摘要:本文從工程、運(yùn)行維護(hù)角度對(duì)通信電源系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量指標(biāo)的"五性"----穩(wěn)定可靠性、可用性、可維護(hù)性、可持續(xù)性、安全性進(jìn)行分析和論述,作為經(jīng)驗(yàn)推廣,其目的是使現(xiàn)有在運(yùn)行的系統(tǒng)更加高效、可靠地運(yùn)行和為以后的工程提供技術(shù)支持.
關(guān)健詞: 通信電源 質(zhì)量 穩(wěn)定可靠性 可用性 可維護(hù)性 可持續(xù)性 安全性
一 、 前言
現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)主要由柴油發(fā)電機(jī)組、高頻開關(guān)電源、VRLA蓄電池、UPS等設(shè)備組成。
信息產(chǎn)業(yè)部《通信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)質(zhì)量認(rèn)證文件匯編檢查實(shí)施細(xì)則（試行）》第三冊(cè)對(duì)通信用高頻開關(guān)電源、VRLA蓄電池、UPS的使用條件、常規(guī)功能、參數(shù)指標(biāo)有明細(xì)的要求。但主要是偏重各設(shè)備出廠以前的性能指標(biāo)，對(duì)設(shè)備投入使用后，只有MTBF（平均無故障工作時(shí)間）和MTTF（平均故障修復(fù)時(shí)間）兩項(xiàng)指標(biāo)要求，而該兩項(xiàng)指標(biāo)只是狹義的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而已。那么，怎樣衡量各設(shè)備投入運(yùn)行以后的性能指標(biāo)？組成系統(tǒng)的各設(shè)備之間有什么關(guān)聯(lián)性？正是本文所要闡述的問題。
二、 闡述
1．穩(wěn)定可靠性
"穩(wěn)定可靠性"包含"穩(wěn)定性"和"可靠性"兩個(gè)概念，兩者各有自身的含義又互相關(guān)聯(lián)。
"穩(wěn)定性"表現(xiàn)在自身運(yùn)行的三個(gè)方面:
"可靠性"表現(xiàn)在對(duì)外界因素的抵御能力和對(duì)自身故障的處理和系統(tǒng)操作能力兩方面:
筆者曾為中國聯(lián)通公司編寫過《配套設(shè)備試運(yùn)行可靠性測(cè)試（RRT）辦法》，嘗試把"穩(wěn)定可靠性"歸結(jié)到不同的故障等級(jí)，通過量化的數(shù)據(jù)來評(píng)定單臺(tái)和整批設(shè)備的"穩(wěn)定可靠性"，證明效果良好，現(xiàn)摘錄高頻開關(guān)電源部分獻(xiàn)上（見附件）供大家參考。
2．可用性
系統(tǒng)配置是通信電源工程中重要的一環(huán)，首先要清楚了解主設(shè)備對(duì)電源設(shè)備的要求，電源設(shè)備的使用性質(zhì)、使用條件、使用環(huán)境等，再考慮柴油發(fā)電機(jī)組的輸出特性，高頻開關(guān)電源的輸入/輸出特性，UPS的輸入/輸出特性等，設(shè)備自身參數(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣；UPS的備份和冗余方案的合理性；同網(wǎng)各電源設(shè)備之間匹配的合理性等，因?yàn)檫@都會(huì)直接或間接影響整個(gè)系統(tǒng)可用性。
"可用性"主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：
(1) 設(shè)備自身的能耗
★效率是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)，它不僅與設(shè)備的設(shè)計(jì)思路有關(guān)，而且與用戶的使用模式有關(guān)。見圖二、圖三效率曲線:
