通信电源.docx
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通信电源
、通信电源系统
（一）通信电源系统概述
通信电源都是以功率电子为基础，通过稳走的控制环设计，再加上必要的外部监控，最终实现能量的转换和过程的监控。
通信电源需要给通信设备提供交、直流供电。
电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件。
通信设备对电源系统的要求
（1）可靠性、稳定性、效率高。
（2）模块化、小型化、自动化、智能化。
（3）低压、大电流，多组供电电压需求。
（4）能实现集中监控。
（二）通信电源系统设备组成及工作原理
铁路车站通信机房电源系统一般由交流供电系统、直流供电系统组成，如图1-90所示。
图190车站通信机房电源系统图
（三）交直流配电设备
1．交流配电设备
交流配电设备通常由以下部分组成：
（1）交流接入电路：
交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电的容量。
（2）整流器交流输入开关：
交流配电设备分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。
（3）交流辅助输出：
电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。
（4）交流自动切换机构：
由机械电子双重互锁的接触器组成。
（5）交流采样电路：
由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。
（6）交流切换控制电路：
完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能
<7）交流监控电路：
集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号榆测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等功能。
（8）e级与D级防雷器。
2、直流配电单元
直流配电设备是完成直流的分配和备用电池组的接入，对输出直流进行分配、控制、检测、告警和保护。
1）整流器的输出{采用并联方式，整流器的输出经汇流母排接入直流配电设备，直配电设备为负载分配不同容量的输出．可满足不同的需要，直流配电路数可根据用户需求增减。
2}每组直流输出采用一个直流断路器控制。
3）后备电池组的输入与开关整流器输出汇流母排并联，以保证开关整流器无输出时，后备电池组能向负载供电。
4）系统具有二次下电功能，可在蓄电池放电过程中按用户的设置电压分两次将负载断掉，以保证主要负载能够长时间的工作，同时保护蓄电池不致过放而损坏。
负载和蓄电池输出端均接有熔丝保护。
5）直流配电设备内装有闸刀开关、自动空气断路器、接触器、低电熔断器以及电工仪表、告警保护等元器件。
在大容量的通信用高频开关电源系统中，直流配电设备是其中
的一个独立机柜；在组合式高频开关电源设备中，没有单独的直流配电设备，但必须有直
流配电部分。
（四）高频开关电源
高频开关电源将交流电源转换成-48V的直流电源，为通信设备提供电源，通过同蓄电池的配合使用，可保证通信设备的不间断供电。
可提供负载下电和电池低电压保护、故障告警及保护，提供多路、多规格直流输出、监控等功能。
1、高频开关电源的基本原理
（1）高频开关整流器的组成
高频开关电源主要部分为整流器，通常由T频滤波电路、T频整流电路、功率因素校正电路、直流直流变换器和输出整流滤波器等部分组成，其组成方框图如图1-91所示
输入电路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20kHz的高频脉冲电压；整流滤波电路的作用是高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。
