通信电源的工作原理及维护

李 军 上海铁路局上海通信段

通信电源是通信负载的心脏，其性能直接影响通信的信号质量和可靠性。一旦发生故障，通信系统将全部中断。所以电源系统务必要有备份设备，电源设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用。一个完整的通信电源系统应由4 个部分组成：交流配电系统、直流配电系统、电源防雷与接地、监控系统。

1 交流配电系统

要保证通信电源系统的可靠性，通信机房必须保证从两个不同的供电单元引入两路交流电，并设置两路市电自动倒换装置；分别如图1 和图2 所示：

图1 自动转换设置在配电箱内电源接入图

图2 自动转换设置在高频开关电源柜内电源接入图

(1)如图1 所示:两路市电引入交流配电箱完成自动切换后，引入通信高频开关电源柜，完成对通信设备的供电。由于机房设备维护工作的需要，建议在交流配电箱内直接为空调、照明等提供分路，同步保障其稳定可靠工作。如既有京沪线等普速铁路区段的通信机房均是采用此供电模式。

(2)目前在用的新型一体化通信高频开关电源柜内均含有交流自动切换功能，如埃默生电源柜系列。如图2 所示:在交流配电箱内不设转换设备，直接设置空气开关，用来明确与电力部门的维护界面，然后两路交流市电直接引入高频开关电源柜，在机柜内部完成切换，其交流分路为其它采用交流工作的设备供电，但机房空调、照明和墙壁临时用电插座不允许从开关电源柜内取电，还需要另外引入照明市电或在配电箱内增加电源分路。当前沪宁城际，京沪高铁的通信机房及通信基站均采用此供电方式。

(3)UPS:即"不间断电源"，主要起到两个作用：①是应急使用，防止突然断电而影响设备正常工作；②是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等"电源污染"，改善电源质量。UPS 主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

UPS 的使用方法是将外部设备连接到UPS 的输出上，再将UPS 的输入与市电相连。当市电中断时，UPS 能保证为设备继续供电，并发出告警声。UPS 按其工作方式分为离线式、在线式和线上互动式三类。目前铁路通信系统新设的UPS，特别是客专线UPS 均采用在线式接入，保证相关设备正常不间断使用。所谓在线式UPS 是一直使其逆变器处于工作状态，它首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给负载使用。在线式UPS 在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题。

2 直流供电系统

2.1 直流电源转换

2.1.1 通信直流电源简介

现在用通信直流电源供电的铁路通信设备种类越来越多。从传统的程控交换机到现在的GSM-R 移动通信的各种通信设备,大都采用-48 V（正极接地）直流电源作为基础电源。但随着通信的发展，相控稳压电源已满足不了现代通信对智能化监控、质量和可靠性的要求，而逐步被性能更优良的高频开关电源所代替。通信设备的直流供电系统一般由高频开关电源、蓄电池、DC/DC 变换器等组成。

2.1.2 高频开关电源

也称为开关型整流器，实现从交流电网输入、直流输出的全过程。其工作电路如图3 所示，主要包括以下部分：

(1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

(2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

(3)逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

(4)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

图3 高频开关电源主电路图

高频开关稳压电源同相控稳压电源比，有如下优势：①体积小、重量轻。②工作频率高，使输出滤波电路得以小型化。 ③功率因数高(0.98 以上)。④效率高，节省能源。⑤动态响应好，提高通信质量。⑥纹波小。⑦噪音低。⑧扩容方便。高频开关电源一般采用模块式结构，维护、扩容要比较方便。⑨智能化程度高。

2.2 蓄电池

蓄电池作为直流(直流系统)或交流(UPS 系统)不间断供电的保证,在整个通信系统中最为关键。目前铁路通信使用的蓄电池基本为阀控式密封铅酸蓄电池。单体一般以2V、12V 为主，容量配置根据室内设备情况选定，在交流断电后，一般能保证4-8h 的使用。优点是：使用中几乎无酸溢出，对环境和设备无污染和腐蚀，可直接逐层放置摆放在机房内，维护工作量少。

2.3 其它直流设备

通信电源的基础电源是-48 V，然而通信设备中还需要±12 V、±5 V、±24 V 等直流电源。这些不同种类的直流电源主要由DC-DC 变换器来提供；另外，在上节的高频开关整流器中，DC-DC 变换器也是它的重要组成部分，可直接通过相关输出端子取得相应电源。

3 通信电源的防雷与接地

通信电源的防雷，最主要的方法就是设置接地装置。

为了防止雷击和过电压对设备及人身造成危害而设置的接地称为防雷接地。通信电源与通信设备处于同一机房的情况下，宜用同一个机房保护接地排。

交流电源线进入机房的入口处应配装标称放电电流不小于20 kA 的交流电源防雷器（C 级防雷器）。-48 V 直流电源的正极应在直流电源的输出处接地。

4 通信电源的监控

通信电源监控系统实现对通信电源设备进行实时监视和显示其工作状态、运行参数，能及时发现设备故障和隐患。采用通信电源集中监控系统具有以下优点:(1)提高了对通信电源设备的维护管理水平；使电源设备管理向自动化、智能化方向发展；(2)提高了通信电源供电质量，使供电系统具有更高的可靠性和经济性；(3)实现通信电源设备少人、无人值守和集中维护的条件。目前上海局管内的通信电源主要是依靠机房内设置的动力与环境监控系统实现对交、直流电源的监控。

5 通信电源维护

随着通信的发展，对通信电源的要求也越来越高，必须加强对通信电源的维护管理。

(1)加强对电源设备的重视，在组织机构、人员、资金管理上，得到相应的保证。

(2)加强电源管理队伍的专业化，有独立的电源专业管理机构和人员，并配备电流钳、电池充放电测试仪、地线测试仪、万用表等必备的仪表、工具。

(3)重视通信电源系统初期的设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其重要。在购置通信电源过程中，除考虑性价比外，要选用可靠性高的设备，合理配置备份设备。设备宜采用模块化、热插拔式，便于更换和维修。

(4)在日常检修中，要重点围绕如下几方面开展工作：

①加强交流配电的切换试验工作，保证转换元件的良好使用，发现异常要立即进行更换修复。

②定期对高频开关电源系统进行清洁、除尘，防止灰尘加上潮湿引起主机工作紊乱并发生不准确告警。在维护中首先应严格按照"维规"要求执行，日常务必保证通信机房环境整洁。其次就是在除尘时应检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况，发现问题及时解决。

③加强蓄电池维护，日常工作全部是在浮充状态，应按照"维规"规定,定期放电。放电过程中加强现场监测,防止事故。在日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动腐蚀现象，检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；加强通信机房的环境控制，蓄电池标准使用温度为25℃。平时不要超过±5℃。

④要定期或不定期的对电源设备接地装置进行检查和测试，保证接地电阻值符合规范要求，保证接地连接牢固、可靠。

(5)平时应建立起对电源故障的应急措施，应急预案要切实可行，备品备件要齐全并定期检查，确保良好。要经常分析运行参数，预测故障的发生，并及时排除。

(6)实施集中监控管理，用好当前的机房动力环境监控系统，及时发现和排除隐患，处理突发故障，保障电源稳定、可靠。