彭大銘

（四川通信科研規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，成都 610041）

1 雙電源供電的必要性和可行性

近年來(lái)，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的扁平化，大量的話音和數(shù)據(jù)核心節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)平臺(tái)等向省級(jí)中心、集團(tuán)中心集中，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性提出了極高的要求。網(wǎng)絡(luò)安全是一個(gè)系統(tǒng)工程，作為電信通信的心臟，電源系統(tǒng)對(duì)于核心網(wǎng)絡(luò)的安全保障具有舉重輕重的影響。

對(duì)于UPS電源穩(wěn)定性差、故障頻發(fā)的天然不足，業(yè)界已有共識(shí)，已廣泛采取雙電源冗余供電提升系統(tǒng)安全性。對(duì)于直流電源系統(tǒng)，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為其很安全，一套直流電源足以保障通信網(wǎng)絡(luò)的安全，但安全性高并不等于不會(huì)發(fā)生故障，只是故障發(fā)生的概率較低而已，一套系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了其具有以下缺陷：

系統(tǒng)交流屏為全部外部電源輸入點(diǎn)，極易發(fā)生單點(diǎn)故障。從低壓柜（油機(jī)柜）到交流屏輸出端均為單一通路，前級(jí)輸出開(kāi)關(guān)、饋電導(dǎo)線、交流屏轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、母線任何一點(diǎn)發(fā)生故障，都將造成系統(tǒng)外部電源的缺失，最終結(jié)果就是電池放電終止、通信中斷。近年多次發(fā)生市電正常（因此油機(jī)發(fā)電機(jī)也不會(huì)啟動(dòng)），但低壓柜對(duì)應(yīng)的交流屏分路開(kāi)關(guān)脫扣、未及時(shí)合閘造成通信中斷（此類情形在動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控不完善、低端值守人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)日常維護(hù)的局點(diǎn)極易發(fā)生）。

集中統(tǒng)一的開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控存在系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。集中的監(jiān)控單元、協(xié)調(diào)一致的輸出特性控制是開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的特色，但任何事物都有兩面，在監(jiān)控單元及其外圍系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，極易造成系統(tǒng)癱瘓。前些年國(guó)內(nèi)某廠家的開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)系統(tǒng)就多次出現(xiàn)蓄電池充放電取樣回路斷路，監(jiān)控模塊誤判為蓄電池充電電流過(guò)大，降低整流模塊輸出至下限電壓，直流輸出完全依靠蓄電池放電維持，極易造成通信設(shè)備宕機(jī)。

統(tǒng)一的母線系統(tǒng)不具備抗短路能力。直流母排均采用大容量銅排制作，前后安裝在開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)上部，正負(fù)極母線母排之間、負(fù)極母排對(duì)即可距離都很小，在工程施工或日常維護(hù)時(shí)，稍后不慎，極易造成負(fù)極母排對(duì)正極母排或機(jī)殼短路，造成后端通信設(shè)備瞬時(shí)掉電。此外，后端大容量的負(fù)載如果距離直流屏較近、短路回路電阻較小，在后端大容量負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，也易形成直流輸出電壓凹口、造成其他負(fù)載瞬時(shí)掉電。

同處一室的設(shè)備環(huán)境不具備冗余能力。核心局站的開(kāi)關(guān)整流器模塊都采用前進(jìn)后出的強(qiáng)制風(fēng)冷方式運(yùn)行，整流器模塊前端都要安裝防塵濾網(wǎng)，一旦電源機(jī)房出現(xiàn)塵埃污染（例如施工、濾網(wǎng)清洗不及時(shí)等因素），造成整流器模塊進(jìn)風(fēng)口堵塞，整流器模塊就會(huì)通風(fēng)不暢、內(nèi)部溫度過(guò)高，模塊自動(dòng)減載運(yùn)行，直至關(guān)斷輸出，直接危及后端通信網(wǎng)絡(luò)的安全。電源機(jī)房走線架脫落、異物掉落擊打等意外因素也極易造成電源系統(tǒng)整體崩潰。

因此，對(duì)于重要的網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備采用雙電源系統(tǒng)供電是勢(shì)在必行。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商也已經(jīng)意識(shí)到了冗余供電的必要性，常用的、采用直流電源輸入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備普遍采用冗余電源輸入設(shè)計(jì)，這就為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備雙直流系統(tǒng)提供了可行性。

2 雙直流電源系統(tǒng)建設(shè)

傳統(tǒng)上直流電源都是采用單系統(tǒng)配置，《YD/T5040-2005，通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》針對(duì)直流電源設(shè)備的配置方案也是單電源系統(tǒng)的，目前還缺乏專門(mén)的針對(duì)雙直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。雙直流系統(tǒng)建設(shè)只能在滿足單系統(tǒng)規(guī)范的條件下，借鑒UPS雙系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范的規(guī)定。