（2）高频开关电源的特点
①重量轻、体积小采用高频技术，去掉了工频变压器，与相控整流器相比较，在输Hj同等功率的情况下，高频开关整流器的体积只是相控整流器的1/10．重量也接近1/10
②功率因数高相控整流器的功率因数随晶闸管和导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近o．7以上，而小负载时，仅为o．3左右。
经过校正的开关电源功率因数一般在0.93以上，并且基本不受负载变化的影响（对20%以上负载）。
③可闻噪声低在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于60dB。
而高频开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45dB左右。
④效率高
高频开关电源采用的功率器件一般功耗较小，带功率因数补偿的高频开关电源其整机效率可达88%以上，较好的可做到91%以上。
⑤冲击电流小开机冲击电流可限制在额定输入电流的水平。
⑥模块式结构由于体积小、重量轻，可设计为模块式结构，目前的水平是一个2m高的19英寸机架容量可达48V/1000A以上，输出功率约为60kW。
⑦可靠性高
高频开关电源的功率调整管工作在开关状态，可以模块化设计，通常按N+1备份，组成的系统可靠性高。
⑧负荷均分
一套高频开关电源系统至少需要两个高频开关电源模块并联工作，大的系统甚至多达数十个电源模块并联工作，这就要求并联工作的电源模块能够共同平均分担负载电流，即均分负载电流。
均分负载电流的作用是使系统中的每个模块有效地输出功率，使系统中各模块处于最佳工作状态，以保证电源系统的稳定、可靠、高效地工作。
（五）UPS电源
1．UPS电源概述
UPS是不间断供电电源系统（UninterruptiblePowerSystem）的英文简称，是能够持续、稳定、不间断向负载供电的一类重要电源设备。
从广义上说，UPS包含交流不间断电源系统和直流不间断电源系统。
长期以来，已习惯于把交流不间断电源系统称为UPS。
2．UPS电源分类
随着半导体技术的发展，采用了大功率逆变技术和强电流电子开关，来实现大功率的电能转换。
这种电能转换电路，不论是主电路还是其他控制电路，均采用半导体固体器件，故称固态不停电电源或静止型不停电电源，简称静态UPS。
静态UPS的基本框图如图1-92所示
静态UPS按工作方式可分为三类：
后备式（OF-LLNE）UPS;在线式（ON-LINE）UPS三端口UPS。
日前通信机房中使用的大部分为在线式UPS．F面主要对其介绍。
在线式UPS是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态，在线式UPS-般为双变换结构。
所谓双变换是指UPS正常：
工作时，电能经过了AC/DC、DC/AC两次变换后再供给负载。
当然为了提高系统的可靠性，双变换在线式UPS-般增加了自动旁路电路。
目前在用关键设备对电源要求相当高、输入功率也相当大，大量采用了在线式UPS。
在线式UPS由整流滤波电路、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、充电电路、蓄电池组和控制监测、显示告警及保护电路组成，如图1卜-93所示
在线式UPS的输出电压波形通常为标准正弦波。
市电正常时，输入电压经整流滤波电路后，给逆变器供电，逆变器输出经过输出变压器输出滤波电路将SPWM波形变换成正弦波。
同时，整流电压经充电器给蓄电池补充能量。
在这种工作状态下，市电经整流滤波器、逆变器及静态开关给负裁供电，井由逆变器完成稳压和频率跟踪功能。
市电正常但逆变器出现故障或输出过载时，UPS工作在旁路状态。
静态开关切换到市电端，市电直接给负载供电。
如果静态开关的转换因逆变器故障引起，UPS将发出报警信号，如果因过载引起静态开关转换，过载消失后，静态开关将重新切换到逆变器端。
