浅谈通信设备电源系统分析

任安壮 李学民 赵祥龙 王凯

中国酒泉卫星发射中心，甘肃 酒泉 735000

通信设备运行中，电源电压不允许有瞬间的中断。通信设备承担着整套通信网络系统的程控交换、信息存储、设施设备控制、信息采集传输等功能，为保证供电可靠，通信设备所使用的电源必须确保长期的不间断供电，应选择稳定的电压源，不允许超过容许的变化范围，尤其是后台控制的通信设备，网络线路工作速度快，频带宽，对电压波动、杂音电压、瞬变电压等非常敏感。

1 通信电源的组成

通信电源有直流供电、交流供电输入（出）模式，依据设备自身需求选择合适的供给电源，线缆选径严格按照设备本体的功率量瞬时峰值选用合理的线缆（＞瞬时值功率量），结合通信设备功能现状选择线缆敷设方式：野外机动式、野外固定式敷设。

1.1 现代通信设备

通信设备多是电子电路和电抗电路，需要多种交直流电压供电。通信设备内部也可设有变换电源(整流、变换等)，因此通信设备的外部可分为直流或交流供电。通常，大型通信设备和大型计算机等专用设备用直流供电，考虑的是可靠性高；小型通用型设备用交流供电，其机动性好。

1.2 线径取值

两个因素决定：一是承载负荷量和电源回路长度，二是供电回路的压降和线缆所满足的年限。而直流电源系统线缆的选用主要依据电流矩法和固定压降分配法。

2 电源系统

电源是通信系统的“心脏”，电源在信息网络通信中具有十分重要的地位。电源系统包括AC380v/220v，DC48V 组合通信电源系统，以及DC/DC 二次模块电源，UPS 不间断电源和通信用蓄电池等。通信电源的核心基本一致，都是以功率电子为基础，通过稳定的控制环网设计，再加上系统监控，最终实现能量的转换和过程的监控，设备需要电源提供直流供电，而电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件。

2.1 电源供电回路的组成

从通信设备安装工程使用设计的角度讲，对于中型（1250A 以下）的直流供电系统主要采用分流供电方式，供电回路设备大体上分为三段：蓄电池组至直流配电屏段；直流配电屏至机架电源段（或直流电源架、变换器等）；机架电源（或变换器）至通信设备段，该段是由多段线缆分流供电。

2.2 电源放电回路的全程压降

放电回路是指蓄电池组经直流屏和机架电源至通信设备的全程供电回路，或是直流变换器至通信设备的供电回路，按照满足电压要求选取直流放电回路的导线，依据YD/T585-1999 的规定，直流放电回路全程压降不应大于下列值：

48V 电源为3.2V，24V 电源为1.8V(窄范围)或2.5V（宽范围）。

配电设备和元器件直流压降参考值见表1

配电设备和元器件的实际压降按下式计算：

式中△UH为表1 所列选取设备或元器件本身额定电流的直流压降值。

从上式计算可以看出，对于预期通信设备负荷电源配备来说，配备比较大的直流配电屏时，可降低配电设备的压降。对于现有通信机房电源设备来说，可结合具体情况具体分析，通信机房设备负荷距离通信电源设备形成的距离差，配电设备节省出的压降指标可分配给线缆供电回路段，从而节省线缆的投资，同时也便于线缆的布放。

3 供电回路线缆截面积计算

根据设计规范的要求，按照允许压降来计算选择线缆。常用的有两种方法：电流矩法和固定压降分配法。

3.1 电流矩法计算导线的截面积

电流矩法的导线截面积可按下式计算：

式中，ΔU—导线压降（V）；

I—流过导线的电流（A）；

L—导线回路长度（m）；

S—导线截面积（mm2）；

k—导线的电导率（m/Ω·mm ²）；

γ铜=57，γ铝=34，γ钢=7，工程中以采用铜导线为主。

对于单条分段线路，不论分段各点有无负荷，线路的导体总压降都可以用下式表示：

3.2 固定压降分配法计算导线的截面积

计算所得导线面积不合理，应适当调整分配压降重新计算，采用分配压降计算法步骤如下；确定各段导线材料，了解导线负荷和导线长度，固定分配压降法的关键是各段的压降分配，根据电流矩法对不同供电系统的各段压降依据假定的负荷以及分布情况进行验算，给出-48V 直流供电系统压降分配参考数值。