高頻開關(guān)電源在對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充供電時(shí)負(fù)載率常在30%-50%左右，可見B品牌的效率特性明顯優(yōu)于A品牌。
UPS、柴油發(fā)電機(jī)組的效率特性亦然，不贅述。
★設(shè)備的空載損耗
如20KVA UPS的空載損耗高者達(dá)到800W，低者達(dá)到400W，對(duì)于組成熱備份形式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，備用機(jī)長期耗能，每年所耗費(fèi)的電費(fèi)分別為：
365（天）×24（小時(shí)）×0.8KW×1.2元/千瓦時(shí)=8409.6元
365（天）×24（小時(shí)）×0.4KW×1.2元/千瓦時(shí)=4204.8元
★其他
UPS的并機(jī)環(huán)流和高頻開關(guān)電源的均流差異都會(huì)導(dǎo)致無功損耗的增大和引起末級(jí)驅(qū)動(dòng)器件的溫升和損壞。
UPS、高頻開關(guān)電源的風(fēng)扇工作方式分智能調(diào)速風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷兩種形式，論經(jīng)濟(jì)性和可靠性，前者優(yōu)于后者。
(2) 設(shè)備的輸出特性和硬件支持決定帶載能力。
★波峰因數(shù)達(dá)到3:1的UPS可以帶100%的低功率因數(shù)整流性負(fù)載。
★永磁發(fā)電機(jī)波峰因數(shù)為2:1，可以帶66%的低功率因數(shù)整流性負(fù)載。自勵(lì)磁發(fā)電機(jī)波峰因數(shù)為1:1僅可帶33%的低功率因數(shù)整流性負(fù)載
★市面上大部分UPS最高長時(shí)帶載能力為80%，超過該限度會(huì)損壞逆變器，個(gè)別品牌UPS逆變部分功率器件采用MOSFET和IGBT組合器件或智能型IGBT組合器件，通流量大，開/關(guān)特性好，溫升低，所以允許長時(shí)間帶載100%。
(3) 設(shè)備的輸入特性導(dǎo)致前端設(shè)備的功率容量浪費(fèi)。
輸入功率因數(shù)是輸入特性中一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)，市售的高頻開關(guān)電源由于采用模塊化、小型化設(shè)計(jì)，而且多為單相輸入，所以功率因數(shù)校正比較容易，輸入功率因數(shù)基本能接近0.99。
UPS則不然，由于目前對(duì)于大功率三相整流電路進(jìn)行功率因數(shù)校正通常只能做到無源功率因數(shù)補(bǔ)償，六脈沖整流不加濾波器僅為0.65左右，十二脈沖整流僅為0.8左右，濾波器體積大，重量高，而且價(jià)格昂貴，供貨廠商通常把濾波器列為選件，用戶基于節(jié)約購置成本考慮，往往不愿購買，見下表：
換言之:
80KVA的六脈沖UPS需要配置200KVA的柴油發(fā)電機(jī)組的功率容量;
80KVA的十二脈沖UPS需要配置120KVA的柴油發(fā)電機(jī)組的功率容量;
80KVA的IGBT高頻整流UPS只需要配置80KVA的柴油發(fā)電機(jī)組的功率容量。
(4) 負(fù)載的輸入特性影響電源設(shè)備的可用度
★波峰因數(shù)達(dá)到3:1的UPS帶低功率因數(shù)的整流型非線性負(fù)載可以達(dá)到100%
★UPS帶容性負(fù)載可達(dá)到100%
★UPS帶感性負(fù)載僅可達(dá)到44%
(5) 設(shè)備的備份和冗余方案影響的可用度