控制监测、显示告警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需的控制信号，并显示各自的工作状态。
UPS出现过压、过流、短路、过热时，及时报警并同时提供相应保护。
例如，负载发生短路时，保护电路很快关断逆变器，使其免受损害，静态开关也不转换到市电，短路消失后，逆变器重新启动，恢复供电。
在线式UPS中，无论市电是否正常，都由逆变器供电，所以市电故障瞬间，UPS的输出不会间断。
另外，由于在线式UPS加有输入EMC滤波器和输出滤波器，所以来自电网的干扰能得到很大衰减；同时因逆变器具有很强的稳压功能，所以在线式UPS能给负载‘扰小、稳压精度高的电压。
（六）逆变嚣
逆变器是将48V直流电转换为220V/50Hz交流电的设备。
1逆变器原理
逆变器原理框图如图194所示，主要由（共扼）滤波器、防反灌（杂音吸收器）、高频升压（回路）、PWM正弦逆变（控制）、（输出交流）滤波器、旁路控制、显示及通信（检测界面）等组成。
当接通DC48V直流电源回路，通过共扼滤波器和防反灌杂音吸收器对直流电压进行信号预处理后，送高频升压回路进行直流输入升压，然后再参与高频PWM逆变回路逆变，输出AC220V的交流电压，经过滤波处理后送给负载设备，通信检测显示逆变器的运行状态。
图1-94逆变器原理框图
为了提高电源系统的可靠性，由两台逆变器和一个转换开关组成一个供电系统。
冗余式
逆变器原理如图1-95所示。
图1-95冗余式逆变器原理
两台DC48V／AC220V逆变器的输出送至冗余开关，在逆变器I、Ⅱ输出正常时，交流输出由逆变器I供电；在逆变器I输出异常时，冗余开关将交流输出切换至逆变器Ⅱ供电。
2．逆变器的缺点
（1）因为逆变器是固定的48V供电，电池电压较低，当输出功率要求较大时，对功率模块的生产工艺要求愈高，因此大功率逆变器难以实现。
（2）当逆变器的蓄电池组出现故障需要更换时，必须使系统间断。
（3）由于逆变器电源用量小，生产厂家规模小，在技术、可靠性等方向相对较差，
（4）逆变器由于其生产规模和使用范围的限制，很少有厂家提供监控网络管理等功能。
由于逆变器在功率等级、控制技术、可靠性、网络管理等方面存在的缺陷，因此目前在通信机房中很少单独应用逆变器。
（七）蓄电池组
1，蓄电池的作用
蓄电池在通信电源系统中的作用：
（1）后备电源，在交流电异常或整流器不工作的情况下，由蓄电池单独为通信负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保通信设备的正常运行。
（2）平滑滤波，在市电正常时，与整流器并联运行。
由于对低频谐波电压呈现极小电阻，蓄电池对整流器的输出纹波电压具有旁路功能，起到了平滑滤波的作用
（3）调节系统电压。
（4）动力设备的启动电源。
2．蓄电池结构及工作原理
（1）蓄电池结构
蓄电池通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。
蓄电池结构如图1-96
所示。
（2）工作原理
①蓄电池的充电，
蓄电池充电过程是电能转化成化学能的过程，充电电压和电流
要合适，偏大和偏小均会影响蓄电池的寿命。
②蓄电池的放电
蓄电池放电过程是通过蓄电池的化学反应，实现化学能转化成
电能的过程。
（八）发电机
汽油发电机是一种发电设备，指以汽油为燃料，是将化学能转换
成电能的机械设备。
通信系统中的汽油发电机组通常是用于应急通
信、抢修或者是小型车站通信机房、沿线通信基站的后备电源。
（九）防雷及接地装置
1．接地系统的概念
接地系统是通信电源系统的重要组成部分，不仅直接影响通信的质量和电力系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。
在通信机房中，接地技术牵涉到各个通信各专业的设备、电源设备和房屋建筑防雷等各个方面的要求。
2．铁路通信设备雷电综合防护实施
