通信设备双系统供电解决方案探索

2012-09-25陈利荣罗竣曦

通信电源技术 2012年1期

关键词：双电源双系统直流

韩啸，陈利荣，罗竣曦

（1.中国电信亳州分公司；2.国家电网安徽亳州分公司；3.广东省电信规划设计院有限公司（东莞）第一分公司）

0 引言

随着我国通信事业飞速发展，通信网和通信设备在质与量的方面不断提高，这种质与量的变化也给通信电源的发展提出了新的要求。为有效解决通信站内各种设备单一电源系统供电可靠性低的状况，现提出了通信站电源系统双电源配电解决方案。

1 传统普遍采用的供电方式

目前通信设备供电主要分交流和直流两种供电方式，对于一般的模块局、接入局所非核心的通信设备我们通常都采用单系统供电方式。下面就介绍一下当前的两种典型的单系统供电方式。

1.1 交流单系统供电方式

交流单系统供电方式，即从一个单一的变压器引出低交流压电源，再通过交流分配屏进行二次分配。为提高交流供电的可靠性，通常我们都会再引入UPS供电，UPS提供的220／380 V交流不间断电源主要为服务器、路由器、数据等设备供电，如图1。

图1 单UPS系统供电方式示意图

1.2 直流单系统供电方式

直流单系统供电方式，就是只从一套开关电源系统中引出直流电源再通过直流分配屏进行二次分配。主要为传输、交换等通信设备供电，如图2。

图2 单直流系统供电方式示意图

1.3 单系统供电方式存在的问题

可以看出单系统供电方式都为单点接入，任何一台设备故障、任何一条线缆故障、任何一个熔丝或开关中断都将影响其下带通信设备的安全运行，若一些核心的通信设备（如MCE移动配套CE等设备）使用该单系统供电方式，一旦出现电源故障，将可能影响到本地区乃至全省通信网络的正常运行，由此可见单系统供电方式会遇到很大的供电安全瓶颈问题。

2 双系统供电方式

由于通信行业的特殊性，特别是通信核心设备不允许有瞬间中断现象。为了解决单系统供电网络安全瓶颈问题，我们引入了双系统供电方式。中国电信安徽公司明确要求对安徽电信A级网络要求必须采用双节点、双配置、双路供电，对B级网络的重要业务设备若无冗余的也要纳入安全隐患整治计划。可见通信核心设备的双系统供电改造是势在必行的。现就目前几种交、直流双系统供电方式做以下介绍，并重点对三种直流双系统供电作以阐述。

2.1 交流设备双系统供电方式

为保证网络安全，核心局站设备的交流部分应当采用两路10 k V高压市电供电方式，两路市电取自不同的变电所，高低压配电系统分别具备两段独立母线，配置母联开关，每个低压配电系统配置1台固定油机，市电和油机经过ATS切换后，接入低压配电母线；具备应急油机快速接口，如图3。

图3 双路高低压配电系统示意图

2.2 直流设备双系统供电方式

真正的直流设备双系统接入是一种非常理想的供电方式，是指同一个通信设备可同时引入两个系统的电源，并且可保证下带设备安全稳定的运行。但实际中要实现理想意义上的直流双系统供电，还存在着压差等一些技术难题。下面就三种直流双系统供电方式情况作分析说明。

2.2.1 “经济型”直流双系统供电方式

（1）“经济型”直流双系统供电方式的工作原理

“经济型”直流双系统供电方式的组网结构：是由两路输入经过隔离保护二极管及控制开关后汇总到一起，建立输出总线，从输出总线建立起各分路输出。其工作原理是利用二极管的单向导电特性，在两路电源系统接入前各串接了二极管，之后又完全并按在一起，形成公共母排向设备供电，当输入1系统电压高时，由输入1系统承担负荷，当输入2系统电压高时，由输入2系统承担负荷，当系统电压相近或一致时，则由两个系统同时承担负荷。工作原理如图4。

图4 “经济型”直流双系统供电方式的工作原理图

（2）“经济型”直流双系统供电方式的优点

a.没有机械式切换，不存在切换时间；

b.实现了同一台设备引接两路直流系统供电；

c.具有防止单路电源失压和单路电源短路的功能；

d.对输入电源无特殊要求，原有的电源系统可以继续使用，从而可以节约投入经费；两套电源可以独立操作，可以对电池进行独立充放电操作。

（3）“经济型”直流双系统供电方式的缺点

a.由于两系统存在压差和浮动，其两系统负荷电流波动频繁；

b.总隔离保护二极管被击穿后，可能造成系统全部崩溃。由于维护和运行需要，不同的直流供电系统往往会存在压差和浮动，这样会引起两系统负荷大电流频繁变化，当二极管被击穿时，电压相对低的系统将通过设备的小线径导线变成电压相对高的系统的负荷，此情况下极易引发系统瘫痪等严重的安全事故；

c.需要更换专用的二次直流分配屏，增加了投资成本。

2.2.2 “增强型”双直流系统引入供电方式

（1）“增强型”双直流系统引入供电方式的工作原理

“增强型”双直流系统引入供电方式的组网结构：是由两路系统输入经过控制开关后分别建立两路母线，每个分路输出均各自从两路母线经分路开关和隔离保护二极管后汇合输出。其工作原理同样利用二极管的单向导电特性，也解决了双系统电压差问题，但同经济型相比，增强型的隔离保护二极管被彻底分散化，从而彻底消除了因总隔离保护二极管失效而导致系统全部崩溃的风险，原理如图5。