3.2.1 两段供电方式的固定压降分配各段的取值

假定-48V 电源系统的蓄电池组放电时间为6h，线缆按直流总负荷为150A，负荷设备与电源设备全部安装在同一点，供电方式为两段供电方式，即蓄电池——直流配电屏——机架电源。此供电方式实际上只要求取得第一段的压降即可

直流配电屏标称容量取350A，则配电设备压降为：直流配电屏压降根据式（1）和表1 计算为0.22V，机架电源熔丝及下线压降取0.4V，根据-48V 电源系统全程总压降为3.2V，得到线缆供电回路总压降为2.58V，若负荷设备10 组套，计算两种极端情况，即重负荷靠近直流屏和重负荷远离直流屏，其耗电量及供电回路单程距离分别见表2 和表3。

表2 重负荷靠近直流屏

表3 重负荷远离直流屏

通过计算可以看出，蓄电池至直流屏线缆的截面积不是一个固定的值，它会随着负载量的安装位置而变化，负载距配电屏越远，要求线缆的截面积越大，依上述两种极端情况下的计算，取压降较小的作为固定压降分配取值，具体取值见表4 所示。考虑到线缆截面积的计算值与标称值的差距和蓄电池到直流屏距离的变化，表中取值留有一定的余量。

表4 -48V 直流供电系统中压降分配参考值

3.2.2 固定压降取值

假定-48V 电源系统的蓄电池放电时间取3h，线缆按中远期取直流总负荷为400A，设有三个专业电源架，负荷分布为150A 两个，100A 一个。专业电源架及相应的负荷设备与通信电源设备设在不同的机房，这是一个比较典型的中型综合通信台站的供电系统。供电方式为三段供电方式，即蓄电池——直流配电屏——专业电源架——机架电源。此供电方式实际上要求得到第一段和第二段的压降。

直流配电屏标称容量按照中远期负荷取1250A，则压降根据式（1）和表1 计算为0.2V；电源架标称容量取200A，则压降根据式（1）和表1 计算为0.15V；机架电源熔丝及下线压降取0.4V。根据-48V 电源系统全程总压降为3.2V，得到线缆供电回路总压降为2.45V。设每个专业电源架负荷设备各10 个；

上述耗电量及供电回路单程距离分别见表5、表6、表7，其中蓄电池至直流屏的供电回路单程距离为12m。

表5 负荷设备耗电量及供电回路单程距离（第一个专业电源架）

表6 负荷设备耗电量及供电回路单程距离（第二个专业电源架）

表7 负荷设备耗电量及供电回路单程距离（第三个专业电源架）

取压降比较小的作为固定分配的取值，具体取值见表8。考虑到线缆截面积的计算值与标称值的差距，蓄电池到直流屏和直流屏到专业电源架距离的变化，表中取值留有一定的余量。

表8 -48V 直流供电系统中压降分配参考值（三段供电方式）

3.3 配电系统安全性

（1）依据设备负荷量配备选用电源，杜绝电源设备的故障率、提高可靠性、不影响电网供电质量，输入功率因数高、输入谐波电流小、采用软启动减小冲击电流。

（2）多级别自保护，出现异常如输入、摘出电压或电流过大、温升过高等应立即采取切断电源等保护措施，避免故障的扩大，并保证系统的正常供电。

（3）防雷、防过电压雷击和电网的操作过电压是环境的供发因素，但并非少见，而且是使设备意外损坏的重要因素。

（4）自动监测和集中控制，节省人力和提高系统可靠性。通信电力系统已实现通信的集中监控，较大程度提高供电系统的可靠性

4 结语

本文根据通信电源设备用电需求量、安全稳定性、确保周期性运行进行分析计算，给出了通信电源设备如何安全合理分配以及电源设备的稳定性，线径选择分配取值等设计，在工程设计中，负荷与电源线径敷设进行细化。