通信用直流電源分配裝置研究

王威妮 曹暉暉 康宇

摘要：隨著通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，相關(guān)供電系統(tǒng)通信設(shè)備運(yùn)行面臨挑戰(zhàn)，為保證通信線(xiàn)路暢通以及通信設(shè)備的正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，應(yīng)積極落實(shí)裝置技術(shù)升級(jí)，并制定統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹了一種全新的通信用直流電源分配裝置，分析其研究背景與應(yīng)用功能，圍繞該裝置運(yùn)行實(shí)際情況研究運(yùn)行原理與關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊功能、技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)功能、技術(shù)優(yōu)勢(shì)等內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞：通信；通信用直流電源分配裝置；故障

DOI：10.12433/zgkjtz.20240139

近年來(lái)，電信網(wǎng)絡(luò)逐漸朝向規(guī)模化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，對(duì)通信設(shè)備及直流電源分配安全也提出更高需求。傳統(tǒng)通訊電源在分配方式上具有一定弊端，包括供電系統(tǒng)電路穩(wěn)定性較低、各通信設(shè)備電壓允許范圍不一致以及通訊電源分配安全度低等，這不僅會(huì)影響通信設(shè)備的使用性能，還會(huì)進(jìn)一步增加技術(shù)人員維修排查工作量。因此有必要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)通信用直流電源分配單元裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控與告警。

一、通信用直流電源分配裝置功能介紹

我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)正逐漸朝向智能化、信息化發(fā)展，對(duì)電力通信也體現(xiàn)出更強(qiáng)的依賴(lài)性，隨著電力通信網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，應(yīng)做好相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)工作，確保通信設(shè)備可處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。傳統(tǒng)設(shè)備維護(hù)以人工維護(hù)模式為主，這一模式易受到外界因素影響，導(dǎo)致工作效率與質(zhì)量不高，難以滿(mǎn)足當(dāng)前的設(shè)備維護(hù)需求。面對(duì)降低人力成本、無(wú)塵化、節(jié)能減排等方面要求，通信設(shè)備維護(hù)應(yīng)順應(yīng)去人力化發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)高質(zhì)量、高可靠性產(chǎn)品應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理水品的提升。特別是對(duì)于電源分配單元而言，作為通信設(shè)備的重要組成部分，其在電網(wǎng)運(yùn)行期間發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，電源分配單元大多只具備單一的電源輸出功能，部分可以實(shí)現(xiàn)電流過(guò)載保護(hù)，現(xiàn)有的機(jī)房?jī)?nèi)直流配電柜針對(duì)帶電設(shè)備運(yùn)行總負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以對(duì)單個(gè)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷寄及用電狀態(tài)加以分析。

對(duì)此，可以加強(qiáng)對(duì)新型通信用直流電源分配裝置的研究，將其應(yīng)用于通信配電領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電源分配系統(tǒng)運(yùn)行的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)配電故障系統(tǒng)，可及時(shí)發(fā)出告警提示技術(shù)人員，進(jìn)而在第一時(shí)間采取相應(yīng)的故障處理與排除措施；同時(shí)，準(zhǔn)確定位通信設(shè)備的故障，確保在短時(shí)間內(nèi)完成故障判斷工作。智能電源分配單元作為通信設(shè)備的關(guān)鍵組成，在應(yīng)用功能及可靠性方面具有較高需求，而通信用直流電源分配裝置的應(yīng)用可以顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，為用電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供支撐，降低設(shè)備運(yùn)行造價(jià)、提高運(yùn)行效率。

二、通信用直流電源分配裝置的運(yùn)行原理與關(guān)鍵技術(shù)

（一）運(yùn)行原理

通信用直流電源分配裝置由告警處理板、信號(hào)采集板、連接電纜等部件構(gòu)成，通過(guò)多路光電隔離的檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，檢測(cè)端與保護(hù)器件斷路器或熔斷器下端負(fù)載端連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)器件下端電位變化的監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)跳閘或熔斷故障，電源輸入端電位與下端電位之間會(huì)產(chǎn)生一定的電壓差，導(dǎo)致檢測(cè)電路光電耦合器導(dǎo)通發(fā)出告警信號(hào)，經(jīng)電路放大后通過(guò)告警處理板進(jìn)行告警信號(hào)反饋。通信用直流電源分配單元告警裝置內(nèi)部配電主回路之間以及信號(hào)采集板與告警處理板之間均通過(guò)光電耦合器進(jìn)行電氣隔離，在模塊化設(shè)計(jì)、接插件連接關(guān)鍵技術(shù)的支持下調(diào)節(jié)信號(hào)采集板，提升設(shè)備安全及維護(hù)的便捷，以滿(mǎn)足分配單元運(yùn)行的實(shí)際需求。

