通信动力基础知识

第二部分通信动力基础知识第一节通信动力系统概述通信电源系统的组成电信局(站)的电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成,其组成方框示意图如下所示：一、交流供电系统交流供电系统由主用交流电源、备用交流电源、高压开关柜、电力降压变压器、低压配电屏、低压电容器屏和交流调压稳压设备及连接馈线组成的供电总体。主用交流电源均采用市电。为了防备市电停电,采用油机发电机等设备作为备用交流电源。大中型电信局采用1OKV高压市电,经电力变压器降为380V/220V低压后,再供给整流器、不间断电源设备(UPS)、通信设备、空调设备和建筑用电设备等。小型电信局(站)则一般采用低压市电电源。二、直流供电系统在电信局（站）中，一般把交流市电或发电机产生的电力作为输入，经整流后向各种电信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电的电源称为直流电源。由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体称为直流供电系统。高频开关整流器在技术上先进,具有小型、轻量、高效、高功率因数和高可靠性等显著优点。高频开关整流器机架的输出功率大,机架上装有监控模块,与计算机相结合,组成新一代智能型电源设备,正在逐步替代晶闸管整流器。阀控式密封铅酸蓄电池是一种新型的蓄电池,使用过程中无酸雾排出,不会污染环境和腐蚀设备,蓄电池可以和电信设备安装在一起,平时维护比较简便,不需加酸和加水。蓄电池体积较小,可以立放或卧放工作,蓄电池组可以进行积木式安装,节省占用空间。三、接地系统为了实现各种电气设备的零电位点与大地有良好的电气连接,由埋入地中并直接与大地接触的金属接地体(或钢筋混凝土建筑物基础组成的地网)引至各种电气设备零电位部位的一切装置组成接地系统,即由接地体、接地引入线、接地汇集线和接地线组成。电信电源按照接地系统的用途可分为工作接地、保护接地和防雷接地。按照安装方式可分为分设的接地系统和合设的接地系统。第二节动力设备功能概述一交直流设备原理及典型设备大、中型电信局变压器容量较大，它的高压配电系统比较复杂，需要用高压开关（包括隔离开关和负荷开关）或真空断路器来断开或保护线路。变电站内高压配电系统，一般是由10kv/380v配电变压器、高压开关、高压熔断器、阀式避雷器、高压母线及测量仪表等组成。有的变电站还采用高压开关柜、高压计量、高压自动切换等控制设备。两路高压进线的交流供电系统：较大容量的电信局为确保供电可靠，一般都用两路高压进线方式。两路10kv高压市电，分别经计量柜到高压母线、高压开关柜、变压器，将高压10kv降为380v的低压市电，再经低压母线，接到各分路低压配电柜上。在高压母线上接有避雷器作为变电站防雷保护(10Ω)。两路市电的转换可由低压侧开关进行联络，并有电气联锁和机械联锁性能。当市电Ⅰ停电时，切换到市电Ⅱ供电，反之，由市电Ⅰ供电。同时在低压端还有备用油机电输入。市电和油机电之间也具有机械和电气联锁性能。当两路市电都停电的情况下，由油机电负责供电。通过市电Ⅰ、市电Ⅱ和油机电之间的倒换操作，确保设备供电的可靠性。典型的设备组成：高压进线柜、高压计量柜、高压避雷柜、高压出线柜、电力变压器、高压自动切换设备、高压二次操作电源系统等。电网变压器是变电所降压设备（10kV/0.4kV），分为油浸式变压器和干式变压器。电网变压器低压侧联结组别的传统方法为Y型（Y/Y0~12），目前已普遍采用D型（△/Y0~11），此种变压器抗干扰能力强，在通信电网中被普遍采用。电气参数：a、额定容量，变压器副绕组的额定电压U2与额定电流I2的乘积称为变压器的额定容量（KVA）；b、变压器的效率，变压器的输出功率与输入功率的比值即为变压器效率（η）；c、阻抗电压，表示变压器次级绕组在额定运行情况下电压的降落；d、电力变压器组别联结，在三相变压器里，原、副绕组可以接成星形（Y）或接成中性线引出的星形（Y0）以及接成三角形（△）。