通信电源系统节能技术探究

2020-12-20马卫超唐明涛王雪丽

通信电源技术 2020年24期

关键词：通信机房发电机组机房

马卫超，唐明涛，王雪丽

（运城职业技术大学，山西运城 044000）

0 引言

随着信息时代的发展，通信系统承担着信息输送的重要任务。如今通信系统的规模越来越大，且节能环保观念逐渐普及，人们越来越重视通信系统的能耗问题。因此为了降低通信系统的能耗，需要重点探讨分析电源体系的能耗特征及节能技术。

1 通信电源系统耗能的基本特征

1.1 电源系统耗能严重

通信机房的电源系统中具备负责转化电能的专用装置，转换装置的转化效率低下就会造成发热的现象，从而引起严重的能源消耗。近些年来，转换装置在通信电源系统中的应用极为广泛，市场上的转换设备型号也十分复杂，每个品牌或每个厂家所生产的转换设备的效率也各不相同，各种型号电源转换装置的电能转换效率范围为80%～95%[1]。如果通信机房建设中使用的转换装置性能不佳，转化效率低下，那么在机房的运行中就会增加电源系统能耗，同时大量热量的释放还会增加通信机房中空调系统的运行压力，进一步加剧能量消耗。

1.2 通信设施耗能严重

通信设施耗能较高，一般是由设施本身和电源转换器间的兼容性不充足造成的。通信设施与电源转换器间缺乏兼容性，一定程度上会使电路电阻提高，进而使得通信设施在运转时产生额外的能耗。通信设施的关键耗能单位是信息转换芯片，其耗能具有显著的连锁特征，比如当转换芯片能耗已经不再增多甚至屡屡下滑的情况下，相应的电源转换配置、配电系统、变压设施、空调体系以及UPS电源的能耗都随之出现一定程度的减少[2]。

2 通信电源系统节能探究

通信电源系统的供电系统分为交流与直流两种类型，涉及的电源设备有变压器、柴油发电机组、高频开关电源、直流配电设备以及一些UPS电源等。涉及的用电设备有照明与机房中的空调等。针对上述主要电源设备和相关用电设备的节能技术进行简单的阐明。

2.1 变压器的经济运行

变压器的经济运行结合了优化理论和专业性质极强的计算方式，联系变压器的实际运行状况，通过不断地计算与检测，查找出最高效的变压器运行方式与发挥最好的组合方式，并且通过应用优化负载，填补变压器运行技术方案中的漏洞，使其发挥出最大的效用，不至于产生过多的电能损耗，迅速有效地提升电容侧的功率因数[3]。这一技术的重点在于管理和智能，实际应用时应选择能量损耗较低的变压器，尽可能将变压器的利用率控制在50%～70%。如果变压器的安装区域选择不当，则会产生许多不必要的电压损耗，因此需将变压器安装在负荷的中心地带，且必须保障三相负荷处于完全平衡的状态。根据负载变化规律，合理控制运行变压器的数量，假设选择并列运行，则需考虑后选择最佳的组合以保证运行的经济性[4]。此外，变压器负载侧功率因数能够有效地降低运行温度，防止变压器超负荷运作，通过不断调整运行负载，促使变压器实现经济有效的运行。

2.2 柴油发电机组的经济性运行

我国通信事业发展迅速，每个通信局站中通信电源柴油发电机组的整体容量也在不断扩大，柴油发电机组的效率对于降低通信电源系统的能耗有着重要的意义。为了防止能源消耗过多，减少开支，在柴油发电机组的日常应用与保护中需要关注5个方面的问题。一是对于使用效率较高的柴油发电机组，在通信局站的建设中严格控制柴油发电机组的质量，选择性能优良的产品。二是严格控制柴油发电机房的具体温度。资料显示机房温度每向上提升10 ℃，排气的温度会随之上升30 ℃，柴油发电机组的燃油消耗率便会扩大5%左右。因此为了降低能耗，需要将发电机房的具体温度控制在合理区间范围内。三是选择恰当的机油和燃油。机油与燃油的品质严重影响着柴油发电机组的运行，合适的机油和燃油可以有效降低发电机组的负荷。四是提升负载的功率因数。这能够压缩发电机的定子和转子电流，进而减少损耗。五是维持三相负载相平衡的状态。如果发电机组的三相负载状态不平衡，将会影响到发电机组的运行效率，增加运行中的能量损耗，消耗更多的燃油。

2.3 高频开关电源的节能

传统通信机房大多使用的是效率低下的整流器，而新型通信机房中普遍应用的是效率更高的高频开关电源，这种电源可以显著提高效率，并且不会消耗大量的能源。当下，机房开关电源设备在平日的应用中依旧具备节省能源的潜在优势，详细的方案包括3个方面。一是根据实际情况下的负荷，打开数量恰当的整流模块，让每个模块都保持最合适的负荷状态，这样不仅能节省资源，还能防止设备消耗过多。二是改变高频开关电源整流模块上的散热风扇，使其能参照设备温度来自主调节转动速度，防止散热风扇持续运转耗费过多的能源。三是科学安排开关电源电池的充电时间段，在用电低谷时期均匀充电，这样不但能够节省电费，还不会对设备产生影响，节电效果极为突出。

