[优秀毕业设计精品] 通信局站电源系统供电可靠性评估技术研究

1、通信局（站）电源系统供电可靠性评估技术研究 毕 业 设 计 论 文题 目：通信局站电源系统供电可靠性评估技术研究专 业：电气工程及其自动化学 员： 指导教师： 二0一一年六月 37毕业设计(论文)任务书队 别 24 年 级 2007 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 指导教师 同组姓名 一、题目通信局站电源系统供电可靠性的评估与预测二、设计课题要求1、掌握通信电源系统的结构组成；2、分析影响通信供电可靠性的因素；3、建立通信电源系统的可靠性模型；4、提出提高通信供电系统供电可靠性的措施；三、设计课题所需的主要设备和资料应收集的资料：1、通信电源系统结构组成及工作机理；2、影响通信电源系统可

2、靠性的因素；3、可靠性理论基础；4、通信供电系统可靠性模型的建立和优化；5、提高通信电源系统供电靠性的策略和途径。参考资料：1、现代通信电源系统原理与设计，强生泽等，中国电力出版社，北京，20092、现代通信电源（修订本），人民邮电出版社 王鸿麟等编著 1998年版3、新型通信电源，人民邮电出版社 徐曼珍主编 1999年版4、新型电信电源系统与设备，人民邮电出版社 朱雄世主编 2002年版四、设计说明（论文）应包括的内容通过对通信电源系统结构组成与工作机理的分析，研究影响通信电源系统供电可靠性的因素，提出提高通信电源系统供电可靠性的运维方案或设备配置策略。五、参考文献1、现代通信电源系统原理与

3、设计，强生泽等，中国电力出版社，北京，20092、现代通信电源（修订本），人民邮电出版社 王鸿麟等编著 1998年版3、新型通信电源，人民邮电出版社 徐曼珍主编 1999年版4、新型电信电源系统与设备，人民邮电出版社 朱雄世主编 2002年版教 研 室 主 任（签名） 系 主 任（签名） 年 月 日独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

4、中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： 日期：摘要作为通信系统的动力之源，通信电源系统在通信局站中具有无可比拟的重要地位。通信电源设备一旦发生故障，就有可能导致通信中断，整个通信局（站）势必将陷于瘫痪，甚至可能造成全程全网的通信中断，经济损失和社会损失影响都相当大。统计数据表明，通信系统的故障有近1/3是由其电源系统的故障造成的。因此，为减少通信系统的故障率，在系统的设计阶段就应对电源系统的可靠性做出估算，以便通过优化系统运行方式和合理选择电源设备等手段提高供电系统供电保障的可靠性。通过研究影响通信电源系统供电可靠性的因素，提出提高通

5、信电源系统供电可靠性的运维方案，通过科学的运行管理和维护，使通信电源系统稳定、可靠地运行。通信设备供电电源要稳定可靠，要求通信设备供电电源不能中断，当交流电源中断时，通信专用畜电池组单独供电要超过8小时，必要时还应配备其它备用电源。通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成。针对不同的局（站）类型，通信电源系统通常采用集中供电、分散供电及混合供电等3种不同的供电方式。随着科技的发展以及市场的需求，通信电源也在不断的探索着更加完善、可靠并节约能源的方案。通过对目前通信电源技术发展的研究表明，电力系统通信电源系统的建设需要正确把握通信电源技术的发展方向，以先进的技术促进电源系统的建设，

6、保证电力系统通信电源系统的正常、稳定、高效运行。关键字: 通信电源系统 可靠性 故障abstractas a source of power for communications systems, communications power system in the station in communication with the unparalleled importance. communications equipment in the event of power failure, it may lead to traffic disruption, the communicatio

7、ns authority (station) is bound to be paralyzed, and may even cause whole network of communication interruption, loss of economic losses and social impact is considerable. statistics show that the failure communication system nearly 1 / 3 is caused by the failure of the power system. therefore, in o