與此同時(shí)，通信用直流電源分配裝置的優(yōu)勢(shì)還進(jìn)一步體現(xiàn)在可避免占用斷路器排布空間、影響斷路器運(yùn)行，有效降低設(shè)備運(yùn)行成本，提升其安全性與可靠性。此外，高精度電量采集芯片和高速M(fèi)CU控制器的應(yīng)用可充分發(fā)揮電測(cè)量技術(shù)以及數(shù)據(jù)通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，獲取設(shè)備運(yùn)行期間的直流電壓、直流電流、功率和電能參數(shù)，技術(shù)人員可通過(guò)終端獲取相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而構(gòu)建完整的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

目前，通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對(duì)于通信用直流電源分配裝置而言，通信設(shè)備電源負(fù)荷狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成為提高系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)效的關(guān)鍵。相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)主要包括：第一，模塊化設(shè)計(jì)與接插件連接，基于分配單元路數(shù)對(duì)調(diào)整信號(hào)采集板數(shù)量，大大提升了安裝維護(hù)的便利性。通過(guò)電子電路方式采集斷路器下端信號(hào)并產(chǎn)生告警信號(hào)，在不使用輔助告警觸點(diǎn)的前提下發(fā)揮告警功能，從而獲取更大的安全空間，提升系統(tǒng)集成度。第二，高精度電量采集芯片和高速M(fèi)CU控制器的應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)揮了電測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最大限度上確保直流電壓、直流電流、功率、電能等數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性與完整性，技術(shù)人員根據(jù)信息采取針對(duì)性的故障處理措施，通過(guò)構(gòu)建完整的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供保障。

三、通信用直流電源分配裝置系統(tǒng)構(gòu)建

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信用直流電源分配裝置系統(tǒng)主要由高精度電量采集芯片和高速M(fèi)CU控制器構(gòu)成，應(yīng)用于數(shù)據(jù)獲取與狀態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)線(xiàn)路分布如圖1所示。

裝置獲取的數(shù)據(jù)既可以實(shí)現(xiàn)本地顯示，又可以借助RS485口通信口組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。通信用直流電源分配裝置使用SL－D06直流多路電表，運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)看，SL－D06直流多路電表滿(mǎn)足多回路測(cè)量要求，同時(shí)遵循《JJG 842－1993直流電能表》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)可靠的冗余設(shè)計(jì)有效提升性能穩(wěn)定性與測(cè)量精度，體現(xiàn)出占地小、操作簡(jiǎn)便和顯示直觀(guān)等優(yōu)勢(shì)。裝置冗余電氣連接情況如圖2所示。

與此同時(shí)，導(dǎo)軌卡裝式結(jié)構(gòu)可以為設(shè)備裝卸提供便利條件，保證被測(cè)信號(hào)、輸出信號(hào)、電源之間的穩(wěn)定隔離，具有良好的運(yùn)行效果，因此可以廣泛應(yīng)用于用電自動(dòng)化管理中。值得注意的是，電表外殼采用強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)合理的阻燃ABS材料，既可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的絕緣、阻燃、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，又可以避免紫外線(xiàn)對(duì)其使用性能造成影響，有效延長(zhǎng)生命周期并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

（二）顯示功能

通過(guò)通信用直流電源分配裝置可對(duì)直流電壓、直流電流、功率、電能等參數(shù)進(jìn)行有效獲取，數(shù)據(jù)既可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示，也可通過(guò)菜單系統(tǒng)進(jìn)行查詢(xún)。技術(shù)人員登入系統(tǒng)后，通過(guò)菜單模式操作控制，顯示設(shè)備顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容包括直流電壓、直流電流、電能量和功率，并查詢(xún)15d以?xún)?nèi)的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，還可以借助上位機(jī)設(shè)置功能調(diào)節(jié)地址、波特率、時(shí)間和通訊配置等內(nèi)容。

