第一二讲 通信电源简介

1、1 通信电源系统简介 一、通信电源概述 二、通信电源系统的组成 三、通信电源系统的发展 四、UPS系统 2 一、通信电源概述 1、通信局（站）供电的特点 重要性，供电中断造成的损失大。 复杂性，高稳定电源的实现环节多。 供电种类多：220V/380V、48V、24V等。 供电对象多：通信设备采用直流供电。 局内建筑采用交流供电。 监控、计费等采用UPS供电。 3 一、通信电源概述 2、通信电源的作用 提供满足通信设备要求的工作电源 电源的安全、可靠是保证通信系统正常运 行的重要条件，好比通信系统的心脏，是 不允许中断的。 电源中断将使整个通信系统陷入瘫痪，带 来巨大的经济损失和严重的社会影响。

2、 4 一、通信电源概述 3、通信系统对电源的基本要求 可靠性高； 要求在各个环节多重备份，保证可靠性。 稳定性高； 电压波动范围、杂音和瞬变电压满足要求。 效率高； 寿命长，电费成本低。 可维护性好； 自动化、智能化、模块化 5 一、通信电源概述 4、目前常用的直流供电系统 -48V供电。 目前为主流的供电制式。 采用-48V供电的原因： 平衡设备电位，作为良好的电位参考点，降低通 信的噪声； “+”极接地减小电缆、设备电化学腐蚀。 +24V供电； 个别设备仍采用，如ERICSSON 的GSM基站， 自动控制系统中的控制部件。 6 二、通信电源系统组成 1、组成框图 高 低 压 配 电 市 电

3、 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 UPS 交流设备 防雷与接地系统动力与环境集中监控 7 二、通信电源系统组成 2、各组成部分的作用 高低压配电： 主要有高压配电设备、变压器、低压配电设备组成， 实现市电高低压转换和低压电能分配。 油机： 柴油发电机组，在市电停电期间提供备用交流电源。 交流配电屏： 输入市电或油机电，为各路交流负载分配电能。 UPS: 交流不间断电源系统，提供稳定可靠的交流电源。 8 二、通信电源系统组成 整流器 电源系统的关键设备，将交流电转变为直流电，一方面 通过直流配电屏给通信设备供电，

4、另一方面给蓄电池组 充电。 蓄电池组 交流中断时提供直流电，是直流不间断供电的基础条件。 直流配电屏 为不同容量的负载分配电能，并在负载异常时产生告警 和保护，降低对其它通信设备的影响。 变换器 DC-DC变换，提供满足通信设备要求的电源。 9 二、通信电源系统组成 n几个常用定义 DCDC ACAC DC-DC变换器 输入 输出 逆变器 整流器 调压或变频器 10 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 10KV 380V 48V A、正常工作 3、各部分工作过程 11 高 低 压 配 电

5、 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 10KV 380V 48V B、市电停电，油机尚未启动 3、各部分工作过程 12 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 10KV 380V C、油机启动 3、各部分工作过程 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 48V 13 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 10KV 380V 48V D、市电

6、来，进入正常工作 3、各部分工作过程 14 三、通信电源系统的发展 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 UPS 交流设备 1、集中供电方式 保证建筑负荷 通信空调 一般建筑负荷 15 n1）几个常用术语 保证负荷：在市电中断的过程中应该由备用电 源进行提供，供电等级高，如设备、空调、 机房照明、消防。 一般负荷：办公用房、电梯、土建其他用电。 保证照明：对应机房内的照明负荷。 一般照明：对应一般负荷。 事故照明：保证人员继续工作的照明 应急照明：消防疏散照明，等级较事故照明高。 16 优

7、点：实现简单，代价小，在通信局（站）负 荷较小、供电种类少、设备单一时采用。 缺点：可控性差，任何一个设备故障都有可能 造成电源系统故障，故障面、故障风险 大，后果严重。 2）集中供电方式的优缺点 17 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 UPS 交流设备 2、分散供电方式 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 变换器 通信设备 其它设备 18 优点：故障的范围面小，可靠性高。 各直流供电系统可分层设置，也可以按 照通信设备系统设置，设置地点可为单 独的电力电池