（1）通信机房（楼、站、机械室，以下均统称通信机房）应采用外部防雷和内部防雷措施进行综合防护，如图1-97所示。
图197通信综合防雷系统示意图
（2）应根据当地雷电活动情况和通信机房性质，选择合理的通信机房的雷电防护措施。
（3）通信机房接地应采用共用接地系统方式，即建筑物防雷系统的接地装置、建筑物金属构件、低压配电保护线（PE）、防静电接地以及通信设备的工作接地、保护接地、防雷接地等连接在一起构成共用的接地系统。
当条件具备时应接入铁路综合接地系统。
（4）邻近信号机房的通信接地系统应充分利用信号机房既有的雷电综合防护装置。
（5）位于非通信机房（信号、信息、电力等机房）中的通信设备应与建筑物内其他系统共用接地装置，该共用接地装置的接地电阻值应符合设计规定。
（6）当通信机房与其他专业机房不共地时，相应的数字通信电缆（端口）应进行光电隔离。
3．通信机房外部防护
通信机房外部防护措施包括安装避雷网、避雷带、引下线（或利用建筑物内主钢筋）、设置地网以及通信铁塔的接地与防护。
4．通信机房内部防护
内部防护措施主要包括设置接地汇集线、等电位连接、线缆屏蔽及合理布线以及加装浪涌保护器（SPD）等防护项目。
具体防雷及接地相关要求见铁运[2011]144号《关于印发（铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见）的通知》中的相关要求。
二、动环监控系统
（一）动环监控系统概述
动环监控系统是通过技术手段实现对机房动力、环境不间断集中监控，实现及时掌握通信机房电源、空调等设备的运行状态。
动环监控具备对各种通信机房（包括基站等）的设备特点和工作环境，对通信电源、蓄电池组、UPS、发电机、空调等智能、非智能设备以及温湿度、烟雾、地水、门禁等环境量实现“遥测、遥信、遥控、遥调”等功能。
动环监控系统主要实现以下三种功能：
1．数据采集和控制
数据采集是监控系统最基本的功能要求，必须精确和迅速；对设备的控制是为实现维护要求而立即改变系统运行状态的有效手段，必须可靠。
数据采集和控制功能可以总结为“三遥”功能，即遥测远距离数据测量、遥信一远距离信号收集、遥控一远距离设备控制。
2．设备运行和维护
运行和维护是基于数据采集和设备控制之上的系统核心功能，完成日常的告警处理、控制操作和规定的数据记录等。
3．维护管理
管理功能应实现以下四组功能：
（1）配置管理
配置管理提供收集、鉴别、控制来自下层数据和将数据提供给上级的一组功能。
包括局向数据的增加、删除、修改等，现场监控量的一般配置、告警门限配置等。
（2）故障管理
故障管理提供对被监控对象运行情况异常进行检测、报告和校正的一组功能。
及时发现紧急事件，防止因设备原因造成通信中断、机房失火等重大事件的发生。
提供告警等级管理、告警信号的人机界面、告警确认、告警门限设置和告警屏蔽等。
（3）性能管理
性能管理提供对监控对象的状态以及网络的有效性评估和报告的一组功能。
例如提供设备主要运行数据及参数；停电、油机供电情况；设备故障、告警统计。
（4）安全管理
安全管理提供保证运行中的监控系统安全的一组功能
（二）动环监控系统基本原理及网络结构
1．监控对象
按用途分动力和环境监控两大类。
动力的主要监控对象包括高压配电设备、变压器、低压配电设备、备用发电机组、UPS逆变器、整流配电设备、蓄电池组、DC/DC变换器等；环境主要监控对象包括空调、机房环境和安全等。
按监控对象的特性可分为智能和非智能设备。
智能设备具有一定的数据采集和处理能力，并带有智能接口，可直接与计算机通信。
只要有协议，即可直接纳入监控系统，如智能高频开关电源系统。
非智能设备不具备数据采集和处理能力，无智能接口，需通过采集器采集信号使其智能化再接入监控系统，如蓄电池组、低压配电柜等。
2．监控的内容
（1）高压配电设备
①进线柜
遥测：
三相电压、三相电流。
遥信：
开关状态、过流跳闸告警、速断跳闸告警、失压跳闸告警、接地跳闸告警。
②出线柜
遥信：
开关状态、过流跳闸告警、速断跳闸告警、接地跳闸告警、失压跳闸告警。