（三）技術(shù)指標(biāo)

通信用直流電源分配裝置運(yùn)行期間，功耗電壓回路為≤0.5W、電流回路為≤0.1VA；電壓準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5%、電流準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5%、功率準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5%、電能準(zhǔn)確度等級(jí)為1級(jí)；測(cè)量電壓線(xiàn)性范圍為0.7～1.4Un；當(dāng)?shù)陀?3℃參比溫度時(shí)，時(shí)鐘準(zhǔn)確度≤±0.5s/d，且變化量?jī)?yōu)于0.1s/（d·℃）；當(dāng)在25～60℃溫度范圍內(nèi)，時(shí)鐘準(zhǔn)確度應(yīng)≤±1s/d；供電電源為DC48V，在確保通電情況下，該模塊可以處于正額定電流常工作狀態(tài)。對(duì)于整機(jī)運(yùn)行而言，輸入電源采用一或兩路電源輸入，最大可達(dá)32A；輸出分路采用一或兩路電源輸出分路，最大容量可達(dá)20支路。在滿(mǎn)足上述技術(shù)參與的基礎(chǔ)上，在整機(jī)設(shè)備安裝時(shí)，通過(guò)緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式獲取更大的安全操作空間，在安裝維護(hù)時(shí)可不打開(kāi)裝置明確具體的接線(xiàn)位置，為各類(lèi)線(xiàn)纜連接提供便捷。電源分配單元面板如圖3所示。

（四）系統(tǒng)功能

通信用直流電源分配裝置的應(yīng)用與我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)需求相適應(yīng)，為更好地發(fā)揮其功能，在設(shè)備安裝期間，應(yīng)充分考慮機(jī)房配電特點(diǎn)，保證對(duì)設(shè)備應(yīng)用環(huán)境及可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型相適應(yīng)。通信用直流電源分配裝置可同時(shí)滿(mǎn)足單路及多路的告警和消警需求，主要功能包括以下方面：

1.斷電告警。通信用直流電源分配裝置通過(guò)信號(hào)采集板、告警處理板等裝置實(shí)現(xiàn)故障指示，線(xiàn)路出現(xiàn)故障后，電流會(huì)超出斷路器的最大額定電流，斷路器斷開(kāi)并發(fā)出告警，由技術(shù)人員進(jìn)行故障定位與處理。斷電告警時(shí)的電路分布如圖4所示。

2.分類(lèi)告警。為滿(mǎn)足特定用戶(hù)需求，該裝置可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分類(lèi)告警功能，即對(duì)緊急及非緊急情況進(jìn)行區(qū)分。裝置檢測(cè)到交換機(jī)、光端機(jī)、傳輸設(shè)備等工作單元模塊出現(xiàn)故障后，可根據(jù)具體的故障信號(hào)發(fā)出緊急/非緊急告警，緊急與非緊急情況的標(biāo)準(zhǔn)可由用戶(hù)自行設(shè)置，并通過(guò)告警方式加以區(qū)分。

3.告警無(wú)阻塞。通信用直流電源分配裝置可針對(duì)重復(fù)性告警實(shí)現(xiàn)不阻塞功能，即裝置在發(fā)出告警信號(hào)后，在技術(shù)人員認(rèn)為關(guān)閉信號(hào)的情況下，如果再次出現(xiàn)新的告警，裝置可不受到關(guān)閉操作影響再一次發(fā)出告警信號(hào)。

4.告警監(jiān)控。基于通信技術(shù)裝置可以將獲取的告警數(shù)據(jù)發(fā)送至上級(jí)監(jiān)控中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

（五）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

第一，由信號(hào)采集板、告警處理板等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)智能電源分配単元監(jiān)測(cè)功能，技術(shù)人員可根據(jù)分配単元具體路數(shù)增減信號(hào)采集板，有利于提高裝置安裝及維護(hù)效率。

第二，告警信號(hào)通過(guò)斷路器下端信號(hào)采集產(chǎn)生，可以去除以往的輔助告警觸點(diǎn)，通過(guò)擴(kuò)大安裝空間而提高系統(tǒng)集成度，進(jìn)一步降低安裝成本。

第三，實(shí)現(xiàn)電測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的有效應(yīng)用，提升數(shù)據(jù)獲取的完整性與顯示的直觀(guān)性。

