核心机房－48 V开关电源系统配备蓄电池后备时长取值问题研究

王 平

（中国铁通集团有限公司网络运行部，北京100033）

1 蓄电池在高频开关电源系统中的作用

通信用－48 V高频开关电源系统（以下简称开关电源系统）配置的蓄电池，其作用是当市电停电时，或系统中整流设备故障无法将交流市电转化成－48 V直流电源时，由系统中的蓄电池对负载直接放电提供负载所需能源，从而确保负载仍然能够不间断的正常工作。

由于开关电源系统整流设备故障无法将交流市电转化成－48 V直流电源的情况较少发生，因此本文只讨论应对市电停电情况时开关电源系统的蓄电池后备时长取值问题。

2 影响核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值的主要因素

由于本文讨论的是核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值问题，因此，默认核心机房配备了固定式发电机，发电机的容量满足设计标准的要求，但发电机的配备没有机组冗余。在此前提下核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值与下列各主要因素相关。

（1）市电停电的频率与时长。

（2）发电机能否自启动以及配电部分能否实现发电机与市电的自动转换。

（3）核心机房是否有人值守，如无人值守、发电机不具备自启动时，发电人员赶到停电核心机房的路程时长，以及从开启发电机至将发电机的电能送到开关电源系统中的操作时长。

（4）发电机储备的燃油可供发电机连续运行时长。

（5）每年高压配电设备计划停电检修时间。（由于本文只讨论核心机房开关电源系统蓄电池后备时长问题，假设高压设备停电检修时能够通过低压母联或高压母联转换只对开关电源系统造成短时市电中断，不影响蓄电池后备时长的选取。）

3 核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值依据

核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值依据如下：

（1）相关设计规范、行业标准和企业内部规定。

（2）依据影响蓄电池后备时长的各种因素对后备时长影响程度，确定关键的短板因素作为蓄电池后备时长选取的主要依据。

4 核心机房开关电源系统蓄电池后备时长取值研究

我们调查了全国省分公司核心枢纽机房2012年到2013年市电停电次数和每次停电时长，也调查了发电机加油、静置然后再启动的大概操作时间，根据调查数据和操作时间，分三大类进行分析。

4.1 第一种情况

（1）当开关电源系统处于一类市电供电或二类供电地区的核心机房，此机房的发电机能够自启动且燃油储备能够支撑N小时停电时间，同时配电部分能够实现发电机与市电自动转换的情况时。

在开关电源系统约10年的寿命周期中，如果发生过一次两路市电同时停电时长超过发电机燃油储备能够支撑N小时的事故停电，当停电N小时发电机燃油用尽后需要停机补充燃油并静置，如果补充燃油与静置时间超过蓄电池后备时长，则开关电源系统的蓄电池容量将耗尽导致其负载供电中断。

因此，为确保开关电源系统为负载提供不间断供电，开关电源系统蓄电池后备时长的选取必须考虑：（1）发电机燃油储备时长N（小时）及10年内两路市电同时停电的时长是否会大于N小时的概率，N值越大，两路市电同时停电达到N值的概率越低，负载中断供电的可能性越小。（2）补充燃油与静置再启动发电机的总时长。

调查及实际运行表明，一类市电供电、或二类供电地区的核心机房，当发电机燃油储备时长N大于等于8 h时，10年内两路市电同时停电的时长大于8 h的概率很小，当开关电源系统蓄电池后备时长选取1 h时，就可以应对两路市电同时停电8 h的停电情况。停电8 h后，若能够在1 h内完成发电机的二次加油与静置再启动，则可以应对两路市电同时停电17 h的情况。故开关电源系统蓄电池后备时长选取1 h是可行的。

4.2 第二种情况

当开关电源系统处于一类市电供电、或二类供电地区的核心机房，此核心机房发电机燃油储备能够支撑N小时停电时间，但不能够自启动，配电部分不具备发电机与市电自动转换，但有24 h电源专业人员值守的情况时。

在这种情况下，开关电源系统蓄电池后备时长选取应考虑：

（1）发电机燃油储备时长N（小时）及10年内两路市电同时停电的时长是否会大于N小时概率；

（2）发电人员在两路市电同时停电后能否在1 h内完成下列工作：开启发电机房进排风通道、检查发电机各种仪表指示、启动预热发电机、手动转换发电机与市电互锁开关直至将发电机的电能送到负载端等工作。

调查及实际运行表明，一类市电供电、或二类供电地区的核心机房，当发电机燃油储备时长N大于等于8 h时，10年内两路市电同时停电的时长大于8 h的概率很低，如果此核心机房电源专业人员训练有素的话，是可以在1 h时间内完成由发电到送电的全过程工作的。因此，在这种情况下，开关电源系统蓄电池后备时长选取1 h是也可行的。

4.3 第三种情况

当开关电源系统处于二类市电供电的核心机房，此枢纽的发电机燃油储备能够支撑N小时停电时间但不能够自启动，配电部分不具备发电机与市电的自动转换，此核心机房为7天×8 h有人值守的情况。