8、室，也可与设备安装在同 一个机房。 缺点：代价大，占地面积大，工程实施容易。 分散供电方式的优缺点 19 3）供电发展的方向 交流逐步走向集中 直流逐步走向分散 20 第二讲 电源的原理与应用 n第一节：整流器的原理简介 n第二节：蓄电池组的原理简介 n第三节：简单应用 主要内容： 21 复习通信电源系统组成框图 高 低 压 配 电 市 电 油机 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 直 流 配 电 屏 蓄电池 逆变器 变换器 通信设备 交流设备 其它设备 UPS 交流设备 防雷与接地系统动力与环境集中监控 22 第一节：整流器的原理 整流器发展和分类 目前常用PWM型开关电源。 经历3个发展阶

9、段：线性电源、相控电源和开关 电源。 线性电源：功率调整管和负载串联分压，调整分 压比来保证输出电压不变。 相控电源：改变晶闸管的导通相位角来稳压。 开关电源：功率器件IGBT处于开关状态，采用 PWM方式控制功率器件的开关状态。 23 线性电源工作原理 整 流 电 路 工 频 变 压 器 滤 波 电 路 负反馈 通信设备 380V + UR - UO UN UN=UO-UR n说明：通过改变晶体管电压进行稳压。 24 相控电源工作原理 整 流 电 路 工 频 变 压 器 滤 波 电 路 负反馈 通信设备 晶闸管 相位控制 380V a n说明：通过晶闸管导通角a进行稳压。 25 开关电源工作

10、原理 整 流 电 路 高 频 变 压 器 负反馈 通信设备 IGBT PWM电路 380V 滤 波 电 路 IGBT管（场效应管）工作在开关状态，通断频率高。 PWM产生的脉冲宽度控制IGBT导通时间,改变y宽度。 y 26 频率高、体积小、重量轻，可制成模块式； 效率高，寿命长。 均流技术使多模块运行,提高系统容量和可靠性。 功率因素高，符合环保需要并降低使用成本。 智能化给维护工作带来方便。 n开关电源成为通信网的主导基于以下主要特点： 开关电源的主要特点 27 开关电源的典型配置（交换局） 交流 配电屏 （380V） 直流 配电屏 (48V) 监控模块 整流模块 整流模块 整流模块 整流

11、模块 整流模块 整流模块 开关电源容量单位：A 蓄电池组I 蓄电池组II 28 开关电源的典型配置（基站） 直流配电 整流模块 整流模块 整流模块 整流模块 整流模块 交流配电 1、基站是综合的小容量电源 2、交流屏对应交流配电单元 3、直流屏对应直流配电单元 4、基站电源多了LVD功能 脱离非重要设备； 脱离电池组 29 BTS 3直流供电系统 传输 开 关 电 源 架 蓄 电 池 组 蓄 电 池 组 预留负荷 基站电源系统 30 3交流供电系统 市电开关电源 空调 照明及其它 油机电 交 流 配 电 箱 市 电 油 机 电 转 换 屏 浪 涌 抑 制 器 基站电源系统 31 开关电源的容量

12、计算 主要计算整流模块的数量： 按N+1冗余方式配置 REC BATTLOAD I II N 其中：ILOAD本期负荷电流； IBATT电池充电电流，按0.1C10考虑； IREC单个整流模块的容量。 32 1、蓄电池组的定义和分类 n定义：储存电能的一种设备，将充电时得到的电 能转化为化学能储蓄起来，又能及时将化学能转 变为电能。 n分类：固定电池、移动电池；酸性和碱性电池 讨论固定式酸性电池。 n条件：反应物质和电解液组成电解池。 正极为PbQ2,负极为Pb,电解液为H2SQ4 n组成：极板、隔板、电池槽、电池阀等。 第二节：蓄电池组的原理 33 2、蓄电池组原理 目前常用阀控式密封铅酸蓄

13、电池（VLRA)。 工作原理： PbQ2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O+PbSO4 (+) (-) (+) (-) 充电 放电 特点：密封程度高； 水分不易蒸发，采取抑制气体产生的方法， 极少有酸雾溢出，基本无污染； 对温度敏感。 容量单位：Ah 34 3、蓄电池容量的选择 n主要根据市电状况、负荷大小配置 )25(1 t KIT Q 其中：K安全系数1.25 I近期负荷电流 T放电小时数（h） t最低环境温度（5） 放电容量系数 电池温度系数0.006 放电 小时 23610 0.610.750.881 35 第三节：-48V电源系统应用 需要明确的几个概念：需要明确的几个概念：