通信网变压器容量的确定：变压器的视在功率的计算公式为：S=K√∑P2＋（∑Q－Qk）2（kVA）式中K：同时系数，通常取0.85~0.90∑P：依据生产用电设备和生活用电设备的有功功率，并考虑其需要系数，从而计算总的最大有功功率（kW）∑Q：总的最大无功功率（kVar）Qk：位移功率因数补偿电容器容量（kVar）两台或多台变压器并联运行时，应具备下列基本条件：a、参与并联工作的变压器原边与副边额定电压应相等（即变压比相同），允许偏差＜±5％；b、参与并联工作的变压器联结组别应该一样；c、参与并联的变压器的最大容量与小容量不超过3:1。目前各端局在用的高压变配电设备主要有：西门子、ABB、施耐德等品牌。典型设备分析西门子8BK20可移开式断路器的开关装置确保运行人员安全该金属结构能够通过内部电弧故障试验的考核只有在柜门关闭或无法接近带电体的情况下，才可操作断路器在柜门关闭时或不必接近带电体，即可测试柜内是否有电安全操作、维修方便设有完善的机械联锁，不会发生任何误操作可选择远动控制方式经运行证实，先进的真空开关制造技术可确保真空灭弧室无需维修，操作机构仅需少量的维护采用标准原器件，可方便地满足用户维修工作的需要能最大限度地不受气候与环境的影响全部封闭，防护等级高，能阻止外部颗粒的侵入绝缘子表面防污能力强技术数据（最大值）11.5KV工频耐受电压雷电冲击耐受电压额定短路开断电流额定热稳定电流1秒3秒额定短路开合电流母线额定电流开关柜额定电流42kV75kV31.5/40/50kA31.5/40/50kA25/31.5/40kA80/100/125kA4000A4000A电信设备所需的交流电源宜利用市电作为主用电源，大容量局（站）低压配电设备作为接收与分配低压市电和备用油机发电机组电源而设置。市电低压交流供电系统是由低配室市电低压交流供电系统及通信电力机房的市电交流供电系统两部分组成。低配室市电低压交流供电系统间均设有母联开关设备，以保证其供电的可靠性。低配室的市电低压交流供电系统主要是对电信局（站）内的所有建筑负荷（空调、动力、照明等）及通信电力机房所需的交流电源供电。通信电力机房的市电交流供电系统负责为各类通信设备配套的交流电源设备供电。从供电的可靠性、经济性、高层大面积电信枢纽楼供电适用性及便于维护方面的考虑，市电供电电源与备用电源的切换应在低压配电室进行。低压设备包括低压配电屏、油机发电机组控制屏、市电和油机发电机组电源倒换屏等设备。典型的设备组成：低压进线柜、低压联络柜、低压电容补偿柜、低压配电输出柜、低压二次控制电源系统等。目前各端局在用的低压配电设备主要有：广电、海滨、ABB等品牌。MNS低压开关成套设备主要特点开关柜为组合装配式结构，柜架全部结构件均采用敷铝锌板，通过锁紧螺钉互相连接成基本框架，具有机械强度高、防腐蚀、不会生锈等特点。一次导线动触头、接触面由原来的线接触改为面接触，触头与导线连接处改用常用的线鼻子结构，使其连接处应力分散，接触面增加，温升大大降低。抽屉单元回路较多，可装置多个功能单元。同时功能单元的结构件是用模制的阻燃型塑料件组成，具有重量轻、绝缘性能好的固定特点抽屉单元具有可靠的机械联锁功能，（即：抽屉具有移动位置、试验位置、分断位置、连接位置和分离位置）。机械联锁装置上操作手柄和主断路器的操作手柄，能同时被三把挂锁锁住。垂直母线为50×30×5的角尺型铜母线，其额定工作电流为800—2000A，被嵌装于用阻燃型塑料制造的功能壁中，带电部分的防护等级达IP20，用户免于维修。二开关电源原理及典型设备市电经整流后向电信设备提供直流基础电源，这是最主要的直流电源。在市电停电时，为了对电信设备连续不断地供电，采用备用交流发电机发电，也要经整流后向电信设备提供直流电源。现代电信系统对直流供电电压的质量要求很高，电压不允许瞬间中断，且其波动、瞬变和杂音应小于允许的范围。对直流供电系统要做到少维护和集中监控。直流供电系统的设备主要由整流器、蓄电池组和直流配电屏等构成。