8、rder to reduce the failure rate of communication systems, the design phase of the system reliability of the system to cope with the power to make estimates in order to optimize system operation and power equipment, and other reasonable choice of means to improve the reliability of power supply syste

9、m power supply protection. power system by studying the reliability of communication factors, proposed to increase the communication reliability of power system operation and maintenance program, operating through scientific management and maintenance, the communication power supply system is stable

10、 and reliable operation. communications equipment to be stable and reliable power supply, communications equipment, power supply requirements can not be interrupted, when the ac power failure, communication dedicated to livestock battery power alone more than 8 hours, if necessary, shall be equipped

11、 with additional standby power. communication power supply system by ac power supply systems, dc power systems and grounding system. for different office (stations) type, communication power supply systems are usually centralized, decentralized and hybrid power supply such as 3 different power suppl

12、y. with the development of technology and market demand, communication power are constantly exploring more comprehensive, reliable and energy conservation programs. communications through the power of the current study shows that technology development, power system communication power system buildi

13、ng needs to grasp the correct direction of development of communication power technology, advanced technology for the construction of the power system, power system communication to ensure the normal power supply system, stable and efficient operation. 【keywords】 communication power system reliabili

14、ty failure 目 录第一章 概论11.1 引言11.2 通信电源系统的发展11.2.1 电源设备的变革11.2.2 供电方式的变革21.2.3 通信电源系统要求31.3 通信电源系统可靠性3第二章 通信局（站）通信电源系统简介52.1 通信电源系统组成52.1.1交流供电系统52.1.2直流供电系统62.1.3接地系统82.1.4 防雷系统82.2 通信电源系统供电方式92.2.1 集中供电方式92.2.2 分散供电方式92.2.3 混合供电方式102.3 通信电源的管理与维护112.3.1 提高对电源设备的管理112.3.2 提高电源管理上的专业化112.3.3 提高通信电源系统设计

15、的可靠性112.3.4 电源设备购置与维护的具体措施11第三章 通信电源系统可靠性理论研究133.1可靠性的基本理论知识133.1.1 可靠性的概念133.1.2 可靠性参数体系143.2 电子元件可靠性及其改善143.2.1 电子元件的可靠性143.2.2 改善电子系统的使用环境153.2.3 减小元器件的负荷率173.3 通信电源可靠性的指标183.4 市电供电方式的分类和可靠性指标193.5 电源系统主要设备的可靠性指标203.5.1 高压变、配电设备的可靠性指标203.5.2 低压配电设备的可靠性指标203.5.3 整流设备213.5.4 直流-直流变换器设备213.5.5 蓄电池组2

16、13.5.6 交流不间断电源设备213.5.7 发电机组213.6 电源设备的主要故障及其判断依据223.6.1 电源设备的主要故障223.6.2 电源系统的故障判断依据22第四章 通信电源系统可靠性计算234.1 通信电源早期失效原因分析及对策234.2 通信电源系统可靠性模型244.2.1 串联系统的可靠性模型244.2.2 并联系统的可靠性模型254.2.3 混合系统可靠性模型274.3通信局（站）电源系统可靠性估算274.3.1大型通信电源系统不可用度的计算274.3.2中型通信电源系统不可用度的计算314.3.3小型通信电源系统不可用度的计算324.3.4 通信电源系统不可用度的分析

17、34第五章结论35参考文献36致谢37第一章 概论1.1 引言随着市场经济的发展，人们对信息越来越重视，所以近年来通信事业得到长足进步。由于通信网越来越大，通路和交换容量越来越多，重要性也越来越高。电源是通信设备不间断供给符合要求电能的一个重要系统。通信电源是指为满足通信局（站）通信设备及保证建筑负荷用电要求，将一些特定电源设备按一定供电模式组合成的一个能连续、可靠提供通信用电和通信保证用电的电源系统。通信电源在整个通信行业中占的比例虽小，但它都是整个通信网络的关键基础设施。作为通信系统的动力之源，通信电源系统在通信局站中具有无可比拟的重要地位，没有电，台站的通信就无法实现。通信电源设备一旦发