2.1 開(kāi)關(guān)電源配置

參考UPS電源雙系統(tǒng)供電配置思路，開(kāi)關(guān)電源交流屏、直流屏、配套導(dǎo)線應(yīng)按照全部負(fù)荷加到單個(gè)系統(tǒng)上的需要配置，整流器模塊可采用如下兩種方式配置：

2N方式。單套開(kāi)關(guān)電源承擔(dān)全部負(fù)荷時(shí)，全部整流器模塊滿載輸出，系統(tǒng)無(wú)備用模塊；兩套系統(tǒng)均正常工作時(shí)，富余整流器模塊作為系統(tǒng)要求的備用模塊。

2（N+1）方式。整流器模塊按單套開(kāi)關(guān)電源承擔(dān)全部負(fù)荷加備用模塊配置。

按2（N+1）方式配置，系統(tǒng)安全性最高，但是考慮到，一是一個(gè)系統(tǒng)癱瘓、需要另一個(gè)系統(tǒng)承擔(dān)全部負(fù)荷畢竟是小概率事件，按2N方式運(yùn)行對(duì)安全性并無(wú)太大影響；二是2N方式配置的主用模塊包含了充電所需容量，蓄電池充電是小概率事件，在蓄電池不充電時(shí)，這部分模塊實(shí)際可以作為備用模塊，因此，如無(wú)特別高的安全性要求，采用2N方式已可以滿足安全性要求。

為防止開(kāi)關(guān)電源設(shè)備在特殊條件下癱瘓，雙電源系統(tǒng)配置的兩套開(kāi)關(guān)電源設(shè)備應(yīng)盡量選用不同廠家、不同型號(hào)的設(shè)備。

在一個(gè)直流系統(tǒng)突然崩潰時(shí)，通信負(fù)載瞬間全部加到另一個(gè)直流電源系統(tǒng)，雙系統(tǒng)所配置的整流器模塊應(yīng)具備良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，負(fù)載階躍引起的直流輸出電壓變化后的恢復(fù)時(shí)間、電壓超調(diào)量不應(yīng)超過(guò)《YD/T731-2008，通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器》的規(guī)定限值。

2.2 蓄電池配置

蓄電池主要功能是在整流器輸出中斷時(shí)提供短暫的直流輸出，其配置時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)直流電源系統(tǒng)的安全性并無(wú)特別的影響。尤其是后端設(shè)備是IT類高發(fā)熱設(shè)備時(shí)，這些設(shè)備對(duì)空調(diào)允許中斷時(shí)間要求較短，即使電源輸入正常，設(shè)備也可能因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高而宕機(jī)。可以借鑒的是，針對(duì)UPS后備蓄電池組后備時(shí)間，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TIA-942、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008的要求都是不小于15min即可，而YD/T5040-2005要求的蓄電池后備時(shí)間最短也是1h，按單套系統(tǒng)蓄電池承擔(dān)兩套系統(tǒng)負(fù)荷折算，其后備時(shí)間也不低于15min。因此，單套電源系統(tǒng)后備蓄電池組的后備時(shí)間按單套（即一半負(fù)荷）配置即可。

但是要特別說(shuō)明的是，蓄電池組單體電池的放電性能、電池內(nèi)部及外部連接導(dǎo)體、電池組至直流屏的連接導(dǎo)線、直流屏電池熔絲均需考慮到最大負(fù)荷輸出時(shí)的需要。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝

直流雙電源系統(tǒng)應(yīng)保持供電拓?fù)渖系娜酞?dú)立。直流雙電源系統(tǒng)宜從不同的低壓系統(tǒng)、油機(jī)系統(tǒng)引入電源，獨(dú)立輸出至負(fù)載配電柜，其間不得有交叉互連。

兩套直流電源系統(tǒng)安裝位置及布線應(yīng)保持獨(dú)立。兩套直流電源的開(kāi)關(guān)電源、蓄電池應(yīng)安裝在不同的房間內(nèi)，兩套系統(tǒng)的輸入、輸出導(dǎo)線應(yīng)分走不同的路由。

3 通信設(shè)備二次電源類型及對(duì)應(yīng)解決方案

直流電源系統(tǒng)搭建完成之后，就是雙電源系統(tǒng)和通信設(shè)備如何連接了，首要的工作就是摸清通信設(shè)備二次電源的運(yùn)行方式，然后再據(jù)此提供相應(yīng)的連接方案。

（1）類型A：?jiǎn)坞娫茨K、單路電源輸入。通常為小功率的低端設(shè)備，不宜接入雙電源，如設(shè)備特別重要，可參考以下類型B設(shè)備處理。

