鄭大永 鄭宏劍 宋波
通信電源作為通信系統(tǒng)的“心臟”，其重要性已越來越被各級(jí)電信部門所認(rèn)識(shí)，而且對(duì)相關(guān)設(shè)備和技術(shù)提出了更高的要求。近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是功率器件的更新?lián)Q代，新型電磁材料的不斷使用，功率變換技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制方法的不斷改進(jìn)，以及相關(guān)學(xué)科的不斷融合，通信電源在系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、電磁兼容性、消除網(wǎng)側(cè)電源諧波、提高電源利用率、降低損耗、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能等方面取得長足的進(jìn)步。通信電源正向高頻化、高功率密度，高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向發(fā)展。
一、通信電源市場的現(xiàn)狀
通信的發(fā)展促進(jìn)了通信電源技術(shù)的發(fā)展，而電力電子學(xué)和化學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，又使通信電源技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。從２０世紀(jì)９０年代開始，電源系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)入到一個(gè)更新?lián)Q代的時(shí)期。
在通信局站供電系統(tǒng)方面，我國已完成了以直流－４８Ｖ為基礎(chǔ)電壓的供電系統(tǒng)的統(tǒng)一工作，原有－６０Ｖ的供電系統(tǒng)已被淘汰，長途干線光纜局和移動(dòng)通信局－２４Ｖ和＋２４Ｖ系統(tǒng)已被改造或統(tǒng)一成－４８Ｖ供電。集中監(jiān)控、無人值守、同室安裝和分散供電制度得到發(fā)展。在長途光纜無人值守局站中，試用太陽能電池效果很好，供電可靠，電壓穩(wěn)定，是理想的節(jié)能、無污染的新能源，已被推廣使用。
新一代的通信電源設(shè)備，如高頻開關(guān)整流器、閥控式密封鉛酸蓄電池、太陽電池、通信電源和空調(diào)監(jiān)控設(shè)備、自動(dòng)化或無人值守柴油發(fā)電機(jī)組、自動(dòng)化燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組等設(shè)備相繼投入使用，使通信電源設(shè)備面貌煥然一新，技術(shù)水平上了一個(gè)新的臺(tái)階。與舊設(shè)備相比，這些設(shè)備采用新器件、新工藝，增大了供電容量，降低了能源損耗，提高了可靠性指標(biāo)，自動(dòng)化程度高，具有遙控功能，便于實(shí)現(xiàn)少人或無人值守維護(hù)。
高頻開關(guān)整流器由于性能優(yōu)越，很快代替了傳統(tǒng)晶閘管整流器。國產(chǎn)高頻開關(guān)整流器利用ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ管或ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ管并聯(lián)作為 高頻電子器件、軟開關(guān)ＰＷＭ控制技術(shù)，具有功率 因素校正電路和模塊化結(jié)構(gòu)，不斷提高效率，改善交流諧波損耗，提高設(shè)備可靠性，便于維護(hù)和擴(kuò)建。
在模塊和整機(jī)的監(jiān)控性能方面得到了不斷改進(jìn)，如對(duì)蓄電池組管理，其性能有很大改善，具有蓄電池組電壓的溫度補(bǔ)償性能、自動(dòng)定期均充電和帶負(fù)載放電性能，給用戶維護(hù)工作帶來很大方便。根據(jù)蓄電池組帶負(fù)載放電數(shù)據(jù)，維護(hù)人員可人工核算蓄電池組的實(shí)際容量，以評(píng)估電池組的品質(zhì)。
閥控式密封鉛酸（ＶＲＬＡ）蓄電池與防酸隔爆式電池相比，具有優(yōu)良的性能，在通信局站中得到廣泛應(yīng)用。