18、生故障，就有可能导致通信中断，整个通信局站势必会陷入瘫痪，甚至可能造成全程全网的通信中断，经济损失和社会影响都相当巨大。为此，通信电源常被称为局（站）通信网系的“心脏”。 这就对通信设备供电系统的供电质量和供电系统本身的可靠性, 提出了更加严格的要求。1.2 通信电源系统的发展随着对通信电源重视程度的不断加强，加上功率半导体技术、计算机控制技术和超大规模集成电路生产工艺的飞速发展，维护经验的积累和总结，我国的通信电源事业发生了巨大的变革，逐步走向世界先进水平。1.2.1 电源设备的变革（1）整流设备从50年代末的饱和电抗器控制的稳压稳流硒整流器，60年代的硅二极管取代硒整流片的稳压稳流硅整流器

19、，60年代末70年代初稳压稳流可控硅整流器，一直到80年代末90年代初的高频开关整流器，我国通信用整流设备经历了几代变革。90年代以后，随着计算机控制技术、功率半导体技术和超大规模集成电路生产工艺的飞速发展，高频开关整流器产品也越来越成熟，性价比逐步提升，目前已经逐步取代了可控硅整流器，并且还在不断地朝着高频化、高效率、大功率、小型智能化、清洁环保的方向发展。（2）蓄电池由于铅酸蓄电池具有电压稳定性好、进行大电流放电的特点，所以在通信电源中得到广泛使用。我国通信用铅酸蓄电池的使用，60年代以开口式为主， 70年代中期我国首次研制并开始使用防酸隔爆式铅酸蓄电池，80年代消氢少维护电池被采用，70

20、年代末期国际上出现了阀控式密封铅酸蓄电池（vrla），由于阀控式密封铅酸蓄电池具有无酸雾溢出、免加水、能与其它电器设备同室安装等特点，随着其技术的成熟，从90年代起，我国开始推广阀控式密封铅酸蓄电池。由于目前大量使用的阀控式密封铅酸蓄电池属贫液型，存在着对环境温度变化适应性差的缺点，所以已经出现了富液式vrla，国际上也正在发展其它蓄电池如新型锂蓄电池。（3）柴油发电机组柴油发电机组是通信局（站）重要的备用交流能源。60年代使用手启动的普通机组，70年代研制成功了自启动机组、无人值守机组，但可靠性不高。从80年代研制成功无人值守风冷机组、微计算机控制的自动化机组，到90年代开始对低噪声机组和对

21、闭式循环蒸汽透平发电机组、自动化燃气轮机发电机组等进行应用研究，提高了柴油发电机组的可靠性指标，具有自动化程度高和遥控功能的特点，便于实现少人或无人值守维护。要实现供电系统的无人值守，柴油发电机组的可靠性一直是一个难点，随着机组技术含量的增加和可靠性的不断提高，这方面的问题正在不断地得到解决。1.2.2 供电方式的变革90年代之前，通信电源系统一直是集中供电方式。所谓集中供电方式是在通信局站中设有电力机房，配置公用的电源设备，集中给全局各种通信设备统一供电的供电方式。当某种直流电源系统发生故障时，将影响所有使用这一种电压的通信设备的正常工作，另外直流供电馈线长，材料、施工费用高，线路压降大，电

22、能损耗大，由于线路电感和耦合电容的存在，易引入干扰，会降低供电质量。随着利于与通信设备同室安装的阀控式密封铅酸蓄电池、高频开关电源系统等的推广使用，使得采用分散供电这种新的方式成为可能。自90年代以来，国际上通信局站已普遍采用分散供电方式。所谓分散供电方式，主要是指将直流供电系统进行分散，即将使用同一电压种类的通信设备采用两个以上的独立供电系统，并靠近通信设备安装进行供电的方式。采用分散供电方式时，交流供电系统部分仍采用集中供电方式，其组成也是集中供电方式相同或相似，而直流供电系统则分成若干个单元供电系统，可按楼层设置，也可按通信系统或通信机房设置，甚至按通信设备机架设置。单元直流供电系统的基