（2）類型B：?jiǎn)坞娫茨K、隔離雙路輸入。兩路電源相互隔離，可提供雙電源輸入，如圖1所示。

圖1 類型B

（3）類型C：?jiǎn)坞娫茨K、互連雙路輸入。兩路電源直接連接到電源模塊，此種方式相當(dāng)于將兩套獨(dú)立的雙電源系統(tǒng)連接為一個(gè)系統(tǒng)，存在巨大隱患，不能接入雙電源，只能選擇一路電源接入，如圖2所示。

圖2 類型C

（4）類型D：電源模塊2主1備、3路輸入。3個(gè)電源模塊中，必須有兩個(gè)電源模塊工作正常，通信設(shè)備才能正常工作。此類情況下，應(yīng)將2個(gè)主用模塊分別連接到兩套電源系統(tǒng)，第三個(gè)電源模塊采用隔離二極管同時(shí)接入兩個(gè)電源系統(tǒng)（同類型B），如圖3所示。

圖3 類型D

（5）類型E：2個(gè)主用電源模塊、2路輸入。此類設(shè)備盡管配置兩個(gè)電源模塊、也采用兩路電源輸入，但其兩個(gè)電源模塊只能各承擔(dān)一半的功率，需要兩個(gè)電源模塊均正常工作時(shí)，設(shè)備才能正常工作，模塊間不具備備用功能，因此，這類設(shè)備實(shí)質(zhì)是類型A設(shè)備的一種變異。在電源連接時(shí)，必須將其兩路電源都連接至同一電源系統(tǒng)；如盲目連接至兩個(gè)電源系統(tǒng)，反而增大了設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。

圖4 類型E

（6）類型F：電源模塊n主n備（n=1、2、3…）、雙路輸入。雙電源系統(tǒng)的理想形式，通常是中高端的大中型設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)處理能力強(qiáng)。在連接時(shí)，應(yīng)核實(shí)此類設(shè)備的主備用電源模塊，將主備用模塊分解接入不同的直流電源系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 類型F

對(duì)于存在B、D類設(shè)備的供電系統(tǒng)，應(yīng)匯總其功率需求，將單路負(fù)載相對(duì)均衡地分配到兩個(gè)電源系統(tǒng)，并特別注意，應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)功能存在“與”關(guān)系的通信負(fù)載分配到一個(gè)直流系統(tǒng)。

對(duì)于初次使用的通信設(shè)備，其內(nèi)部電源結(jié)構(gòu)是哪種方式的，往往是不清楚的，廠商的現(xiàn)場(chǎng)支撐工程師很多時(shí)候也不清楚，這就需要（按照后文的方法）進(jìn)行加電測(cè)試確認(rèn)。

4 加電測(cè)試與運(yùn)行

4.1 電源系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)于雙系統(tǒng)運(yùn)行的直流系統(tǒng)而言，電源系統(tǒng)的測(cè)試除了執(zhí)行常規(guī)單系統(tǒng)的測(cè)試項(xiàng)目外，還應(yīng)進(jìn)行如下設(shè)置和測(cè)試：

開(kāi)關(guān)電源參數(shù)設(shè)置。在不影響設(shè)備運(yùn)行壽命和安全性的條件下，應(yīng)盡量將兩套開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓、蓄電池溫度補(bǔ)償系數(shù)、蓄電池均衡充電周期及持續(xù)時(shí)間等參數(shù)保持一致。

整流模塊的休眠功能。雙電源系統(tǒng)配置的整流器模塊在正常狀態(tài)下均有較大富余，整流器可能工作在較低的區(qū)間。整流器的休眠功能可實(shí)現(xiàn)在負(fù)載率較低時(shí)關(guān)閉多余的模塊，在負(fù)載率上升時(shí)，又喚醒休眠的模塊，可有效提升電能轉(zhuǎn)換效率、降低電源變換損耗，但啟用休眠功能后，開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)也存在休眠模塊不能喚醒的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行具有一定的潛在影響。因此，應(yīng)對(duì)此進(jìn)行專題論證，在節(jié)能效益和安全性之間進(jìn)行取舍；在較大的有專業(yè)人員值守的核心局站，也可以考慮關(guān)閉休眠功能，人工進(jìn)行模塊的啟停。

突加負(fù)荷測(cè)試。測(cè)試每一個(gè)直流電源突然加上或撤出另一個(gè)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的負(fù)荷（約為總負(fù)荷的50%）時(shí)，系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。

4.2 通信設(shè)備加電測(cè)試

電源系統(tǒng)測(cè)試完畢之后，就需要對(duì)后端通信設(shè)備的電源性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路如下，主要測(cè)試內(nèi)容包括：

