通信局(站)直流電源系統(DCPS,Direct Current Power Supply System,通常簡寫為“DC”),也稱直流供電系統,是通信系統用電能的一種。依據我國通信行業標準YD/T 1051《通信局(站)電源系統總體技術要求》的規定,通信局(站)的基礎電源分交流基礎電源和直流基礎電源兩種。其中,向各種通信設備和二次變換電源設備或裝置提供直流電壓的電源稱之為通信局(站)用的直流基礎電源。
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一、概述
1、直流電源系統的標稱電壓等級
我們知道,傳統的通信設備都采用低壓直流供電,早期有用60V、24V,目前幾乎全部采用-48V供電。根據2018年版的YD/T 1051標準,通信局(站)直流供電系統的電壓等級種類已結束了2010年版的過渡方案(詳見下表1-1-1),即取消了24V電壓等級,增加了直流高壓等級,因此,通信局(站)直流供電系統的標稱電壓等級的種類詳見下表1-1-2中。
表1-1-1:YD/T 1051-2010的直流基礎電源電壓等級的過渡方案
表1-1-2:目前通信局(站)直流供電系統的標稱電壓等級種類
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2、直流電源系統的電壓等級的選擇
依據表1-1-2的直流電壓的等級種類,按直流電壓的等級不同,目前可以將通信局(站)直流電源系統分為低壓直流電源系統和高壓直流電源系統。所謂低壓直流電源系統是指傳統的通信設備仍然使用低壓(如48V)直流供電的系統。而高壓直流電源系統則是指數據設備使用的高壓(如240V、336V等)直流供電系統。根據YD/T 1051標準要求,目前標稱直流電壓等級種類的選擇原則詳見下表1-2中,即也是2018年版的電壓等級過渡方案,與表1-1-1的2010年版的過渡方案有很大的不同。隨著通信電源技術的發展,將來有可能通信局(站)的所有通信設備都將采用高壓直流供電。低壓直流電源系統和高壓直流電源系統在下述的直流電源系統的供電方式和系統設備的組成等基本上是相同的。
表1-2:標稱直流電壓等級種類的選擇原則
需要說明的是,關于直流高壓的電壓等級,在ITU-T的建議L.1200中是有所專門規定和要求的,稱之為P接口電壓等級。
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3、關于高壓直流電源系統
而由于傳統通信系統與計算機通信系統的高度融合,使得通信機房內(尤其是IDC機房)出現了大量的信息通信設備或稱之為數據設備,如服務器、路由器、數據交換機等等。這些設備原來都是采用交流電源直接供電,為了保證交流電源供電的可靠性,往往采用了大量的不間斷電源系統(UPS)。但由于UPS存在多種運行方式(冗余方式),使得系統復雜,帶來建設投資大、運行維護工作量大,另外,其系統的總體效率和可靠性也相對較低。鑒于此,高壓直流供電系統應用而生,代替UPS直接向這些數據設備直接提供直流供電,為了不用對數據設備進行改造,直接選用電壓等級為240V,或選用336V的電壓等級。高壓直流供電系統與低壓直流供電系統一樣,同樣是由整流設備、直流配電設備和蓄電池組等組成,但有其自己獨有的特點。
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二、直流電源系統的供電方式的種類與選擇
對于直流電源系統的供電方式,有多種分類及種類,一是按其直流電源設備的配置及設備的安裝地點可分為集中供電方式和分散供電方式。二是按蓄電池組的運行方式可以將直流供電方式分為三種:充、放電制供電方式;半浮充制供電方式;全浮充制供電方式(對于直流高壓系統稱為懸浮充制)及移峰填谷運行方式。三是其它方式,如雙路混合供電方式、DC/DC變換器供電方式;等等。
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三、直流電源系統的設備組成
通信局(站)直流電系統的設備組成應包括換流設備(含包括整流設備、直流-直流變換器設備);配電設備(含輸入配電設備和輸出直流配電設備及直流配電列柜)和通信用蓄電池組等。
1、整流設備
整流設備是將220V/380V交流電源轉換為標稱電壓的直流電源的電流變換設備,它的輸入交流接自通信用交流配電屏,其輸出接自于直流配電屏。為了節能和整流效率,目前通信用整流器采用的是高頻開關整流器,已淘汰了早期使用的相控整流器。高頻開關整流器由整流模塊和監控模塊等組成。由于目前直流電壓等級種類有高壓直流和低壓直流,由此整流器也分為高壓直流整流器和低壓直流整流器。
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2、配電設備
