开关电源插框嵌入式在线节能改造解决方案

韩 啸，伍德磊，王义和，陈利荣

（1.中国电信亳州分公司，安徽 亳州 236800；2.中国电信安庆分公司，安徽 安庆 246001；3.中国电信合肥分公司，安徽 合肥 230031；4.国家电网安徽供电公司亳州公司，安徽 亳州 236800）

0 引 言

超期服役的开关电源运行效率远低于现在的电源，老型号的设备能耗高，导致电费投入较高，经济性较差，资源浪费严重。电子元器件寿命达到极限，高故障率导致高维修成本。开关电源所承载的网络设备运行存在安全隐患，因此需要对超期服役的开关电源进行更新替换。传统替换方式整体割接工程量大、对施工及管理人员要求高、割接过程中风险大且不可控、非原地割接给机房带来占地面积的新需求。在线开关电源降本增效更新改造方案，可使割接难度、风险、工作量等大幅降低，节约投资的同时，提高设备的运行效率。

1 传统和节能的对比

1.1 传统解决方案

传统的解决方案是通过工程投资进行更新改造，以整体机柜割接替换的方式，用一套新的开关电源对原有老旧设备进行替换，但存在割接工程量大等问题。

1.2 节能解决方案

可以采用定制插框配高效节能电源模块的方式来解决上述问题。插框在保证物理尺寸的一致性和电气兼容性的前提下，将新模块直接插入定制的插框内替换原整流器，完成开关电源整流模块、监控模块等核心部件的替换。

2 节能解决方案实施实例

2.1 实施步骤

（1）取样现场开关电源尺寸，定制外插机框。由于各厂家开关电源的基本工作原理相通，因此该外插机框适用于所有厂家电源型号。该插框主要包括监控磨模块和连接电缆，且监控模块具备模块休眠功能。

（2）根据负载电流大小配备合适的整流模块。由于高效整流模块的价格较高，一般根据负载电流配备和电池充电电流配备普通模块，以节约投资成本。

（3）根据现场设备情况和负载性质，确定割接更新时间并实施。

（4）断开原开关电源交流电，整流模块停止工作，通信负载将由蓄电池组供电。

（5）取出所有整流模块，拆除监控单元。剪断原电源模块背板的所有交流进线和直流出线后，将原插框拉出。

（6）在全机柜中固定支撑架，插入新插框，新插框前面板通过四颗螺钉固定。

（7）将模块交流电缆转接端子导轨装于插框后方左右支撑架上，将接线端子安装在导轨右侧，将新插框和原机柜交流进线一一对应接在转接端子上。

（8）将直流输出电缆每2根套上OT端子后，接至模块插框后方的汇流排上，如图1所示。

（9）拆除原信号转接板，换上新转接板并接好信号端子。

（10）在原监控单元处用“3U”封板封上，完成设备改造。测试后上电正常，告警正常，休眠节能功能正常。

（11）整个割接过程全程耗时3 h，顺利完成设备升级改造。期间，所有负载电缆保持不动，网络稳定未受任何影响。

图1 直流输出接线

2.2 节能改造成效

2.2.1 经济成效

合肥分公司复兴站点开关电源已经使用12年，故障频发，严重影响供电安全。因此，采用插框嵌入式方案进行改造，根据现场设备外框尺寸定制了新的机框，内嵌新型带休眠功能监控模块。根据负载电流配备了50 A高效节能模块1块和4块普通模块，成本对比如表1所示。

通过比较成本可知，插框嵌入式改造方案和传统割接方式相比，降低成本投资约23%。另外，由于采用高效模块，节能效果显著。该站点直流负载电流47 A，改造前交流输入功率2.874 kW，改造后交流输入功率2.592 kW，节电率达9.8%，年节约2 424 kW·h，按照0.9元/（kW·h）电费计算，全年可以节约电费2 181元。

目前，全省在网运行超期服役组合开关电源共计4 164套，2015年全年完成插框嵌入式改造共计1 275套，节约成本投资362万元，年节约电费约278万元。2017年底，全部完成4 164套超期服役组合开关电源插框嵌入式改造，可节约成本投资1 182万元，年节约电费约908万元。

2.2.2 优缺点对比

传统方式采购新开关电源，通过工程割接方式替换老旧设备。这一过程中，主要存在以下弊端。

（1）工程浩大。替换基本步骤包括拆除机柜、模块、拆除输入线缆、拆除负载线缆、重新布线、连接负载线缆以及安全上电等，程序复杂。

（2）管理复杂。多方参与，割接工程需要厂家、施工单位等参加，周期长且费用高。

（3）风险性大。因为业务影响和割接风险等原因，大部分施工都在深夜进行，对操作人员的要求和操作水平均有很高要求。

（4）成本较高。综合考虑设备成本、施工成本、材料成本、安全风险评估、业务损失、管理成本等，整个替换成本较高。

插框嵌入式改造方案的优点如下。

（1）机架利旧。尽管老电源接近使用寿命，但是主要老化部件为电容、功率器件、风扇等，只需更换整流模块，即可实现设备性能的升级，而原设备的整体架构、铜排、线缆等均可利旧。

（2）安全性。根据新的解决方案升级电源监控，使其兼容早期的交流屏和直流屏。分析原设备电力电缆的可靠性和电缆数据，确保电缆无需更换和安全使用，避免浪费。此方案实施难度和日常更换模块的风险相同，避免了工程施工对网络安全的威胁。

（3）经济性。采用新型方案无需割接，大大降低了工程施工和设备运行成本。

采用最新技术的整流模块，明显改善了功率因素和效率，显著降低了运行成本。

表1 传统式电源割接和插框嵌入式改造方案成本对比

3 结 论

采用插框嵌入式改造方案对在网超期服役的开关电源进行改造，既可以确保新更换的开关电源整流模块性能和监控模块性能，也可以降低整流机架整体割接时的安全风险和人力成本，提高工作效率和设备使用率，减少资源浪费，实现绿色环保。同时，提供了一种崭新的工作思路，在目前主流开关电源厂家均可完成。辅以定制插框、交流输入线和同厂家的监控模块等，设备易得、替换理念新颖，适用各种老旧开关电源替换割接，具备适应性广、成本小、快速复制的优势，能够有效解决机房空间受限的难题。