測(cè)試通信設(shè)備二次電源模塊是否具有主備用功能。通信設(shè)備主備用輸入端分別加上額定電壓的直流電源，通信設(shè)備如能正常啟動(dòng)運(yùn)行，斷開(kāi)兩路電源的一路電源或?qū)⑵渲幸宦冯娫措妷赫{(diào)整到低于設(shè)備允許工作電壓下限，正常輸入的電源如能支持通信設(shè)備正常運(yùn)行，則此設(shè)備支持主備用電源輸入。

測(cè)試通信設(shè)備二次電源模塊的類型。兩路直流電源正常輸入，調(diào)整其中一路直流電源系統(tǒng)的輸出電壓（保持在通信設(shè)備的工作電壓范圍內(nèi)），如兩套直流電源輸出電流均不隨輸出電壓變化，則后端所有負(fù)載均為類型A、E、F型設(shè)備；反之，則存在其他類型的設(shè)備，需要向后端查找，直至找出引起電流變化的設(shè)備，并進(jìn)一步測(cè)試、分析。首先斷開(kāi)此類設(shè)備一路輸入電源，測(cè)試輸入電流是否超過(guò)設(shè)備額定電流，再拔出設(shè)備所有電路插板，測(cè)試是否輸入電流，還可測(cè)試兩路負(fù)極輸入端之間的靜態(tài)直流電阻是否接近于零，如幾種情況存在，則此設(shè)備內(nèi)可能將兩路電源直接并聯(lián)在一起，應(yīng)在核實(shí)后按單電源設(shè)備處理。

5 運(yùn)行管理

針對(duì)存在類型B、D的供電系統(tǒng)而言，設(shè)備運(yùn)行管理中應(yīng)關(guān)注以下問(wèn)題：

5.1 蓄電池在線核對(duì)性放電

根據(jù)電源維護(hù)規(guī)程，每隔一定的時(shí)間電源系統(tǒng)都要進(jìn)行蓄電池核對(duì)性放電，對(duì)于雙電源系統(tǒng)而言，理想的情況就是兩個(gè)系統(tǒng)的蓄電池組一個(gè)放電、一個(gè)維持正常荷電后備。但是由于電源系統(tǒng)中存在B、D類雙電源負(fù)載，總是輸出電壓高的系統(tǒng)輸出電流大，導(dǎo)致電池?zé)o法持續(xù)對(duì)這兩類負(fù)載放電。在這兩類負(fù)載占比較小時(shí)，仍可采用單組電池放電方式，實(shí)際放出電量需要借助開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控模塊或動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；否則，可采取兩套系統(tǒng)同時(shí)放電方式。為了彌補(bǔ)放電時(shí)安全性不足的缺陷，可將開(kāi)關(guān)電源工作電壓設(shè)置在接近預(yù)期放電停止電壓（但高于通信設(shè)備電壓下限），并保持市電、油機(jī)設(shè)備的正常工作，防止突然的交流電源中斷。

5.2 關(guān)注通信設(shè)備二次電源隔離二極管

B、D類設(shè)備之所以不是C類設(shè)備，正是因?yàn)槠漭斎攵舜嬖诟綦x二極管，這是兩路電源隔離的關(guān)鍵。因此，在運(yùn)行階段，應(yīng)特別關(guān)注隔離二極管的安全性，定期測(cè)試是否擊穿、斷路。

5.3 電源系統(tǒng)正極及工作接地不再獨(dú)立

B、D類設(shè)備的兩路直流電源正極是在輸入端直接并聯(lián)的，并聯(lián)的結(jié)果是兩套直流電源的正極及工作接地回路不再獨(dú)立，系統(tǒng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。理論上易造成雷擊或電源故障過(guò)電流，易遭受差模噪音干擾和瞬態(tài)影響。因B、D類設(shè)備容量較小，輸入電源線徑也較小，且核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備往往位于電磁環(huán)境較好的通信樞紐內(nèi)，目前還未觀察到此連接方式帶來(lái)的明顯不利影響，需要在工程實(shí)踐中持續(xù)關(guān)注。

6 小結(jié)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息的高度依賴、通信網(wǎng)絡(luò)的高速扁平化對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)提出了越來(lái)越高的要求，核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直流雙電源供電是社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的必然產(chǎn)物，必將日益廣泛、安全地應(yīng)用到通信網(wǎng)絡(luò)中，更好地推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和民生改善。

[1]YD/T 5040-2005. 通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]YD/T 731-2008. 通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器[S].

[3]GB 50174-2008. 電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]TIA-942.數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]YD/T 1970.10-2009.通信局（站）電源系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)要求,第10部分：閥控式密封鉛酸蓄電池[S].

[6]相關(guān)廠家產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)[Z].