在这种情况下，开关电源系统蓄电池后备时长的选取应考虑：

（1）发电机燃油储备时长N（小时）及10年内市电每次停电的时长是否会大于N小时的概率；

（2）发电人员在夜间市电停电时能在多长时间内赶到停电的核心机房，并完成开启发电机房进排风通道、检查发电机各种仪表指示、启动预热、手动转换发电机与市电互锁开关直至将所发电能送到负载侧等全部工作；

（3）如果市电停电时长大于发电机燃油储备时长，需要停机加油以及静置并启动的总时长是否大于蓄电池后备时间。

其中发电人员夜间市电停电时赶到停电的核心机房的时间和到达后开启发电机到将电能送至开关电源系统的时间之和为蓄电池后备时长取值的主要短板条件。

4.3.1 选取开关电源系统蓄电池后备时长为1 h探究是否可行？

由于开关电源系统处于二类市电供电枢纽，因此，停电的概率较大，每次停电的时长较长，如果停电时长小于1 h，前面已经论述，蓄电池能够确保负载的不间断供电。若停电时长大于1 h且小于发电机燃油储备时长N（小时），如果停电在白天正常工作时间发生，电源值班人员能够在1 h之内完成发电送电工作，开关电源系统1 h后备时间是可行的。

如果停电发生在非正常工作时间如夜间，电源系统蓄电池后备时长取值需考虑的关键因素如下：

（1）停电后网管中心人员从确认停电到电话通知到发电人员的最短时长；

（2）发电人员从接到停电信息到赶到停电地点的最短时长；

（3）发电人员到达停电地点启动发电机并将发电机电能送至负载端的时长。

若上述三种情况所需时长总和小于1 h，则蓄电池选取1 h后备时长可行，若大于1 h，开关电源系统蓄电池1 h后备时间是不可行的，必须选取更长的后备时长。

4.3.2 假设选取开关电源系统蓄电池后备时长为2 h探究是否可行？

如果停电时长大于发电机燃油储备时长N（小时），则需要考虑发电机储备燃油用尽后，二次为发电机加油及静置需要的时长。下面以理论计算的方式来推算后备时长选取可行性问题。

假设某枢纽的一套开关电源系统的负载为600 A，按照蓄电池后备时间为2 h配置了容量为2 561 Ah（依据行业标准的计算值）的蓄电池，停电时长大于发电机燃油储备N＝6 h，发电机二次加油与静置需要1 h时间。

第一阶段：市电停电后，假设发放电人员在1 h内赶到停电地点并将发电机的电能送至开关电源系统，蓄电池此期间放电1 h，放出1 209 Ah（近似求平均值法求得）电能。此时蓄电池容量还有1 352 Ah。

第二阶段：市电仍处于停电状态，发电机运行6 h，此期间对蓄电池进行充电（10 h率进行充电），充电6 h后蓄电池容量为1 844 Ah（查蓄电池充电曲线得出）。

第三阶段：由于此时蓄电池容量为1 844 Ah大于1 420 Ah（依据行业标准，600 A负载蓄电池后备1 h的设计容量为1 420 Ah），因此，蓄电池能够支持对发电机二次加油及静置需要的1 h放电时长。

第四阶段：假设市电仍处于停电中，蓄电池在发电机加油及静置时，放电1 h，放出1 216 Ah（近似求平均值法求得），此时蓄电池容量还有628 Ah的容量。

第五阶段：假设市电仍处于停电中，加油后发电机仍然正常运行6 h，此期间对蓄电池进行充电，蓄电池此时容量为1 291 Ah（查蓄电池充电曲线得出）。

由于蓄电池容量为1 291 Ah已经小于600 A负载1 h放电所需蓄电池容量1 420 Ah，已不能支持1 h的发电机再次加油与静置了。

截至此时，市电停电时长共计14 h。

依据对全国2012年497次停电次数与时长的统计得知，二类市电供电地区核心机房停电时长小于等于14 h停电次数的比例为98.59%。因此，开关电源系统蓄电池后备时长若选取为2 h，则可以满足98.59%次停电需求。

为了确保核心机房开关电源系统的不间断供电，若以地区为单位配置满足大于14 h停电需求的移动发电机的话，当发生停电时长大于14 h的停电事故时，由移动发电机发电来解决固定发电机再次加油与静置期间蓄电池放电时长不足问题，就可以实现核心机房配置2 h后备时间来确保供电不间断的安全需求。在此情况下，核心机房开关电源系统蓄电池配置2 h后备时间是可行的。

［1］QB－J－017－2013.中国移动通信电源系统工程设计规范.中国移动企标，2013.

［2］YD／T5040－2005.通信电源设备安装工程设计规范，通信行业标准，2005.

［3］中国铁通一二类核心机房电源系统优化指导意见（暂行），2010.

［4］中国铁通网运［2013］14号文件.中国铁通核心枢纽电源优化指导意见，2013.

［5］工信部电管［2010］563号.通信网络供电系统运行安全监督管理办法，2010.