③母联柜
遥信：
开关状态、过流跳闸告警、速断跳闸告警。
④变压器
遥信：
过温告警；
（2）低压配电设备
①进线柜
遥测：
三相输入电压、三相输入电流、功率因数、频率。
遥信：
开关状态、缺相、过压、欠压告警。
遥控：
开关分合闸。
②主要配电柜
遥信：
开关状态。
遥控：
开关分合闸。
③稳压器
遥测：
三相输入电压、三相输入电流、三相输出电压、三相输出电流。
遥信：
稳压器工作状态（正常／故障、工作／旁路）、输入过压、输入欠压、输入缺相、输入过流。
（3）不间断电源UPS
遥测：
三相输入电压、直流输入电压、三相输出电压、三相输出电流、输出频率、标示蓄电池电压、标示蓄电池温度。
遥信：
同步／不同步状态、UPS/旁路供电、蓄电池放电电压低、市电故障、整流器故障、逆变器故障、旁路故障
（4）逆变器
遥测：
交流输出电压、交流输出电流、输出频率。
遥信：
输出电压过压／欠压、输出过流、输出频率过高／过低。
（5）整流配电设备
①交流屏（或交流配电单元）
遥测：
三相输入电压、三相输出电流、输入频率。
遥信：
三相输入过压／欠压、缺相、三相输出过流、频率过高／过低、熔丝故障、开关状态。
②整流器
遥测：
整流器输出电压，每个整流模块输出电流。
遥信：
每个整流模块工作状态（开／关机、均／浮充／测试、限流／不限流）故障／正常。
遥控：
开／关机、均／浮充、测试。
③直流屏（或直流配电单元）
遥测：
直流输出电压、总负载电流（主要分路电流，蓄电池充、放电电流）。
遥信：
直流输出电压过压／欠压、蓄电池熔丝状态（主要分路熔丝／开关故障）。
（6）直流一直流变换器
遥测：
输出电压、输出电流。
遥信：
输出过压／欠压、输出过流。
（7）蓄电池组
遥测：
蓄电池组总电压、每只蓄电池电压、标示电池温度、每组充、放电电流、每组电池安时量。
遥信：
蓄电池组总电压高／低、每只蓄电池电压高／低、标示电池温度高、充电电流高。
（8）空调设备
遥测：
空调主机工作电压、工作电流、送风温度、回风温度、送风湿度、回风湿度、压缩机吸气压力、压缩机排气压力。
遥信：
开，关机、电压、电流过高／过低、回风温度过高／低、回风湿度过高／低、过滤器正常／堵塞、风机正常／故障、压缩机正常／故障。
遥控：
空调开／关机、温度设定。
（9）环境
遥测：
温度、湿度。
遥信：
烟感、温感、湿度、水浸、红外、玻璃破碎、门窗告警。
遥控：
门开／关。
3．动环监控系统结构
动环监控系统一般采用逐级汇接的三级结构，在此基础上可根据维护管理要求灵活配置网络结构形式。
监控系统的结构如图1-98所示，它由机房／基站设置监控单元（SU，Supervi-sionUnit）、若干个机房／基站设置监控站（SS，SupervisionStation）、本地网设置监控中心（SC，SupervisionCenter）构成三级结构。
随着计算机网络的延伸，这种三级逐级汇接的树状结构正逐步被网络型结构所替代（如图1-99所示）。
SS的汇接作用也逐渐由SC统一完成，这样不仅便于网管中心的集中管理，而且降低了系统造价和复杂程度。
通常SS通过延伸SC的一个业务控制台经过软件设置实现原来的功能
4．监控系统的功能
（1）监控模块（SM）功能
SM主要有以下几项功能：
①实时采集监控对象的运行参数和工作状态，收集故障告警信息，并送往监控单元（SU）。
②实时接收和执行来自监控单元（SU）的监测和控制命令。
③当通信发生中断时，监控模块应能够保存主要告警数据，在通信恢复后，具备将通信中断期间的数据上报功能。
一般按照被监控系统的类型有不同的监控模块，一个监控系统中可以有多个监控模块。
（2）监控单元（SU）功能
SU-般完成一个物理位置相对独立的机房／基站内所有监控模块的管理工作，个别情况可兼管其他机房／基站的设备。
以下是SU的具体功能：
①周期性地采集各监控模块（SM）传送的各类信息，进行数据处理、存储、显示打印，实时向SS发送状态改变或告警信息及相应数据。
②随时接收并快速响应来自SS的监控命令