23、本组成与集中供电方式的直流供电系统相同。当某一个供电系统故障时，不会造成整个通信系统的瘫痪大提高了供电的可靠性，缩小了故障的影响面。同时，分散供电方式降低了能耗和设备占地，而且能更合理的配置电源设备。目前的移动通信交换局及基站，一些大的市话局已开始采用分散供电，综合楼的分散供电的试验工作也正在进行中，这是今后供电方式发展的主要趋势。1.2.3 通信电源系统要求 通信电源是通信设备的心脏。在通信系统中，具有举足轻重的地位。通信对电源系统的要求是：可靠、稳定、小型、高效。 （1）为了确保通信设备正常运行，必须提高电源系统的可靠性。由交流电源供电时，交流电源设备一般都采用交流不间断电源(ups)。在

24、直流供电系统中，采用整流设备与电池并联浮充供电方式。同时，为了确保供电的可靠，还采用由两台以上的整流设备并联运行的方式，当其中一台发生故障，另一台自动承担为全部负载供电的任务。 （2）各种通信设备要求电源电压稳定，不能超过允许变化范围。电源电压过高，会损坏通信设备中的元器件；电压过低，设备不能正常工作。 交流电源的电压和频率是标志其电能质量的重要指标，由380/220v,50hz的交流电源供电时，通信设备电源端子输入电压允许变动范围为额定值的-105%，频率允许变动范围为额定值的-4%+4%，电压波型畸变率应小于5%。 直流电源的电压和杂音是标志其电能质量的重要指标，由直流电源供电时，通信设备

25、电源端子输入电压允许变动范围为-57-40v，直流电源杂音应小于2mv。1.3 通信电源系统可靠性通信网由不同等级的通信局（站） 和通信局（站） 之间的传输系统组成, 而通信局 （站）电源系统可靠性是通信局（站） 可靠性的一个组成部分, 也是通信网总体可靠性的一个组成部分。电源是向通信设备不间断供给符合要求电能的一个重要系统, 尤其是目前大多采用的集中供电方式, 一旦电源系统出现故障, 将造成全程全网的通信中断。但是, 从总体上要求每一个电源系统绝对可靠, 毫不间断地按要求供电实际上是不现实的。第二章 通信局（站）通信电源系统简介2.1 通信电源系统组成通信电源系统一般由交流供电系统、直流供电

26、系统和接地系统组成，如图2-1所示： 图2-1交流供电系统、直流供电系统组成2.1.1交流供电系统（1）系统组成通信电源的交流供电系统由高压配电所、降压变压器、油机发电机、ups和低压配电屏组成。交流供电系统可以有三种交流电源：变电站供给的市电、油机发电机供给的自备交流电、ups供给的后备交流电。（2）油机发电机为防止停电时间较长导致电池过放电，电信局一般都配有油机发电机组。当市电中断时，通信设备可由油机发电机组供电。油机分普通油机和自动启动油机。当市电中断时，自动启动油机能自动启动，开始发电。由于市电比油机发电机供电更经济和可靠，所以，在有市电的条件下，通信设备一般都应由市电供电。（3）up

27、s为了确保通信电源不中断、无瞬变，可采用静止型交流不停电电源系统，也称ups。ups一般都由蓄电池、整流器、逆变器和静态开关等部分组成。市电正常时，市电和逆变器并联给通信设备提供交流电源，而逆变器是由市电经整流后给它供电。同时，整流器也给蓄电池充电，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器给通信设备提供交流电源。逆变器和市电的转换由交流静态开关完成。（4）交流配电屏输入市电，为各路交流负载分配电能。当市电中断或交流电压异常时（过压、欠压和缺相等），低压配电屏能自动发出相应的告警信号。（5）连接方式交流电源备份方式大型通信站交流电源一般都由高压电网供给，自备独立变电设备。而基站设备