整流器时将交流配电屏引入的交流电变换为直流电的装置，其输出端通过直流配电屏与蓄电池组和负载相连接，向通信设备提供直流电源。传统的晶闸管相控整流器工作频率低，要求变压器的滤波元件的体积大、重量重和耗能多，随着大功率器件和微电子技术的发展，高频开关整流器已逐渐取代晶闸管相控整流器。高频开关整流器也称为无工频变压器整流器，主要由三部分组成：主电路、控制电路和辅助电源。其工作原理是市电直接由二极管整流后，经功率因素校正电路，功率变换电路，把直流电源变换成高频率的交流电，再经高频整流成通信设备需要的低电压直流电源（－48V）。典型的设备组成：交流配电屏、整流机架、整流模块、直流配电屏、SPSC控制器等。目前各端局在用的高压变配电设备主要有：西门子开关电源系统、中达开关电源系统等。西门子GR6048V/120A西门子60系列整流模块48V/120（GR）用于给通信设备供电。它采用并联热备用方式，即GR、蓄电池和负载在任何工作状态下都是并联的。模块也可以采用直流供电方式。由于交直流之间具有良好的电气隔离，因此也适用于TNV（电信网路电压）电路中。开关技术和先进元器件的应用，提高了模块的功率密度却无损其使用寿命。模块内部装有高效的有源在线滤波器，这样模块可以从交流系统吸收正弦波电流，这就意味着备用油机的能量可以100％的利用。由于具有浪涌电流限止功能，模块能够满足共用电网的传导EMI要求。在直流－直流变换器中使用了软启动零电压开关（ZVS）技术，模块效率可高达92％，并且降低了功率半导体器件的负载。模块的直流输出具有短路保护。模块使用高频准谐振技术和优化的稳压电路，即使在输出端负载跃变的情况下，也能提供极其稳定的电压。模块的外形为19’抽屉式设计，面板后面有连接器插座X1（连接交流），X2（连接直流），X3（信号和控制），X4（软件更新接口）。将几个模块并联安装在专门设计的机架中，就能组合成额定电流为240A至4800A的各种电源系统。机架包括一些必备的中央单元用以连接市电、蓄电池、负载以及系统的控制、信号和监控功能。GR由三个相同的单相模块组成，每个都装有一个有源在线滤波器，一个输出滤波器，一个智能化控制单元。后者控制系统中功率半导体器件的工作和各并联整流模块的相互作用，它还能在GR和系统控制之间交换数据和指令，这样，通过选择适当的软件可以满足系统特殊的要求。软件更新只要通过X4连接器并使用专门为此设计的软件更新盒PG60就能完成了，GR开启时，新装的软件就会自动激活。三蓄电池原理及典型设备蓄电池是一种化学电源，它的构造可以是各式各样的，从原理上讲，所有的电池都是由正极、负极、电解质、隔离物和容器组成的，其中正、负极的活性物质和电解质起电化反应，对电池产生电流起着主要作用。在电池内部，正极和负极通过电解质构成电池的内电路，在电池外部接通两极的导线和负荷构成电池的外电路。电池通过内电路进行活性物质的氧化、还原反应，经外电路形成电池的充、放电循环。蓄电池可以反复多次充电、放电，循环使用，具有使用寿命长，成本较低，输出能量较大，放电是电压下降较慢的优点。典型的设备有：开关电源配套蓄电池（2V）,UPS配套蓄电池（12V）。目前各端局在用的蓄电池主要有：阳光、非凡、华达、海宝等品牌，容量为1000Ah～3000Ah。阀控式密封铅酸蓄电池在充放电过程中的化学反应如下：PbO2+2H2SO4+Pb==PbSO4+2H2O+PbSO4二氧化铅硫酸铅硫酸铅水硫酸铅正极活物质电解液负极活物质正极活物质电解液负极活物质放电时：正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅，电解液中的硫酸浓度降低；放电时：硫酸铅通过氧化还原反应分别恢复成二氧化铅和海绵状铅，电解液中的硫酸浓度增大。四UPS原理及典型设备UPS为UninterruptiblePowerSystem的缩写与代称。它是一种交流不间断供电电源系统。随着通信技术的快不断发展，许多重要的用电设备，如计算机、通信设备等对供电质量的要求越来越高，不仅要求供电不产生瞬间中断，还要求