14、 A、接地接地 必要性：必要性：直接影响到通信的质量和电源系统的正常运行，直接影响到通信的质量和电源系统的正常运行， 保障人身和设备安全。保障人身和设备安全。 接地的作用：接地的作用： 直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。 直流电源直流电源“”极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。 通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽 作用，减小杂音干扰。作用，减小杂音干扰。 避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快入地。避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快

15、入地。 36 接地的分类：接地的分类： 工作接地：电源系统的极性接地，仅在电源侧接地；工作接地：电源系统的极性接地，仅在电源侧接地； 其他专业一般指电源的正极。其他专业一般指电源的正极。 保护接地：各类设备、金属器件的接地。保护接地：各类设备、金属器件的接地。 防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。 第三节：-48V电源系统应用 B、KVA与与KW 为交流电源功率的计量单位。为交流电源功率的计量单位。 KVA：U与与I的乘积，包括有功功率和无功功率的乘积，包括有功功率和无功功率2部分部分。 KW：有功功率计量单位，为有功功率计量单位，为

16、KVA* 。 COS 37 第三节：-48V电源系统应用 nC、直流线路压降直流线路压降 n定义：在供电过程中线路上的电压损失，等于线路首末端的电压差定义：在供电过程中线路上的电压损失，等于线路首末端的电压差 n作用：用来计算直流电源线径。作用：用来计算直流电源线径。 nD、直流电源系统的运行方式、直流电源系统的运行方式 n市电正常时由开关电源对交换设备供电，同时对两组蓄电池进行并市电正常时由开关电源对交换设备供电，同时对两组蓄电池进行并 联浮充，在市电停电油机未供电之前由蓄电池组放电供通信设备用联浮充，在市电停电油机未供电之前由蓄电池组放电供通信设备用 电；当油机电或市电恢复后，设备由开关电

17、源供电，同时开关电源电；当油机电或市电恢复后，设备由开关电源供电，同时开关电源 对蓄电池进行均衡或浮充充电。可通过设置程序自动充电，亦可手对蓄电池进行均衡或浮充充电。可通过设置程序自动充电，亦可手 动转换均衡充电。动转换均衡充电。 n蓄电池组均衡及浮充充电采用低压恒压充电方式进行，浮充电压为蓄电池组均衡及浮充充电采用低压恒压充电方式进行，浮充电压为 2.25至至2.27V/只，均衡电压一般为只，均衡电压一般为2.30至至2.40V/只。只。 nE、-48V系统系统3.2V概念：概念： n满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电终了电压与最低满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电终了电

18、压与最低 电压的差值。电压的差值。 38 第三节：-48V电源系统应用 直 流 配 电 屏 蓄电池 通信设备 机 房 配 电 屏 0.5V X 3.2V（阿尔卡特等设备） 0.5V 0.4V 0.2V nX 一般在一般在11.5V左右。左右。 39 -48V电源系统应用 1、电源设计的内容：、电源设计的内容： 各类通信设备交直流负荷的估算，交直流各类通信设备交直流负荷的估算，交直流 电源设备的配置及安装，相关电源线的线电源设备的配置及安装，相关电源线的线 径核算与选择，以及交直流供电系统和室径核算与选择，以及交直流供电系统和室 内外接地系统的设计等。内外接地系统的设计等。 40 2、电源设计的

19、分工、电源设计的分工 作用：明确工程设计界面和责任界面。作用：明确工程设计界面和责任界面。 分工包括：与建设单位的分工；分工包括：与建设单位的分工； 与电源设备厂家分工：与电源设备厂家分工： 与各专业分工：与各专业分工： 主设备有电源柜则以电源柜输入端为界主设备有电源柜则以电源柜输入端为界 无电源柜则由电源专业与主专业协商。无电源柜则由电源专业与主专业协商。 -48V电源系统应用 41 例例1：某局新增设备负荷为：某局新增设备负荷为48V/50A ，远期负荷为远期负荷为100A，设备与电源设备与电源 的距离为的距离为20米（蓄电池组放电时米（蓄电池组放电时 间按间按3小时计算，最低环境温度为小