28、常常直接租用民用电。为了提高供电可靠性，重要通信枢纽局一般都由两个变电站引入两路高压电源，并且采用专线引入，一路主用，一路备用，然后通过变压设备降压供给各种通信设备和照明设备，另外还要有自备油机发电机，以防不测。一般的局站只从电网引入一路市电，再接入自备油机发电机作为备用。一些小的局站、移动基站只接入一路市电（配足够容量的电池），油机为车载设备。2.1.2直流供电系统（1）系统组成通信设备的直流供电系统由高频开关电源（ac/dc变换器）、蓄电池、dc/dc变换器和直流配电屏等部分组成。（2）整流器从交流配电屏引入交流电，将交流电整流为直流电压后，输出到直流配电屏与负载及蓄电池连接，为负载供电，

29、给电池充电。（3）蓄电池交流停电时，向负载提供直流电，是直流系统不间断供电的基础条件。（4）直流配电屏为不同容量的负载分配电能，当直流供电异常时要产生告警或保护。如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。（5）dc-dc变换器dc/dc变换器将基础电源电压（-48v或+24v）变换为各种直流电压，以满足通信设备内部电路多种不同数值的电压（5v、6v、12v、15v、-24v等）的需要。近年来，由于微电子技术的迅速发展，通信设备已向集成化，数字化方向发展。许多通信设备采用了大量的集成电路组件，而这些组件需要5v15v的多种直流电压。如果这些低压直流直接从电力室供给，则线路损耗一定很大、环境

30、电磁辐射也会污染电源，供电效率很低。为了提高供电效率，大多通信设备装有直流变换器，通过这些直流变换器可以将电力室送来的高压直流电变换为所需的低压直流电。另外，通信设备所需的工作电压有许多种，这些电压如果都由整流器和蓄电池供给，那么就需要许多规格的蓄电池和整流器，这样，不仅增加了电源设备的费用，也大大增加了维护工作量。为了克服这个缺点，目前大多数通信设备采用dc-dc变换器给内部电路供电。dc-dc变换器能为通信设备的内部电路提供非常稳定的直流电压。在蓄电池电压（dc-dc变换器的输入电压）由于充、放电而在规定范围内变化时，直流变换器的输出电压能自动调整保持输出电压不变。从而使交换机的直流电压适

31、应范围更宽，蓄电池的容量可以得到充分的利用。（6）连接方式直流供电方式蓄电池是直流系统供电不中断的基础条件。根据蓄电池的连接方式，直流供电方式主要采用并联浮充供电方式，尾电池供电方式、硅管降压供电方式等等基本不再使用。并联浮充供电方式是将整流器与蓄电池直接并联后对通信设备供电。在市电正常的情况下，整流器一方面给通信设备，一方面又给蓄电池充电，以补充蓄电池因局部放电而失去的电量；当市电中断时，蓄电池单独给通信设备供电，蓄电池处于放电。由于蓄电池通常处于充足电状态，所以市电短期中断时，可以由蓄电池保证不间断供电。若市电中断期过长，应启动油机发电机供电。这是最常用的直流供电方式。采用这种工作方式时，

32、蓄电池还能起一定的滤波作用。但这种供电方式有个缺点在并联浮充工作状态下，电池由于长时间放电导致输出电压可能较低，而充电时均充电压较高，因此负载电压变化范围较大。它适用于工作电压范围宽的交换机。2.1.3接地系统为了提高通信质量、确保通信设备与人身的安全，通信局站的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。（1）通信机房的接地系统通信机房的接地系统包括交流接地和直流接地。（2）交流接地交流接地包括：交流工作接地、保护接地、防雷接地。（3）直流接地直流接地包括：直流工作接地、机壳屏蔽接地。2.1.4 防雷系统通信电源的管理还包括对外来引入电流、电压的管理措施，碰触电力线和雷击就是最主要的强电流、电

