通信直流48 V电源及其配电系统割接方法与案例分析

欧阳华伟

（中国联通武汉分公司运维部，湖北 武汉 430077）

0 引 言

割接指在不中断网络运行的条件下，迁改正在运行的设备、线路等。通信直流电源设备常用48 V开关电源及其直流配电系统，因通信工程建设，需要调整优化直流配电系统的负荷，或者升级改造电源，更换开关电源系统。简言之，电源割接就是电源设备替换和配电线路调整、更换。

1 局站48 V直流通信电源及直流配电系统的组成

48 V直流高频开关电源具有可靠性高、技术成熟、成本不断下降和通用性强等特点，被通信直流电源普遍采用。局站48 V直流电源系统由高频开关电源、蓄电池组和直流输出配电系统组成。直流高频开关电源一般由交流输入屏、整流屏、直流输出屏以及后备蓄电池组组成。直流配电系统除了上述高频开关电源，还包含扩展一次屏（如果有）、二次直流分配屏、各分路端子、各专业设备列头柜、正负极电缆和保护接地线等。

开关电源的工作方式通常为浮充方式。浮充指整流模块对蓄电池进行补充充电，开关电源整流模块输出54 V直流电流，保证通信设备和网络为用户提供优质服务。因此，通信电源不可中断对设备的供电。当外市交流电源停电时，开关电源模块停止输出，由后备蓄电池组向通信设备提供应急直流48 V电源。当外市电恢复交流供电时，开关电源整流模块恢复工作。如果蓄电池组深度放电或长期浮充工作，需要对蓄电池进行均衡充电。

直流配电系统的拓扑结构一般是简单的单级星型结构或树形的上下级分级结构。星型拓扑结构中心是开关电源系统的直流输出屏汇流排，各支路是设备机架列头柜。树形的上下级拓扑结构中，根是直流输出屏汇流排，下级往往接二次直流配电屏，再下级才是设备列头柜，形成了二层或三层的树形拓扑结构。由于集中供电的开关电源系统往往要向不同楼层的通信设备输出电源，因此需要在不同楼层建立二次直流配电屏，形成一个上下级的树形直流配电系统，如图1所示。

2 48 V直流电源配电系统的割接

2.1 直流配电系统的负荷割接方法

直流配电系统割接是相对于负荷，更换、迁改取电端口、供电线路的和馈电电缆等。它包括直流输出屏（一次屏）输出端子调整、直流二次屏负荷取电迁改调整、跨直流配电系统负荷迁改调整以及列头柜迁改调整。直流配电系统的负荷多为通信设备直流列头柜。割接多为列头柜割接，一般分为一套开关电源直流配电系统内的列头柜割接（系统内割接）、跨系统的列头柜割接以及设备机柜电源割接三种。

第一类，系统内割接。系统内列头柜割接即将列头柜取电位置从本直流配电系统的某个直流输出端子迁改至系统内的其他端子。此割接不涉及直流配电系统的其他位置，只将电缆从需要迁改的直流分路端子引至需要割接的列头柜上端的输入端，并拆除原有端子电缆。系统内列头柜电源割接风险相对较小。

第二类，跨系统的列头柜割接。它是将列头柜从本套开关电源直流配电系统的某个直流输出端子，迁改至不同开关电源直流配电系统的其他端子。此割接涉及不同直流开关电源系统，只有对两个系统进行并机操作后才可以执行下一步。具体而言，主要分为三步。第一，两个独立直流电源系统并机工作。即调整两套开关电源的电池组充电参数，关闭系统自动均充功能，关闭系统周期均充功能，以避免割接时有系统误入自动均充模式，导致系统超负荷工作，使割接工作失败。调整直流输出屏电压，使两套系统的输出电压一致，将正负极排分别用容量充足的电缆连接，使两个系统并成一个临时的系统。第二，与系统内列头柜割接方法相同，将列头柜取电端子中的电缆迁改至新端子，拆除原列头柜的取电电缆。第三，拆除并机系统电缆，恢复开关电源系统电池组参数，恢复自动均充及周期均充功能。

第三类，设备机柜电源割接。如果机柜有足够容量的分路能够满足倒送电，那么可采用倒送电方法割接。

割接操作中必须遵守相关标准，即取电之前验电压，下电之前量电流。具体而言，新电源端子送电之前应测量熔断器上下端的电压差，控制在0.5 V以内。拔熔丝拆电缆前要先测量电流，确认是正确的端子或者电缆，并遵循先下级后上级的原则。连接电缆时，应先连接正极电缆后连接负极电缆。拆卸电缆时，应先拆卸负极电缆后拆卸正极电缆。此外，并机电缆负极应接在负极排，并考虑电池的保险容量[1]。

图1 局站48 V开关电源电源系统及直流配电系统

2.2 割接中存在的风险及应对策略

割接中存在非人为因素风险（不讨论自然灾害等无法估量的因素）和人为因素风险，可能导致割接工作失败。因此，要分析相关风险并做好应对策略，提出应急预案。即充分调查现状，制定割接计划，保证操作人员安全、网络安全和设备（用电设备、供电设备、线路等）安全。同时，维护部门需做好应急预案，全程督导，避免风险。

