱磁斷路器MCU 可正常使用，通過過流下發指令將其斷開，保護系統正常運行。

5 模塊化電源系統的分析結果

從匯總的現象上看，得出結論見表4。

表4 模塊化電源系統的分析結果

6 結論

文章描述了智能模塊化-48V 直流電源在通信系統中短路故障的實驗驗證，并介紹了系統結構的框架及組成，通過對實際短路故障的電壓、電流波形，分析了智能模塊化電源系統的短路特性與其配套使用智能斷路器、電池類型的保護時間及目前短路故障所存在的問題。

文章所提供通信直流電源目前存在的問題及如何改進的思路與方法，對通信用-48V 智能模塊化系統的選型及設計均有著一定參考和指導意義。