电力通信设备电源新技术研究

2023-08-27李羿辉

通信电源技术 2023年11期

李羿辉

（江苏谦鸿电力工程咨询有限公司珠海分公司，广东珠海 519000）

0 引言

电力系统广泛应用于生活的各个方面，在技术层面也取得了重要突破。现代通信电源的使用效率非常高，先进的通信电源技术在国防、能源和交通领域扮演着重要角色。作为通信系统中的关键组成模块，如何保障其安全可靠运行成为今后工作的主要需求，以期为我国电力事业建设助力。

1 电力通信设备电源系统组成

1.1 系统配置与系统供电方式

目前的通信电源系统包括交流供电系统、直流供电系统以及接地系统，不同的设备会因为不同的配置而产生差异。从整个电源系统的基本配置角度来看，如果常用线路电源出现中断问题，会及时选择供应电源作为备用，以减少经济损失。与此同时，目前的通信交流电源系统室内会配置相应的降压变电设备，而直流供电系统包含可以循环使用的蓄电池，这些设备共同构成了接入网交流系统。供电系统输出的低压电源经过整流后，提供给不同类型的通信设备。接地系统包括接地体、接地引入线以及垂直接地汇集线等。

从系统供电的方式来看，无论是集中供电方式，还是分散供电方式，在组成和要求上都保持接近。直流供电系统并不能独立进行供电，如果需要整流器供电，必须要将交流电瓶提前置入电源，才能完成供电过程[1]。直流变换器在整个供电系统扮演了重要角色，可以将基础电压转换为通信设备，然后根据数值要求进行充电或其他处理。

整流器可以给通信设备提供电力支持，也能给蓄电池进行供电。例如当蓄电池通过局部放电产生了功率损失后，可以借助整流器进行补充。如果主电源被切断，也可以通过电池对其他通信设备进行供电。电池长时间处于充电状态，其电量相对充足。

公共接地母线包含多个部分内容，使得各类设备的零电位点和地面之间的接触更加稳定，使用同一组接地体进行接地，可起到防雷保护的效果。假设人们使用电力系统，那么接地系统可以起到对应的保护功能，例如过电压产生过电流后，可以通过固定装置将其导入到大地。

1.2 通信设备对电源系统的要求

通信设备的稳定性和电源系统的稳定性密切相关，因此电源系统需要在技术和质量等多个方面保持良好的功能。供电系统和通信设备之间的关系可以认为是一个整体和多个分项的关系，原因是一个工具系统可以同时满足多个通信设备的供电需求，维持不间断供电。每一种通信设备都有对应的电压变化范围，在不超过电压变化范围的前提下，才能安全可靠地运行，否则过高的电压会损坏通信设备，而过低电压则会影响设备正常的使用功能。现代技术的发展使得各类移动通信设备在电源装置方面的要求变得更加明确，通信设备容量持续增加后，电源系统的能耗控制问题也显得至关重要。相关研究已经证实，高频开关电源相比于传统的整流器更加具备能源节约特性。通信设备对电源系统的要求体现在多个方面，即输入电压变化范围控制、直流输出电压范围调节控制、频率允许变动范围控制、稳压精度、温度系数、负载效应、保护警告功能以及动态响应功能等，这些参数共同组成了整个电源系统的技术要点，也影响着各类设备在使用过程中的能耗[2]。

2 电力通信设备电源新技术

通信电源技术已经被应用于多个行业领域，关乎着通信网络的生存和发展。随着市场需求的多样化，现阶段的电源结构也变得日趋复杂。目前该项技术不断朝着节能环保和数字网络化管理的方向推进，同时借鉴发达国家的先进经验，以强化技术创新适应市场的新需求。

2.1 功率简化技术

功率简化技术在电源结构方面的优化配置工作已经发展成熟，电源结构实现了综合简化，系统稳定性较高。具体来看，各个模块的集成度不仅得到了显著增加，各类零部件在内部元件方面也实现了系统优化。与传统的分立元件相比，新的功率集成简化布局减少了分布电容和连线电阻，产品效率大幅提高，实现了有效的节能降耗。在未来的技术应用方面，还会通过功率较正的方式进一步减少系统污染和电源故障，确保整个系统的正常运行[3]。

2.2 组网监控技术

组网监控技术本质上是对各类电力通信设备的电源系统展开监控，一旦通信电源出现故障，会直接引起系统瘫痪。该技术的本质要求是进行集中组网监控，并且将各类监控点设置在对应的电源设备中，能够让监控系统完成持续和不间断的监测与巡检，在系统发生问题时能尽快采取控制措施。除此之外，目前的组网监控技术在人机操作界面上非常简单，界面清晰而完整，可以直接对分散的电源进行集中监控读取监控数据，并自动储存数据，以便在系统产生故障时直接报警通知技术人员进行维修和处理。综合来看，目前的通信设备电源监控一般采取自动化和集中式的管理方式，目的是对分散式的通信电源设备进行实时监控，通过监控单元和监控中心的连接完成对应的监视要求。例如最为普遍的方式就是串口方式，不过这种方式存在一定的技术缺陷，就是当监控主机距离和被监控电源之间相隔过远时，可能会影响监控的效果。为克服这一方面的技术弊端，现代企业通常采取Modem 模式。这种方式比传统的串口管理方式更加先进，只需要在后台连接2 台主机，同时负责数据查询和数据接收，一旦出现数据异常即可进行报警。