通信局站的備用發(fā)電設(shè)備以柴油發(fā)電機(jī)為主，但柴油發(fā)電機(jī)組的質(zhì)量大、體積大、振動(dòng)和噪聲也大，所以有些大型通信局采用了固定式燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組和移動(dòng)式車載燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組由燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)組成，其主要優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)電品質(zhì)高，尤其適用于計(jì)算機(jī) 的供電；啟動(dòng)和運(yùn)行可靠性高，失效率約為４×１０－５／ｈ（柴油發(fā)電機(jī)組為１４×１０－５／ｈ），體積和質(zhì)量小，１６００ＫＷ僅為６００ｋｇ（柴油機(jī)則在６０００ｋｇ以上）；可用柴油機(jī)燃料，工作時(shí)不需要冷卻水系統(tǒng)；維修成本低，操作簡便，維修方便；振動(dòng)小、噪聲低、排放有害氣體少，有利于環(huán)境保護(hù)。但燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)也有缺點(diǎn)：材料成本高，設(shè)備價(jià)格貴；消耗燃油量大，一般在０．３６－０．４２ｋｇ／ｋｗ．ｈ而柴油機(jī)只需０．２３－０．２６ｋｇ／ｋｗ．ｈ。
二、通信電源市場的發(fā)展
計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和路由器等大都采用２２０Ｖ交流不間斷供電，需安裝ＵＰＳ或逆變器供電，因此在一個(gè)電信局站內(nèi)需要安裝兩套電源設(shè)備。但不論什么信息技術(shù)設(shè)備，其最終電路板芯片都是低壓直流供電，如１２Ｖ、５Ｖ、３Ｖ、１．１Ｖ等，只有用戶的話機(jī)由電話局的－４８Ｖ供給，而且－４８Ｖ供給用戶話機(jī)的電流比例將越來越小。移動(dòng)通信局等－４８Ｖ電源只起到過渡電壓作用。相反，將來使用交流電壓供電的通信設(shè)備將越來越多，因此需要交流功率也越來越大。目前的供電系統(tǒng)如圖１所示。
對(duì)交流來說，不論是采用ＤＣ／ＡＣ或ＵＰＳ設(shè)備，都要經(jīng)過市電整流和逆變換器二級(jí)換流。而國際上，以瑞典為代表者認(rèn)為：－４８Ｖ供電是最可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的方案；主張互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)設(shè)備的用戶以購買和安裝直流電設(shè)備作為首選方案；采用以ＤＣ／ＤＣ變換這種更有效和簡單的方案，而不采用逆變器方案。以法國為代表者認(rèn)為：對(duì)電信和數(shù)據(jù)通信融合的新供電應(yīng)統(tǒng)一到市電２２０Ｖ整流后的高壓直流供電，采用如圖２所示的系統(tǒng)，稱為ＴＥＮＯＲ供電。
它是一種新的供電概念，在一個(gè)電信樓內(nèi)電信和計(jì)算機(jī)采用統(tǒng)一的電源。由圖２可知，從市電直接整流（稱為ｒＡＣ）獲取高壓直流，當(dāng)市電為２３０Ｖ（＋１０％～２０％）時(shí)，直流最高電壓為３５８Ｖ，最低電壓為２６０Ｖ，可據(jù)此設(shè)計(jì)直流變換器輸入電壓和蓄電池的串聯(lián)只數(shù)。蓄電池組的充電另設(shè)小型充電器離線充電。供電系統(tǒng)中另有功率因素校正裝置，以降低諧波電流。
三、通信電源標(biāo)準(zhǔn)化
通信的快速發(fā)展對(duì)電源產(chǎn)品提出更多、更高的要求，促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；而電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也促進(jìn)了電源標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。目前，我國通信電源產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究所完成了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系如圖３示。這些標(biāo)準(zhǔn)在指導(dǎo)電源產(chǎn)品的生產(chǎn)及規(guī)范市場等方面起到了重要的作用。
四、通信電源設(shè)備的保護(hù)
通信局站的電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于雷擊、操作、事故或運(yùn)行參數(shù)配合不當(dāng)?shù)仍蚨构╇娤到y(tǒng)中某部分電壓升高，將超過電氣設(shè)備的額定電壓稱為過電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞通信電源設(shè)備。這就存在一個(gè)防護(hù)問題。對(duì)此提出系統(tǒng)防雷分區(qū)、防雷等級(jí)和接地要求。防雷分區(qū)為四區(qū)：雷電保護(hù)區(qū)ＬＰＺＯＡ（ＯＡ區(qū)）：該區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭受直接雷擊，同時(shí)在該區(qū)內(nèi)雷電產(chǎn)生的電磁場能自由傳播，沒有衰減。