20、时计算，最低环境温度为 5，整流模块容量为，整流模块容量为50A/个）。个）。 -48V电源系统应用 42 计算计算步骤：蓄电池组步骤：蓄电池组 根据公式：根据公式： 查表得查表得=0.75 将各类数据代入，其中I100A 则Q540Ah，蓄电池可选择600AH。 蓄电池组平时使用2组，则每组容量为300AH。 问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量 )25(1 t KIT Q 43 计算计算步骤：开关电源步骤：开关电源 考虑考虑2个方面，个方面，1、开关电源机架容量、开关电源机架容量 2、本期配置整流模块的数量。、本期配置整流模块的数量。 根据公式：根据公式：

21、 将各类数据代入 其中I50A，则N2.2个，取3个，根据N1冗 余，则整流模块需要4个。 开关电源机架容量应大于300A。 问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量 REC BATTLOAD I II N 44 问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量 关于设备的安装 n开关电源EMC以达到标准，可与主设备共机房。 n蓄电池组基本无酸溢出，也可与主设备共机房。 n蓄电池组较重，如48/300AH重量约550Kg, 1000AH约在1.8吨，四层安装单位面积荷载 通常在1吨左右。需要分层安装。 一般高层基站根据设备按一层或二层安装；

22、交换局电池室一般在工艺阶段提荷载要求， 后期加固往往比较困难。 45 工程上常用固定压降分配法计算：工程上常用固定压降分配法计算： 电源配电端子至设备一般取电源配电端子至设备一般取11.5V。 根据公式：根据公式： 将各类数据代入 其中I100A,Y铜的电导率57，则S47mm2 取S50mm2。 注意：供电路数应当根据设备要求定。 问题问题2：计算开关电源至通信设备的直流电源线：计算开关电源至通信设备的直流电源线 U IL S 2 46 电源工程中几个常见的问题 n1、直流配电屏熔丝的配置； n2、二次直流配电屏熔丝的配置； n3、熔丝的互换； n4、熔丝下端并联的危险； n5、交换机电源头

23、柜（如JZ00架、华为高阻柜等） 的电源接入； n6、电缆铜鼻子的选择； n7、交流配电屏（箱）上各级开关的选择； n8、三相UPS的单相最大输出； n9、机架接地。 47 例例2：某局交流设备负荷为：某局交流设备负荷为6KVA，计算：计算： 1、单相、单相220V供电时，电源线径。供电时，电源线径。 2、三相、三相380V供电时，电源线径。供电时，电源线径。 -48V电源系统应用 48 工程中常用载流量计算：方法是根据计算电 流与电源线额定载流量比较来选择。 计算1： 计算电流I6000/220=27A。 查交流电源线额定电流表，得6mm2电源线 额定电流为35A，则选择该截面电源线。 计算

24、2： 计算电流I6000/660=9A。 查表得4*1.5mm2可满足要求。 交流电源线径计算 49 四、UPS系统概述 50 UPS的主要作用的主要作用 1 为什么要使用为什么要使用UPS？ 为了保护重要设备（网络、服务器、为了保护重要设备（网络、服务器、DCS等等)免受免受断电断电及市电电网中存在的动及市电电网中存在的动 态或静态态或静态干扰干扰的影响，不至造成数据丢失、硬件损坏、控制误动、传输误码率降的影响，不至造成数据丢失、硬件损坏、控制误动、传输误码率降 低等不良后果低等不良后果。 2 什么是什么是UPS？ UPS是英文是英文Uninterruptable Power System的

25、缩写，中文名叫的缩写，中文名叫不间断电源不间断电源。 3 UPS的主要作用是什么？的主要作用是什么？ 市电故障时市电故障时，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供 电的连续性，可以等效为一台电的连续性，可以等效为一台发电机发电机。 市电正常时市电正常时，UPS是一个具有稳频稳压功能的是一个具有稳频稳压功能的高性能滤波器高性能滤波器。保证向负载提供。保证向负载提供 无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源 51 双变换在线式双变换在线式UPS通用结构框图通用结构框图 整流器整流器逆变器

26、逆变器 蓄电池蓄电池 静态开关静态开关 维修旁路维修旁路 主市电输入主市电输入 UPS输出输出 52 UPS的基本组成部分的基本组成部分 整流器整流器 将输入的将输入的交流电转化为恒定电压的直流交流电转化为恒定电压的直流,一路给蓄电池进行补充一路给蓄电池进行补充 电，电， 一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用。一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用。 逆变器逆变器 将整流器或蓄电池送来的将整流器或蓄电池送来的直流转化为交流输出直流转化为交流输出，以便供给负载以便供给负载 使用。使用。 蓄电池蓄电池 能量储存装置能量储存装置。作用是市电供应中断时，能通过逆变器继续向作用是市电供应中断时，能