2.4 UPS电源的节能

常规通信系统大都配备UPS电源，它能够确保整个系统供电的平稳性和持续性。将UPS电源系统和高压直流供电系统进行对比后可以发现，在系统整个运行过程中UPS电源普遍会和交流或直流二者的转换产生一定的联系，即UPS电源系统的运行效率不高，因此实际应用中需使用效率更高且质量更优的高压直流供电方式，以减少通信电源系统的能耗。

3 机房精密空调的节能

随着通信设备逐渐增多，通信机房交换程度逐渐加大，很多设备几乎长时间以满负荷的状态运行。由于机房设备的安装比较集中，因此会产生大量的热量，为了保障设备的平稳运行，通信机房中大都增添了专业的精密空调机组。这样虽然保证了机房设备的稳定运行，但是耗电量却迅速增长，运营成本也随之增加。在通信系统整体的电耗成本中，机房空调的电耗大概占据了总数的50%，因此分析探究机房精密空调的节能方式对于降低通信电源系统的能耗有着重要的意义。本文简单地介绍几种基础节能方式。

3.1 应用空调变频技术实现节能

传统机房专用空调通过压缩机的开和停来改变室内温度，其供电频率和压缩机的转动速度均无法调整，这种控制方式会使室内的温度变化过大，增加耗电量。而机房专用空调压缩机变频技术将变频器作为改变供电频率的有效工具，通过改变压缩机的转动速度来调整室内温度，这样可以减少压缩机经常开或关而产生的能量损耗，降低空凋耗电量，延长空调的使用寿命。

3.2 使用自然冷源节能

利用自然冷源实现节能就是选择外界的自然环境来释放冷气，现在已有的两种系统是自然通风新风系统和热交换新风系统。假设室内的温度比室外的温度高且空气湿度与洁净度均符合标准，则可以利用通风带走机房的热量，降低机房内部温度。在冬季或者室外温度较低时，使用自然冷源节能方式可以减少机房空调的使用，节约电能[5]。另外，在通信机房的运行中，一旦空调产生故障，空气换热器还可以当做应急的空调设备投入使用，契合通信机房设备对温湿度的相关标准。

3.3 增加机房空调风道实现节能

在机房中增添空调通风风道，利用通风风道彻底导出空调外送的冷风，将其传到机房远处。空调风道可以将风传到对温度和湿度有着严格标准的设备内部，满足设备运行所需要的温度条件。除此之外，增加通风风道后，风道内部的风压极大，送风距离增加，可以有效减少因为空调送风距离有限而导致某些地方局部温度过高的问题，并且还可以设计非单一的出风口以集中对温度超标部分送风。在安装空调通风风道后可以将多台空调并联运营，非夏季时运营极少数空调便能满足机房的温度标准，防止空调运行时间过长，节省能源与电力。

3.4 添加一定的试剂作为辅助

空调维护保养的情况不仅关乎空调的运行时长，还和空调基本能耗密切相关，因此必须在一定时间内及时清理过滤网，可以合理地添加相应的试剂作为辅助，确保空调能够高效运转，帮助空调取得理想的节能和节电效果，减少不必要的能耗。

3.5 双循环节能空调设备

为了有效节省能源，通信机房可以引入双循环节能空调设备。双循环节能空调设备可以使制冷不再消耗过多的能源，且效果更加平稳。通过分析某通信机房应用双循环节能空调设备的效果来帮助清晰认识其优势。机房使用的节能空调型号是SDC2，其具有双循环的特征[7]。通过72天的试运行统计结果可知，该空调制冷超过35 kW，混合制冷情况下比传统空调节省大约35%的能源，比精密空调节省大约49%的能源，完全节能泵模式下比传统空调节省大约45%的能源，比精密空调节省大约55%的能源，在节省能源方面有着显著的优势。相关企业可以根据企业现状及基本需求，在生产中合理使用双循环节能空调设备。

3.6 蓄电池保温及风扇智能调速技术

蓄电池保温及风扇智能调速技术都能够有效帮助通信电源系统节省不必要消耗的能源。风扇智能调速技术通过将温度传感器安装在通信系统内部，搜集运行环境内部温度的具体信息，根据温度标准恰当地改变风扇系统运行，调整风扇在供电过程中的电压，调节风扇转动的速度，减少系统耗能。蓄电池保温技术拥有单独的系统来调控温度，可以迅速提升电源运行的温度来有效减少通信机房的能耗。通常情况下，15～25 ℃是蓄电池运行的最佳温度。