33、压的引入方式。（1）雷击产生的危害雷击产生强大电流和高电压对人体和设备都将造成重大损害。直接雷或间接雷都将对通信设备产生巨大危害。防雷是一个系统工程，某种有效技术和器材的采用，只能降低雷击危害的概率、减少损害，必须对所有进出局的电缆电线屏蔽和防雷处理，采用完善的接地系统，按照规范要求严格接地、减少雷害。（2）雷接地为了防止雷电产生的过电压过电流损坏电源设备，在通信电源系统中，通信机站一般设有防雷接地装置，其接地阻值5，在土壤电阻率低的地方，接地阻值应1。在通信电源系统中，要求防雷接地线一定要与工作接地和保护接地线分开，而在电力通信电源系统中，要求防雷接地、工作接地、保护接地共用一组地线。现在已

34、开发了各种各样的雷电防护及接地技术，这些都是确保通信网络可靠性的重要技术，也是通信领域中重要的基础技术。现已普遍采用的联合接地系统和进出线防雷系统以及各种保安器，实践证明都是行之有效的办法。搞好通信设备的防雷工作，同时还要采用理论和实用方面都比较成熟的避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等设备，诱导雷电流通过接地线进入大地。事实证明，联合接地系统和进出线的防雷系统处理得好时能大大降低雷击损坏概率。从接地的目的来看，特别是室外设备接地，防漏电和防雷显得特别重要。对它们的接地电阻要求，按照技术规范的规定执行即可。为了保证接地电阻符合规范要求，施工后的接地及电阻的检查和测试工作就非常必要，定期或不定期的对

35、接地电阻进行测试，检查接地装置系统，是一项应坚持的必要的制度。2.2 通信电源系统供电方式针对不同的局（站）类型，通信电源系统通常采用集中供电、分散供电及混合供电等3种不同的供电方式。一般而言，系统供电方式应尽可能实行各机房分散供电，设备特别集中时才考虑采用专设电力室集中供电，对高层通信大楼可采用分层供电方式。2.2.1 集中供电方式集中供电方式电源系统组成如图2-2所示。交流供电系统、直流供电系统均集中设置。 图2-2 集中供电方式供电系统的组成2.2.2 分散供电方式分散供电方式电源系统组成如图2-3所示。交流供电系统的组成和要求与集中供电方式相，各直流供电系统可分楼层设置，也可按通信设备

36、系统设置。设置地点可为单独的电力电池室，也可与通信设备同一机房。 图2-3 分散供电方式电源系统组成2.2.3 混合供电方式混合供电方式电源系统组成如图2-4所示。光缆中继站和微波无人值守中继站可采用交流电源盒太阳电池方阵(或其他能源)相结合的混合供电方式电源系统。目前，一些山区或偏远地区的直放站，因交流引入困难，采用光伏供电或风光互补混合供电方式，在一定程度上缓解了缺电地区或者外电引入造价偏高的问题。图2-4混合供电方式电源系统组成2.3 通信电源的管理与维护2.3.1 提高对电源设备的管理电源设备与通信网中的其它设备（如交换、传输等）有较大的不同，本质上，电源设备是机电设备而非通信设备。正

37、因为如此，在通信中，它得不到充分的重视，无论是在组织机构、人员、资金还是管理上，都得不到相应的保证。然而，必须看到，通信电源作为整个通信电信网中的能量保证，它的作用是整体和全局性的。虽然它不是通信网主流设备，但它却是通信网中最重要、最关键的设备。2.3.2 提高电源管理上的专业化对通信电源要求通信网上的各级管理层次和建设、维护方面应该有独立的电源专业管理机构和人员。因为通信电源是一个专业，而且是个包括多种系统和学科的大专业，因此，应该对它作相应的专业管理，由其它专业人员来兼管电源专业是不够的，也是不科学的。2.3.3 提高通信电源系统设计的可靠性电源系统设计时应充分考虑容量大小、地理位置、空间