直流配電柜(屏)的作用是集中有效的分配、控制和監視直流電源對用電設備的供電。它的輸入連接至整流器,其輸出除了直接向使用直流電源的通信設備分配用電外,還有可能向逆變設備供用電。另外,直流配電設備還有一種形式,就是與專用的通信設備安裝(列頭、列尾或列中)在一列的,稱之為直流電源配電列柜。直流電源配電列柜是向本列的通信設備分配直流電源。
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由于整流器的輸入交流電源是從交流配電屏接入的,所以在通信機房內,尤其是采用分散式直流供電方式,與整流器設備一起安裝使用由交流配電屏。嚴格意義上說,通信用交流配電屏應屬于交流電源系統中設備的組成。
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另外,對于直流電源系統的直流配電方式,分為高阻配電方式和低阻配電方式。通常情況下是選用高阻配電方式的。
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3、電池組
在通信用直流供電系統中,之所以配備蓄電池組,是為了提高和保證直流供電系統的可靠性。在通信用直流供電系統中,通信用蓄電池也稱為備用直流電源。通常是把蓄電池組并聯與整流器的輸出端,即直流配電屏的輸入端。在交流電源供電正常時,由整流器經變換為直流電源向負載(用電通信設備)供電,一旦交流電源中斷,則由電池組直接向負載進行直流供電,確保直流電源供電的不間斷。另外,在正常的交流電供電時,整流器向負載供電的同時,還向蓄電池組全浮充充電,并且并接在整流器輸出端的電池組對整流器變換輸出的直流電電源起到濾波作用,更有利于輸出直流電壓為無紋波直流電壓。
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在通信電源系統中所使用的蓄電池組多是鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池可以做成大容量蓄電池。早期使用的是開口固定防爆鉛酸式蓄電池,目前已發展為閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)。正是由于VRLA的采用,使得通信直流電源系統由原來的集中供電方式變為現在的分散供電方式。VRLA具有不用配液換液,密封無酸氣泄漏、免維護等特點。
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鉛酸蓄電池只是通信用蓄電池常用的一種,隨著電池技術的發展,其他型式的蓄電池也將逐漸被采用,如磷酸鐵鋰電池、氫燃料電池等。
通信用蓄電池往往是由單體蓄電池(其標稱電壓2V或6V或12V),組裝為額定容量、額定電壓值的蓄電池組,且通常是電池組1+1備份配備。
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4、直流-直流變換裝置
所謂直流-直流變換裝置是指,將一標稱值輸入直流電壓變為另一種標稱值直流電壓輸出的設備或器件。根據直流-直流變換裝置的使用用途不同,可分為直接向通信設備供電的直流-直流變換設備,和模塊化直流-直流變換器件。而直流-直流變換模塊電源往往是安裝在通信設備內部的電路板上。而直接向通信設備供電的直流-直流變換設備,通常是在通信機房內只有一種直流電源(如48V),且機房安裝有另一種直流用電(如12V)的通信設備,此時往往采用直流-直流變換設備。直流-直流變換設備才是通信局(站)直流電源系統的組成部分。
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另外,在我國多個標準中對上述直流電源系統的設備配置都有詳細的規定要求。
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四、新能源直流供電系統
為了實現節能減排的理念,在通信用電源系統也在不斷嘗試著利用清潔、自然的新能源,如太陽能、風能發電系統等。太陽能、風能發電系統的輸出都是直流電源,因此,它們也應成為通信局(站)用直流電源系統的組成部分。但由于太陽能、風能發電系統的容量相對較小,一般用于邊遠的小型通信局(站)。
欲詳細了解新能源直流供電系統相關要求的請進入:太陽能發電系統;風能發電系統
另外,我國通信行業系列標準YD/T 1970.3《通信局(站)電源系統維護技術要求 第3部分 直流系統》規定了通信局(站)直流電源系統的維護技術要求。 欲詳細了解YD/T 1970.3直流電源系統維護技術具體要求的請進入。 欲進一步了解通信用交流電源系統介紹的請進入。