③可通过监控模块（SM）对各工作点下达监测和控制命令。
④具有定时统计辖区内各个监测数据的最大值、最小值和平均值的功能，并将这些统计数据定时上传到SS。
⑤当蓄电池组运行状态变化时，浮充（或均充）转放电和放电转浮充（或均充），其运行参数和单体电池电压记录间隔时间不超过30s，且应记录充放电全过程。
⑥具有足够的数据处理能力，有一定数量的RS-232C、RS-485或RS-422物理接口。
⑦采用智能门禁设备的站点，应能自动记录人员进、出时间，在读卡器和数字密码锁配合使用的场合，应记录员工的编码等信息，同时给出重要告警信息；但在正常上班时间、有人机房等场合，应具有抑制门禁告警信息的能力。
（3）监控站（SS）功能
SS是区域管理维护单位，为满足特定区域的管理要求而设置的，负责辖区内各监控单元的管理。
SS有以下功能：
①具有实时作业功能，能同时监视辖区内SU的工作状态并与SC保持通信，可透过SU对SM下达监测和控制命令，根据需要，查询SU采集的各种监测数据和告警信息，并在屏幕上显示或打印输出。
②能设定告警等级、用户权限。
③能设定各个监控点性能门限值。
④实时监视各站点电源、空调及环境的工作状态，接收故障告警信息（具有告警过滤能力），具有彩色图形显示方式，可在指定的现场运行流程图上通过逐层扩展，最后将故障定位在某一设备上。
⑤具有统计功能，能生成各种统计报表及曲线图，具有数据存储功能，告警数据、操作数据和监测数据应至少保存半年时间。
⑥实时向SC转发紧急告警信息。
必要时（如SS夜间无人值守）可设置成将所收到的全部告警信息转送到SC。
⑦接收SC定时下发的时钟校准命令。
⑧系统软件具备实现系统互联的C接口和D接口。
（4）监控中心（SC）功能
SC是本地网或者同等管理级别的网络管理中心，是为适应集中监控、集中维护和集中管理的要求而设置。
它具有以下功能：
①实时监视各通信局站电源、空调及环境的工作状态和运行参数，接收故障告警信息，并可设定告警等级、用户权限，对下级监控系统送上来告警具备过滤能力，具有彩色图形显示方式，可在指定的现场运行流程图上通过逐层扩展，最后将故障定位在某一设备上。
②在接管SS的控制权后，对于告警信息的处理与SS相同，实时监视各SS的工作状态。
③根据需要，查询SS和SU采集的各种监测数据和告警信息，并在屏幕显示或打印输出，
可透过SS对SU下达监测和控制命令。
④具有统计功能，能生成各种统计报表及曲线图，具有文件备份功能，存档的文件（日、月、年汇集告警文件和监测数据文件）应能在硬盘上保存1年，然后导入外存。
⑤具有实时向上一级监控中心转发紧急告警信息和接受上一级监控中心所要求的监测数据信息的能力。
⑥向监控站定时下发时钟校准命令
⑦具有监视设备或系统故障状态，外接电子显示屏的能力。
⑧系统软件具备实现系统互联的D接口。
（三）动环监控系统的硬件及软件
1．系统硬件
（1）基本要求
监控系统硬件设备应采用国际上通用的高可靠性的计算机及配套设备；系统硬件应能适应安装现场温度、湿度、海拔、干扰等要求，有可靠的抗雷击和过电压保护装置。
（2）机房常用的采控器件
机房常用的采控器件有传感器、多串口卡、RS-485／RS-32转换器、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块。
2．系统软件
（1）基本要求
计算机系统所采用的操作系统、数据库管理系统、网络通信协议和程序设计语言等应采用国际上通用的系统，且便于纳入本地网管系统，系统软件应有合法使用证明。
监控软件应包含以下功能模块：
安全管理、配置管理（设备管理、人员管理、监控点管理）、通信管理、设备监控、告警管理、性能管理、数据管理、打印、帮助等。
（2）主要应用软件
目前应用的监控系统软件主要有通用SCADA/HMI软件和专用软件。
通用控制软件SCADA（SupervisoryControlandDataAc
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