★UPS常見的備份和冗余方案有：主從熱備份、互動(dòng)熱備份、互助熱備份、雙總線熱備份和冗余并聯(lián)。其中并聯(lián)主從熱備份、互動(dòng)熱備份、互助熱備份和雙總線熱備份只對(duì)雙機(jī)有效，串聯(lián)主從熱備份和冗余并聯(lián)則可以雙機(jī)運(yùn)行和多機(jī)運(yùn)行。無論何種形式的雙機(jī)運(yùn)行設(shè)備冗余方案，最大可用度僅為50%。n+1串聯(lián)主從熱備份和冗余并聯(lián)隨著UPS臺(tái)數(shù)的增加可用度可逐次提高到66%～85%。
★三相輸出的UPS任意一相過載即為輸出過載，三相的不平衡分配等于降低了UPS的可用度。同理，柴油發(fā)電機(jī)組亦然。
可見，可用性是設(shè)備和系統(tǒng)節(jié)能、高效的表現(xiàn)，它體現(xiàn)的不僅僅是經(jīng)濟(jì)問題，可用性惡化到一定程度，會(huì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠性或安全性，給電信運(yùn)營企業(yè)帶來嚴(yán)重的損失。
3．可維護(hù)性
"分散供電，集中監(jiān)控"是通信電源專業(yè)的發(fā)展方向，設(shè)備的維護(hù)趨向簡單化，維護(hù)隊(duì)伍趨向精英化。人力資源成本占據(jù)了企業(yè)運(yùn)營成本的相當(dāng)比重，再者人員的增加給企業(yè)管理上帶來的麻煩亦相應(yīng)增加。90年代，閥控式密封鉛酸蓄電池取代了防酸隔爆鉛酸蓄電池，大大減少了維護(hù)工作量和維護(hù)人員工傷的機(jī)會(huì)；高頻開關(guān)電源和UPS的監(jiān)控功能參差不齊，蓄電池管理功能中浮充/均充自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能、充電限流功能、過放保護(hù)功能等基本功能較為普及，但能大幅度降低維護(hù)工作量的蓄電池定期放電（靜置）測(cè)試功能、蓄電池定期均充功能、各單體電池端電壓測(cè)量等功能只有個(gè)別品牌具備；柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)檢測(cè)、自啟動(dòng)、自投載、自補(bǔ)給、自撤載、自停機(jī)等功能的應(yīng)用亦受到電力部門的制約；UPS的自啟動(dòng)和自關(guān)機(jī)程序亦只有個(gè)別品牌做到，各設(shè)備"三遙"功能硬件、軟件支持程度、通信協(xié)議的規(guī)范與否均制約集中監(jiān)控或互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。人機(jī)界面是否直觀友好與可維護(hù)性密切相關(guān)；UPS的電路板塊實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，有助于縮短MTTF；高頻開關(guān)電源整流模塊、監(jiān)控單元的帶電插拔，亦有助于縮短MTTF，實(shí)現(xiàn)全前面板操作，有助于節(jié)省空間。設(shè)備的可維護(hù)性決定了近期、遠(yuǎn)期維護(hù)工作量和擴(kuò)展的空間，最終都影響運(yùn)營成本。
4．可持續(xù)性
近幾年，電力、電子領(lǐng)域的快速發(fā)展，作為電信運(yùn)營企業(yè)，不可能配備大量的檢測(cè)儀器、備品備件和培養(yǎng)大批的專職維修人員，維護(hù)人員的主要職責(zé)是按規(guī)程進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，修復(fù)一般性故障，保持備份設(shè)備的完好，保障供電不中斷，對(duì)于一些復(fù)雜的故障還得借助廠家的力量，要使設(shè)備能得到可持續(xù)性的服務(wù)主要看兩點(diǎn)：