非人为因素风险如外部电网因突发故障停电，导致要割接直流电源系统市电输入断电。系统内割接处理相对简单，只需立即停止相应作业点的操作，做好作业点绝缘措施，启动应急预案，等待割接小组指令。跨系统的电源割接要较为复杂。当断电发生在并机之前时，立即中止后续工作，不再进一步操作，启动应急预案，等待割接小组指令。当断电发生在系统并机后割接实施过程中，存在较大风险。由于并机的两套系统后备电池使用年限、电池容量不一致，导致并机电缆存在很大电流，进一步加大了系统全程压降，导致直流配电系统后端通信设备因蓄电池电压下降过深过快而宕机。面临此类情况，应立即停止操作，切换市电至备供或启动后备柴油发电机组，恢复直流开关电源供电，监测并机电缆中的电流。这要求并机电缆要有充足的容量，不能仅仅考虑正常供电情况下并机系统内的环流。

人为因素风险主要是施工人员误操作导致的割接事故，已经屡见不鲜。如果割接中发生误操作，基本上可以宣告割接失败。避免此风险的办法是施工人员割接前必须熟悉割接方案，保证割接人员操作无误。割接前要完成电缆布放、标示、工具和耗才等，有时需要搭建临时电源系统，进行新系统的热机准备。精心选择割接窗口，多选择在割接日为00:00～06:00，避开雷雨天气、停电等不利于割接的情况。割接过程中至少需双人操作，一人操作，一人保护或“唱票”（口述操作指令），严格按照割接方案和割接步骤实施。割接后要恢复系统参数，检查核对新路由、新端子温升、压降等参数，做好标示、拆除电缆、现场清理等工作。

2.3 开关电源系统的割接

开关电源系统的割接分为两种情况，一种是原位的开关电源割接（简称原位割接），另一种是异位的开关电源割接（简称异位割接）。

原位割接指在开关电源的原物理地址上更换系统，系统原有负荷路由保持不变。原位割接是受物理空间资源缺乏、现有负荷路由不能更改等因素制约时选用的方法。原位割接需要三大步骤。第一步，将系统负荷先行割接到临时搭建的开关电源系统，或者割接到有富余容量的其他开关电源系统。第二步，拆除旧的开关电源系统，建立新的开关电源系统。第三步，将前述系统负荷从其他系统割回来。实际上，原位割接相当于每路负荷都割接了两次。其造成的风险显而易见，如果分路较多，需要持续割接较长时间。

异位割接指在不同的位置先建立新的开关电源系统，通过新旧系统的并机工作，从新系统重新布放电缆至旧系统的各分路负荷，从而实现逐一割接各分路。异位割接中，分路只需割接一次。

3 割接案例

通信电源供电方式由集中供电方式向分散供电转变。集中供电的优势在于供电设备集中，便于监控和维护。分散供电正好相反，供电设备分散在不同楼层、不同机房，供电给不同负荷。分散供电提高了电源设备效率，减少了电缆路径功率损耗，节约了成本，减小了因电源故障而造成的影响面，将故障影响范围限定在局部电源设备，提高了电源供电的可靠性。某通信局直流供电系统把集中供电改造成分散供电的实例，如图2所示[2]。

图2 直流供电系统集中供电实例

由图2可知，改造前的所有直流用电设备电皆从一楼电源机房集中直流供电系统取电。为实现分散供电，三楼建立了一套开关电源，三楼负荷的直流供电割接到三楼新建的开关电源，实现直流供电系统的分散供电。1号、2号直流系统分别从井道走电缆至3楼二次屏，改为分散供电后，在三楼新建一套开关电源系统（如图3所示），将三楼直流二次屏按前述跨系统直流配电割接的方式先后割接到3号系统。

图3 三楼新建系统直流电源系统分散供电割接

通过对比割接前后两种供电方式可知，开关电源系统浮充工作时，分散供电的电流通过电缆产生的功率损耗较少（如表1所示），降低了能耗，每年节省约7 000 kW·h电，保留了更多井道资源，节省电缆一半以上，价值更高。

表1 集中与分散供电案例功耗对比

4 结 论

局站通信直流电源系统及其配电系统随着通信技术的发展而不断进步。比如，5G新网络建设采用了很多新技术，即冷通道、高压直流电源和柜间空调等。随着通信设备负荷功率密度的增大，对电源系统提出了很大挑战。通信直流电源及其配电系统从以往的集中供电方式逐步演变为分散供电，如上述案例的开关电源系统集中在一楼电力室。随着负荷的增长，改变直流电源系统布局，分楼层甚至分机房安装，实现通信设备就近接入直流配电系统。最新的分布式电源技术甚至将电源的模块整合入设备机柜，节约了大量的直流电缆和物理空间，降低了电力损耗。同时，开关电源系统朝着高压直流技术、软开关技术和密集高效模块等技术发展[3]。直流电源系统的割接方式越来越多，风险逐渐增加。因此，通信电源维护建设人员必须重视和掌握直流电源的割接方法、割接要点，以保证通信设备的稳定、正常运行。