第四，獲取機(jī)房設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，一旦識(shí)別到異常情況可發(fā)出警報(bào)，或通過(guò)電子郵件等形式傳遞給技術(shù)人員，由其讀取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，確保可以第一時(shí)間獲取故障信息、掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而采取針對(duì)性的解決措施。在該裝置的應(yīng)用下，一方面可以提高運(yùn)維效率，提升通信設(shè)備運(yùn)維自動(dòng)化水平；另一方面，確保技術(shù)人員不在現(xiàn)場(chǎng)就了解設(shè)備運(yùn)行情況，為遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。

第五，智能電源分配單元監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)符合《JJG 842－1993直流電能表》規(guī)定，通過(guò)大量可靠性冗余設(shè)計(jì)提高測(cè)量精度。

第六，在發(fā)揮監(jiān)測(cè)功能的過(guò)程中可有效實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、控制隔離等功能，根據(jù)技術(shù)參數(shù)獲取情況進(jìn)一步制定IEC CB報(bào)告，為后續(xù)運(yùn)維工作提供數(shù)據(jù)支持。

第七，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與計(jì)算功能，例如，對(duì)每路直流電電能以及電壓、電流、功率等電參量瞬時(shí)值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，同時(shí)在停電狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)，電能數(shù)據(jù)保留時(shí)間可達(dá)到十年。

總的來(lái)看，通信用直流電源分配裝置的應(yīng)用不僅可以顯著提升通信設(shè)備電源使用的安全性與穩(wěn)定性，還可以對(duì)人力、物力資源進(jìn)行合理規(guī)劃，隨著該裝置的應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)供電企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，為提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益提供保障。

四、通信用直流電源分配裝置的發(fā)展前景

（一）發(fā)展前景

通信用直流電源分配裝置的應(yīng)用很大程度上是為滿(mǎn)足通信技術(shù)發(fā)展背景下電力設(shè)備運(yùn)行的去人力化需求。結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展情況看，我國(guó)在電網(wǎng)建設(shè)及電力設(shè)備自動(dòng)化管理領(lǐng)域還有一定的提升空間，有必要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的研究。在此過(guò)程中，應(yīng)以智能電源分配單元為研究重點(diǎn)，致力于提升其功能性與可靠性。在通信用直流電源分配裝置的應(yīng)用下，可以準(zhǔn)確獲取通信設(shè)備電源負(fù)載狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障診斷與巡檢檢修的有機(jī)結(jié)合，逐步推動(dòng)通信設(shè)備監(jiān)測(cè)工作朝向?qū)崟r(shí)化、智能化和信息化發(fā)展。與此同時(shí)，該裝置的應(yīng)用還可以將技術(shù)人員從簡(jiǎn)單、繁復(fù)的工作中解放出來(lái)，有效降低重復(fù)勞動(dòng)率與生產(chǎn)成本。由此可見(jiàn)，裝置具有良好的發(fā)展前景與推廣價(jià)值。

（二）推廣效益

目前，通信用直流電源分配裝置得到更為廣泛的應(yīng)用，通過(guò)通信設(shè)備電源負(fù)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以顯著提升數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。結(jié)合該裝置在通信電源現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況看，已取得了較顯著的測(cè)試效果。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員而言，既可以通過(guò)終端獲取本地?cái)?shù)據(jù)，又可以與動(dòng)環(huán)系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)模塊管理，有效實(shí)現(xiàn)操作流程的簡(jiǎn)化，促進(jìn)通信設(shè)備電源維護(hù)管理水平與通信網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)效率的提升。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文介紹了一種全新的通信用直流電源分配裝置，并對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)、系統(tǒng)功能等內(nèi)容進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述。裝置在運(yùn)行過(guò)程中體現(xiàn)出操作便捷、顯示直觀(guān)和可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式獲取更大的安全操作空間，可以在機(jī)房中得到廣泛應(yīng)用。隨著通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更多先進(jìn)的電源分配單元技術(shù)及設(shè)備將不斷涌現(xiàn)，以更好地滿(mǎn)足電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行需求。? ? ? ? ? ? ? ? ? （下轉(zhuǎn)第118頁(yè)）（上接第115頁(yè)）

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作者簡(jiǎn)介：王威妮（1992），女，江西省景德鎮(zhèn)市人，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)樾畔⑼ㄐ偶夹g(shù)。