通信用直流供电系统比较

2021-03-16马国萍

通信电源技术 2021年19期

马国萍

（中国移动通信集团设计院有限公司新疆分公司，新疆乌鲁木齐 830011）

0 引言

通信用直流供电系统目前有3种方式：-48 V系统、240 V高压直流供电系统与336 V高压直流供电系统。3种供电方式有相同点，也有不同点。相同点方面：供电系统组成、容量计算、电力电缆选择方法、蓄电池选择方法等。不同点方面：供电电压等级不同、单系统容量不同、接地系统不同、电力电缆主要所用型号不同、电力电缆颜色不同等。

1 通信用直流供电方式相似点

通信用直流供电系统基本相同：无论是-48 V系统、240 V高压直流系统还是336 V高压直流供电系统，其系统组成大体一致，均由交流部分、整流部分、直流部分、蓄电池组与接地系统组成。各种系统又有分立式与组合式两种方式，由于组合式系统基本就是容量较小、集成式的分立式系统，因此本文主要就分立式系统进行比较。

另外，240 V高压直流供电系统与336 V高压直流供电系统的供电系统基本一致，以下就48 V供电系统与240 V供电系统进行说明。

（1）系统组成

由图1，图2可以看出：-48 V供电系统图与240 V供电系统图基本相同，不同之处除了各种设备容量以外，主要是接地方式不同。-48 V系统是工作地直接接地，240 V/336 V系统是悬浮地。

图1 -48 V直流供电系统示意图

图2 240 V直流供电系统示意图

（2）容量计算

-48 V供电系统与240 V/336 V高压直流供电系统容量计算方式基本相同：系统容量包括设备负荷、充电负荷与备用模块。其中设备负荷为用电负荷，充电负荷为蓄电池组充电负荷（按0.1C10进行计列），备用模块按照N+1进行备份，超过10个，每10个模块备份1个模块。

（3）电力电缆选择

-48 V供电系统与240 V/336 V高压直流电力电缆选择方法均为电流矩法，所不同的是各种系统的电压降。根据GB 51194—2016《通信电源设备安装工程设计规范》，-48 V系统全程允许最大电压降为3.2 V，根据YD/T 3089—2016《通信用240 V直流供电系统》中规定240 V系统全程允许最大电压降为8 V，根据YD/T 3089—2010《通信用336 V直流供电系统》，336 V系统全程允许最大电压降为10 V[1-5]。

式中，Scac为回路允许电压降计算截面积（mm2）；ρ为电阻率（Ω·mm2/m）；L为电缆长度（m）；Ica为计算电流（A）；ΔUp为回路允许的最大电压降（V）。

实际工程中，系统各部分电力电缆通常由不同人员负责计算与布放，因此需统一分配各段压降，比较典型情况如表1所示，可供参考使用。

表1 供电系统压降分配参考（单位：V）

（4）蓄电池组选择

3种直流系统蓄电池组容量计算方法基本相同，均可采用恒电流法与恒功率法进行计算。另外-48 V系统的蓄电池以2 V单体电池为主，240 V系统与336 V系统的蓄电池可以选择12 V，也可以选择2 V蓄电池组。

2 通信用直流供电方式主要不同点

2.1 供电设备电压等级不同

由表2可见，3种供电系统输出电压不同，240 V和336 V系统输出电压高，输入电压相同。

表2 直流系统电压（单位：V）

2.2 系统容量不同

-48 V系统典型分立式系统为1套2 000 A系统（1个交流柜/2个整流柜/1个直流柜），系统容量为100 kW。

240 V系统典型分立式系统为1套360 kW系统（1个交流柜/2个整流柜/1个直流柜），系统容量为360 kW。

336 V系统典型分立式系统为1套360 kW系统（1个交流柜/2个整流柜/1个直流柜），系统容量为360 kW。

上述3种系统的柜子大小基本相同，如表3所示，也就意味着相同的机房面积，高压直流系统单系统能力更高。

表3 3种直流系统不同后备时长蓄电池组配置情况

根据QB-J-017—2013《中国移动通信电源系统工程设计规范》》中规定： -48 V直流电缆：正极电源线宜采用红色，负极电源线宜采用浅蓝色，工作地电源线宜采用黑色。240 V及以上高压直流电缆：正极电源线宜采用棕色，负极电源线宜采用蓝色。

2.3 接地系统不同

-48 V系统是工作地直接接地，240 V/336 V系统是悬浮地：系统输出必须采用悬浮方式，系统交流输入应与直流输出电气隔离，系统直流输出回路应全程与地、机架、外壳电气隔离。

240 V系统/336 V系统直流输出必须具备绝缘监察功能，并应对总母排的对地绝缘状况进行在线监测。绝缘监察装置应具备与监控模块通信功能，当系统发生接地故障或绝缘电阻下降到设定值时，应发出告警信息。分级配电时，下一级配电设备的母线绝缘监察功能应关闭。系统对分路的绝缘状况可进行在线或非在线监测。

3 给负载供电的方式

3种直流供电系统中，都可采用单系统/双回路的供电方式给负载供电。另外需要说明的是240 V直流供电系统与现有UPS供电系统的电压等级最为接近，因此可以考虑1路高压直流/1路外市电直供的方式给系统供电。正常情况下：主要由市电进线直供，在断电情况下，由高压直流设备给设备进线供电。供电方式框图如图3，图4所示。

图3 一路市电+1路高压直流供电框图

图4 -48 V单系统双回路供电框图

需要说明的是：市电直供的方式中建议对于市电性能的要求需要有定量指标进行考核，以免市电电压波动过大，直接烧毁服务器等重要通信设备。

4 问题说明

4.1 需通信设备适用

通信电源部分是电源系统给通信设备供电的“最后1 m”，采用高压直流供电设备可以提高效率，减少电力室面积需求，但是通信设备是否能够接入高压直流，还需要设备厂商的改造与配合，而不是“承诺”。

4.2 对市电质量需量化指标

高压直流供电系统可以提高系统效率，如果采用1路市电+1路高压直流的供电方式更是可以减少电源系统的设备、电力室面积等各种资源。但是市电直供通信设备（自有业务/外租业务），需要对市电质量有量化指标的“检验”，检验合格后才能进行直供。

4.3 注意维护安全

-48 V系统之所以在通信电源应用这么多年，其电压低、相对安全是一个重要因素，由于通信电源不仅是电源专业人员在维护，各专业机房内列头柜与其他设备安装在同列，各专业人员都有可能开关柜子等操作。大家已经习惯直流电源是-48 V，在操作中距离过近等问题普遍存在，因此在逐步改为240 V高压直流系统过程中，务必贴上警示标志，保障各类人员安全。