雷電保護(hù)區(qū)ＬＰＺＯＢ（ＯＢ區(qū)）：該區(qū)內(nèi)的各物體在接閃器保護(hù)范圍內(nèi)，不會(huì)遭受直接雷擊，但該區(qū)內(nèi)雷電電磁場的量級(jí)因沒有屏蔽裝置而與ＬＰＺＯＡ區(qū)一樣。雷電保護(hù)區(qū)ＬＰＺ１（１區(qū)）；該區(qū)內(nèi)的各物體因在建筑內(nèi)，不會(huì)遭受直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比ＬＰＺＯＢ區(qū)更小，本區(qū)內(nèi)的雷電電磁場可能衰減。雷電保護(hù)區(qū)ＬＰＺ２（２區(qū)）；當(dāng)需進(jìn)一步減小雷電流和電磁場時(shí)，應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護(hù)的系統(tǒng)所要求的環(huán)境選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。
根據(jù)上述防雷分區(qū)確定防雷的等級(jí)。０區(qū)與１區(qū)的交界處為Ｂ級(jí)防護(hù)，１區(qū)與２區(qū)的交界處為Ｃ級(jí)保護(hù)，２區(qū)內(nèi)重要設(shè)備前端為Ｄ級(jí)保護(hù)。而對(duì)不同供電接地系統(tǒng)中的防雷方案是不同的：對(duì)ＴＮ—Ｃ—Ｓ系統(tǒng)：對(duì)其Ｎ線（中線）和ＰＥ線（地線）在變壓器的低壓側(cè)合為一條ＰＥＮ線，Ｂ級(jí)防雷只需在相線與ＰＥＮ之間加裝防雷器。進(jìn)入建筑物內(nèi)的配電屏后，ＰＥＮ分成Ｎ線和ＰＥ兩條線進(jìn)行獨(dú)立布線。ＰＥＮ線接于建筑物總等電位接地母排并入地。因此，配電屏的Ｎ線對(duì)ＰＥ線需裝防雷器。對(duì)ＴＮ—Ｓ系統(tǒng)：ＰＥ線與Ｎ線在變壓器的低壓側(cè)出線端相連并入地，由于在后面的供電電路中，ＰＥ線與Ｎ線分開布線，因此需分別在相線與ＰＥ線、Ｎ線與ＰＥ線之間裝防雷器。對(duì)ＴＴ系統(tǒng)：Ｎ線只在變壓器的中性點(diǎn)接地，與設(shè)備的保護(hù)地是嚴(yán)格分開的，因此需在相線與Ｎ線、Ｎ線與地線之間進(jìn)行保護(hù)。此外還要采用聯(lián)合接地方式，并使接地電阻嚴(yán)格達(dá)到：萬門以上程控局及樞紐樓的接地電阻值＜１Ω；２０００門以上、萬門以下程控局的接地電阻值＜３Ω；２０００門以下程控局、移動(dòng)基站的接地電阻＜５Ω；動(dòng)力機(jī)房電力電纜接口處的接地電阻＜１０Ω。
通信電源的防雷可采用如下解決方案。一是采用“３＋１”電路：９成以上的移動(dòng)基站的低壓供電系統(tǒng)的接地方式都是ＴＴ或局部ＴＴ形式，因此，移動(dòng)基站電源系統(tǒng)應(yīng)采用“３＋１”電路。即選用３個(gè)３８５Ｖ／２０ＫＡ的ＺｎＯ壓敏電阻模塊分別接在Ａ／Ｎ、Ｂ／Ｎ和Ｃ／Ｎ間，用一個(gè)５００Ｖ／４０ＫＡ放電間隙模塊接在Ｎ／ＰＥ間，如圖４所示。
采用這種電路后，即使電力系統(tǒng)發(fā)生相線搭地的事故，一般也不會(huì)使之損壞；或者出現(xiàn)短路失效時(shí)，由于回路阻抗小，過流保護(hù)裝置動(dòng)作，可以避免火災(zāi)。由于４０ＫＡ氣體放電管置于Ｎ／ＰＥ間，因此不存在動(dòng)作分散性、滅弧、響應(yīng)速度和因兩相瀉放電流同時(shí)漏入Ｎ／ＰＥ而使放電元件損壞等問題，而且還會(huì)實(shí)現(xiàn)全模式保護(hù)，適應(yīng)各種接地方式，是目前最好的電源防雷解決方案。二是等電位設(shè)計(jì)：電源系統(tǒng)內(nèi)各模塊的保護(hù)地采取等電位連接，既可以保證良好的瀉放通道，也可避免導(dǎo)體間由于不同電位差異而產(chǎn)生的潛在危險(xiǎn)。三是多級(jí)防雷保護(hù)：按ＹＤ／Ｔ５０９８－２００１《通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，根據(jù)基站所處環(huán)境，就從電纜引入開始安裝多級(jí)防雷器。四是聯(lián)合接地：接ＹＤ／Ｔ１０５１－２０００《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》第８條要求，對(duì)通信局（站）內(nèi)的各類設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合接地。
隨著通信網(wǎng)日趨龐大，通信設(shè)備的集成化、數(shù)字化程度不斷提高，但抗過電壓、過電流干擾的能力卻很低，同時(shí)隨著無人值守機(jī)房的增多和接入網(wǎng)的使用，過電壓、過電流防護(hù)在保證通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行中的作用日趨明顯。