2.3 免维护蓄电池技术

免维护蓄电池技术指不需要对蓄电池进行额外的维护和保养。早期的开口电池在使用过程中会不断出现蒸发反应带走水分，因此需要持续性补充水分。由于电池中会含有硫酸成分，一旦补充水分就会产生酸雾引起环境污染。目前的电池密封性普遍良好，不容易出现水分蒸发，加之电池本身的阴极吸收法技术可以避免生成大规模气体，不需要添加蒸馏水，也不需要技术人员持续性进行监控[4]。

2.4 整流器技术

在现有的电力通信设备电源中，高频开关整流器的有效应用将直接决定电源系统的整体运作质量。高频开关整流器的工作原理是工频整流电路和高频开关直流变换电路协调配合，因此该系统具有良好的源效应。假如存在系统使用不当或负载故障问题引起输出短路，系统可以快速响应，并提供稳定的保护功能，例如热插拔技术的使用使得开关整流器能够即插即用，缩短平均维修间隔时间，让系统的可维护性和可靠性得到显著保障。除此之外，开关整流器还可以直接借助硬件处理系统的运行状态，将系统的关键异常信息全部上报给监控系统，使得监控系统在调整接口开关后调节输出电压，而辅助电源可以给开关整流器内部提供必要的能源支持[5]。

2.5 智能数字化控制技术

智能数字化控制技术可以优化数据处理和通信功能，并且能够完成自动储存和自动远程控制，实时监测各类数据的运行状态，在进行报警的同时诊断故障。现有的数字化控制模式不仅信号量少，且芯片成本低，比原有的通信电源控制更具有精准性特征。

3 电力通信设备电源配置

3.1 蓄电池组与整流设备

蓄电池本身作为直流电源的组成部分，在选配计算方面需要考虑容量和安装使用地点等多个方面的影响因素。目前的单体电池容量在额定电容量中有对应的参考方式，同时在通信设备允许的最低工作电压下，蓄电池放电结束时的最大放电电流应维持在合理的范围内。

在整流设备配置方面，整流器的选择既要考虑到本身的性能和容量，还要从配置的角度分析直流供电系统的输出电压与电流。在满足通信设备和其他负荷需求后，整流器的输出电流还应满足电池在恶劣环境下的充足放电需要，因此输出电流数据应大于等于蓄电池的负荷电流。

3.2 直流供电系统与逆变器供电系统

直流供电系统由高频开关整流器、直流配电屏和交流配电屏等设备共同组成。当系统保持正常运行时，蓄电池组可以直接供电给用户端，供电来源为直流配电屏，如果电池电压达到浮充电压阈值，则改用均衡电压进行供电，充电结束后配电屏的工作电压恢复至浮充电压水平。

在逆变器供电系统方面，可以考虑设置相应的逆变模块来承担所有的负荷，即便某一个逆变模块出现故障，也可以采用热拔插操作确保其他模块不受影响，然后及时更换故障模块。如果整个逆变系统需要维修，那么需要手动切换负载，借助紧急旁路单元转换为旁路交流电源，并且逆变器在内部可以直接断开，保持不带电的工作状态，保障整个系统的安全性[6]。

3.3 电力线配置

电力线在配置方面要考虑截面和型号方面的内容，在允许的电流范围内进行选择。一般情况下，优先选择直流电力线，其使用过程中的发热量较小，且使用寿命比交流电力线长。供电回路可以按照允许压降法确定电力线的截面积，将直流供电系统允许压降数值分配到降压段上，计算导线的截面积数据。除此之外，将供电系统中的导线按照敷设方式和材质的不同进行划分，利用多变量函数的极值数据就可以得到全部导线金属的压降分配结果，从而选择不同规格的导线。导线和电缆的截面越大，则电能损耗越大，再加上电路存在阻抗，负荷电流通过线路时所产生的电压损耗也应该计算在内。

选择导线的另一个参考依据就是导线本身的机械强度。机械强度对于配电系统来说，一般不需要进行额外计算，只需要按照最小允许截面进行检验即可。

在特殊情况下，导线会因自身阻抗和通电流发热问题导致绝缘老化。对此需要对导线的温升进行限制，使得导线和电缆在正常工作状态下的负荷电流发热温度和正常运行时的最高温度阈值保持匹配，不超过最大限制。在实际计算过程中，由于低压电力线的负荷电流相对较大，可以按照发热条件选择截面来计算电压损失和机械强度，再根据其他使用环境或辐射环境等外部因素确定修正技术和最终的负荷电流[7]。