图5 “增强型”并机直流双系统供电方式的工作原理图

（2）“增强型”双直流系统引入供电方式的优点

a.无系统全部崩溃的风险；

b.没有机械式切换，不存在切换时间；

c.实现了同一台设备引接两路直流系统供电；

d.具有防止单路电源失压和单路电源短路的功能；

e.对输入电源无特殊要求，原有的电源系统可以继续使用，从而可以节约投入经费；两套电源可以独立操作，可以对电池进行独立充放电操作。

（3）“增强型”双直流系统引入供电方式的缺点

a.由于两系统存在压差和浮动，其两系统负荷电流波动频繁；

b.工艺相对复杂，增加了一定的维护工作量。

c.要更换专用的二次直流分配屏。

2.2.3 “稳定型”双直流系统引入供电方式

（1）“稳定型”双直流系统引入供电方式工作原理

对于“稳定型”双直流系统引入供电方式，双电源系统供电的含义是指必须要从同一套开关电源系统的不同分路熔丝接电，通常我们将此种供电方式叫做双回路供电。这种供电方式要求核心的通信设备具有主备用冗余工作的功能，主备用设备的供电分别从两套不同的开关电源系统引接。也是目前通信行业采用的一种主流组网方式，是按双直流系统供电要求各大运营商折中选择的办法，如图6。

图6 “稳定型”双直流系统引入供电方式工作示意图

（2）“稳定型”双直流系统引入供电方式优点

a.两路系统负载电流变化相对稳定；

b.具有一定的防止单路电源失压和单路电源短路的功能；

c.对输入电源无特殊要求，原有的电源系统可以继续使用，从而可以节约投入经费；两套电源可以独立操作，可以对电池进行独立充放电操作；

d.原二次直流分配屏设备直接可用。

（3）“稳定型”双直流系统引入供电方式缺点

a.没有实现真正意义上的同一个设备进两路直流系统供电，其安全性并未发挥到极致；

b.要求重要的核心通信设备自身要具备冗余备份功能，一套通信设备至少要有两台互为冗余，从而增加了设备的投资和能耗成本。

2.2.4 三种双直流系统供电方式比较

下面根据三种双直流系统供电方式特点做以下比较，如表1。

表1 三种双直流系统供电方式比较

3 两种单系统供电方式的双系统改造案例

3.1 单UPS系统的双系统改造方案

UPS双系统改造原则（如图7）：双电源供电通信设备，应从两套独立UPS系统分别引接一路电源，并分别引接双电源负载1、双电源负载2；单电源供电通信设备，应采用主备用冗余备份工作模式，主备用设备的供电应分别从两套独立UPS系统引接，分别引接单电源负载1主用，单电源负载2备用。

图7 交流双电源供电改造原则图

现以一套单UPS系统供电的双系统改造实例做一说明（如图8）。整改前：：双电源设备和单电源冗余工作方式的设备供电都取自同一套UPS系统，一旦UPS系统出现宕机故障，所带业务全部中断。

整改后：双电源设备供电分别取自两套UPS系统，单电源冗余工作方式设备分别取自两套不同UPS系统。任意一UPS系统故障，通信业务都不受影响，实现双电源供电保障。

图8 交流双电源改造前后图

3.2 单直流系统的双系统改造方案

本次采用“稳定型”直流双系统方案，其改造原则（如图6）：直流供电的单个通信设备，双电源供电应从同一套开关电源引接；主备用冗余工作方式的通信设备，主备用设备的供电应分别从不同的开关电源系统引接。现以一套通信用CE设备的双系统改造实例做一说明（如图9）。

现有一套具有冗余备份功能的CE设备，原采用单直流系统供电方式，整改前：CE－1和CE－2设备采用冗余工作方式，业务互相备份。供电问题分析：一对CE的供电均从同一套直流电源引入，当直流电源故障时，会导致两个CE同时掉电，会引发业务全阻严重故障。由于前期的网络规划问题，目前有部分省市分公司仍存在这种供电模式。

整改后：两个CE分别取电于两套直流电源系统，当单个电源系统发生故障时，业务不会中断，因此对于CE所带的通信业务实现了双电源供电保障，安全性极高。

图9 直流双电源改造前后图

3.3 改造后的分析

通过以上两种双系统供电改造，实现了通信设备侧双电源供电保障，确保了任何一路电源故障不会影响通信业务的正常开展，网络安全级别有了明显的提升。目前大部份核心通信设备用的都直流电源，因此对一些核心设备的直流双电源改造应作为当前迫在眉睫的事情来抓，这对于提高通信运营商服务的用户感知度也有着很大的帮助，从而增强了运营商的业务竞争力。