27、通过逆变器继续向 负载维持交流电能的供给。负载维持交流电能的供给。 静态开关静态开关 二路输入一路输出的高速转换开关二路输入一路输出的高速转换开关，转换时间可认为是零转换时间可认为是零 毫秒。毫秒。 二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。 维修旁路开关维修旁路开关 以便以便UPS常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件 下将下将UPS退出运行并与系统隔离退出运行并与系统隔离，保证操作时设备和人员，保证操作时设备和人员 的安全。的安全。 53 UPSUPS分类分类（按工作方式）（按工作方式） 后备式

28、 线路交互式 双变换在线式 DELTA变换式 54 后备式UPS工作原理 （1）市电正常时，UPS处于后备状态，由市电直接 向负载供电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电， 逆变器不工作。 静态开关负载 整流器逆变器 蓄电池 市电 55 （2）市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由UPS 的逆变器向负载提供交流电。 静态开关负载 整流器逆变器 蓄电池 市电 后备式UPS工作原理 56 后备式UPS的特点 n效率高效率高 n低成本低成本 n占地小占地小 n部件少部件少 n容量小容量小 n逆变器不在线逆变器不在线 n4 41616msms转换时间转换时间 n方波输出方波输出 n输出电性能指标差输出电

29、性能指标差 57 双变换在线式UPS原理与特点 （1）市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接 驱动逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。 静态开关负载 整流器逆变器 蓄电池 市电 58 （2）当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器工作。 对逆变器而言，它的输入端电压一直存在，故负载 可不间断供电。 静态开关负载 整流器逆变器 蓄电池 市电 双变换在线式UPS原理与特点 59 （3）当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件故障或 者负载故障过载时，由静态开关将负载转换至旁路。 静态开关负载 整流器逆变器 蓄电池 市电 双变换在线式UPS原理与特点 60 n逆变器在线逆变器在线 n抗尖峰冲击抗尖峰冲

30、击 n静态旁路应付过载静态旁路应付过载 及内部故障及内部故障 n零转换零转换 (转向静态旁路的时候才转向静态旁路的时候才 有有1ms左右的中断左右的中断) n发电机兼容性好发电机兼容性好 n输出特性好输出特性好 n效率低效率低 n成本高成本高 n部件多部件多 n占地大占地大 n容量大容量大 双变换在线式UPS原理与特点 61 线路交互式UPS原理与特点 （1）正常情况下，负载由市电经电抗器L供电。在市 电电压变化或者负载变化时，输出电压和市电电压 的差值由L加以补偿；市电停电时，逆变器可以不间 断地为负载供电（此时市电输入开关断开，以防止 逆变器输出反馈到市电）。 = 四象限逆变器 蓄电池 市

31、电 负载 L 62 线路交互式UPS原理与特点 n效率高效率高 n充电快充电快 n噪音低噪音低 n部件少部件少 n占地小占地小 n滤波特性滤波特性 n容量中等容量中等 n对频偏反应差对频偏反应差 n逆变器不在线逆变器不在线 n阶跃负载反应差阶跃负载反应差 n逆变器受热冲击逆变器受热冲击 n峰值因数差峰值因数差 n无旁路无旁路 63 Delta变换器变换器：其容量约为UPS系统容量的20左右，它通过Delta 变压器串联在市电电源与负载之间； 主逆变器主逆变器：其容量等于UPS系统容量，连接在系统输出端，它具有线 路交互式UPS中的逆变器的基本功能。 = = Delta逆变器主逆变器 蓄电池 市电 负载 变压器 Delta变换UPS原理与特点 64 （1） ：市电经Delta逆变器为负载供电， 主逆变器稳定系统输出电压，市电和系统输出的电压 差由Delta逆变器补偿。 ： 系统转入蓄电池供电方式，主逆变器为负载供电。因为 主逆变器始终连接在系统输出端，在从市电供电向蓄电 池供电的转换过程中不会产生供电中断。 Delta变换UPS原理与特点 （2）和线路交互式类似，正常情况等效稳压器、 输出不隔离。 65 UPS实际应用系统框图实际应用系统框图 输 入 配 电 屏 UPS 蓄电池 输 出 配 电 屏 负载 市电输入