(1) 產(chǎn)品市場(chǎng)保有量，尤其是在本地區(qū)的市場(chǎng)占有量。
(2) 供貨廠商的實(shí)力，諸如是廠家還是代理，幾級(jí)代理，代理年限，在本地區(qū)是否有維修服務(wù)站和備品備件倉庫，響應(yīng)時(shí)間等都能得到反映，很難想象向?qū)嵙伪〉墓┴洀S商購買一臺(tái)市場(chǎng)保有量低的設(shè)備能得到很好的服務(wù)。
5．安全性
這是一個(gè)可大可小的問題，輕者可至人為故障，重者可至供電中斷，甚至可至火災(zāi)、爆炸。我們姑且把安全性問題歸為以下三類
(1) 影響了同網(wǎng)設(shè)備或負(fù)載的使用
這一點(diǎn)發(fā)生在UPS的個(gè)案較多，典型例子是河南省電視廳安裝了一臺(tái)輸入功率因數(shù)為0.67的六脈沖整流120KVA UPS，致使非UPS供電的設(shè)備由于電網(wǎng)嚴(yán)重污染而不能投入使用，結(jié)果花了一年多的時(shí)間，才找出原因并解決了UPS對(duì)電網(wǎng)的污染，但造成很大的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失。又例，廣州鐵路集團(tuán)安裝了一臺(tái)UPS用于可視電話會(huì)議系統(tǒng)，兩者同處一室，由于屏蔽、接地、布線等施工環(huán)節(jié)欠妥，導(dǎo)致UPS對(duì)可視電話會(huì)議系統(tǒng)造成噪聲干擾而無法工作，最后通過綜合治理方才奏效。
(2) 存在操作安全隱患
操作界面沒有三級(jí)分權(quán)密碼保護(hù)，只要進(jìn)入界面就能隨意對(duì)任何的系統(tǒng)操作和參數(shù)修改，太可怕了，然而這還是眾多電源設(shè)備的共性。
機(jī)柜內(nèi)不同電位點(diǎn)沒有標(biāo)識(shí)，而且距離非常接近，有的少于2cm。1000A的蓄電池熔斷器居然不配滅弧裝置，亦屢見不鮮。
UPS能真正做到脫機(jī)維修的絕無僅有，要么帶電作業(yè)，要么停電維修。
(3) 產(chǎn)生明火或爆炸
機(jī)柜內(nèi)可以產(chǎn)生明火的部位不少，如變壓器、電感線圈等，最易產(chǎn)生明火的是交流輸入部分，有些廠家為了節(jié)省成本，象征性地裝一組*電狀的MOV器件用作防浪涌。該MOV一沒有熔斷裝置，二沒有脫扣裝置，三沒有滅弧填充物，四通流量小，五沒有前級(jí)空氣開關(guān)保護(hù)。遇上強(qiáng)大的雷電流必定起火燃燒，隨著使用年限的增長，漏電電流的增大，導(dǎo)致發(fā)熱，發(fā)熱后更增大了漏電電流，如此惡性循環(huán)，必定起火燃燒或短路爆炸。
蓄電池發(fā)生熱失控、膨脹、險(xiǎn)釀成爆炸事故亦時(shí)有所聞，一個(gè)完善的產(chǎn)品是允許出故障，不允許起火的。
三、 結(jié)束語
1．穩(wěn)定可靠性、可用性、可維護(hù)性、可持續(xù)性、安全性是客觀反映通信電源系統(tǒng)綜合質(zhì)量的五大要素，五者相互依存、相互制約、滿足一定的條件會(huì)相互轉(zhuǎn)化，最終的檢驗(yàn)應(yīng)該是穩(wěn)定可靠性和安全性。
2．通信機(jī)房最忌火，次忌癱，三忌浪費(fèi)，不顧此失彼，通盤考慮，有的放矢，才談得上營造一個(gè)高質(zhì)量的通信電源系統(tǒng)。雙總線熱備份和冗余并聯(lián)。其中并聯(lián)主從熱備份、互動(dòng)熱備份、互助熱備份和雙總線熱備份只對(duì)雙機(jī)有效，串聯(lián)主從熱備份和冗余并聯(lián)則可以雙機(jī)運(yùn)行和多機(jī)運(yùn)行。無論何種形式的雙機(jī)運(yùn)行設(shè)備冗余方案，最大可用度僅為50%。n+1串聯(lián)主從熱備份和冗余并聯(lián)隨著UPS臺(tái)數(shù)的增加可用度可逐次提高到66%～85%。