38、布置、未来发展、设备质量、工作勘察与设计、运行方式选择、建设管理、运行维护管理等各个环节。其中对于设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其要加强重视和管理。2.3.4 电源设备购置与维护的具体措施（1）在购置通信电源过程中，除考虑性价比外，要考虑高可靠性、多种自动保护功能、宽电压、良好的均流均衡性能、在线运行模式，要考虑是否严格按照iso-9000质量保证体系组织生产，另外系统故障率、防雷和电涌措施、交直流配电一体化等都应是分析考虑配置的重点。要选用可靠性高的设备，合理配置备份设备。（2）供电方式要大力推广分散供电，要有备品和备份，使用同一种直流电压的通信设备，采用两个以上的独立供电系统。这样就

39、能够保证在其中一种电源设备发生故障时，另一种电源设备能够及时排除。（3）为了尽量缩短设备的平均故障修复时间，要经常分析运行参数，预测故障的发生，并及时排除。（4）设备宜采用模块化、热揷拔式，便于更换和维修。再一个就是平时应建立起对电源故障的应急措施，保证可靠供电。最后，要提高技术水平，大力推广集中维护体制。实施集中监控管理是技术发展的必然趋势，是现代化通信网的需要，也是企业减员增效的措施之一。随着通信设备的日益集成化、小型化，各种电源设备也要智能化、标准化，符合开放式通信协议。集中监控必须逐步实施，在实施过程中，三遥（遥信、遥测、遥控）点的设备要合理，决不是越多赿好，否则其效果适得其反。第三章

40、 通信电源系统可靠性理论研究3.1可靠性的基本理论知识3.1.1 可靠性的概念可靠性的概念，可以说，自古以来从人类开始使用工具起就已经存在。然而可靠性理论作为一门独立的学科出现却是近几十年的事。可靠性归根结底研究的还是产品的可靠性，而通常所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。 一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。最早的可靠性定义由美国agree在1957年的报告中提出，1966年美国的mil-std-721b又较正规地给出了传统的或经典的可靠性定义：“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功

41、能的能力”。它为世界各国的标准所引证，我国的gb31882给出的可靠性定义也与此相同。 这里的产品是泛指的，它可以是一个复杂的系统，也可以是一个零件。出厂检验合格的产品，在使用寿命期内保持其产品质量指标的数值而不致失效，这就是可靠性问题。因此，可靠性也是产品的一个质量指标，而且是与时间有关的参量。只有在引进了可靠性指标后，才能和其它质量指标一起，对产品质量作全面的评定。从定义可以看出，产品的可靠性是与“规定的条件”分不开的。这里所讲的规定条件包括产品使用时的应力条件(温度、压力、振动、冲击等载荷条件)、环境条件(地域、气候、介质等)和贮存条件等。规定的条件不同，产品的可靠性是不同的。产品的可靠

42、性又与“规定的时间”密切相关。一般说来，经过零件筛选、整机调试和跑合后，产品的可靠性水平会有一个较长的稳定使用或贮存阶段，以后随着时间的增长其可靠性水平逐渐降低。产品的可靠性还和“规定的功能”有密切的联系。一个产品往往具有若干项技术指标。定义中所说的“规定功能”是指产品若干功能的全体，而不是其中的一部分。在实际工作中，产品往往由于各种偶然因而发生故障，如零件的突然失效，应力突然改变，维护或使用不当等。由于这些原因都具有偶然性，所以对于一个具体产品来说，在规定的条件下和规定的时间内，能否完成规定的功能是无法事先知道的。也就是说，这是一个随机事件。但是，大量的随机事件中包含着一定的规律性，偶然事件

43、中包含着必然性。我们虽然不能知道发生故障的确切时刻，但是可以估计在某时间段内，产品完成规定功能的能力大小。因此，应用概率论与数理统计方法对产品的可靠性进行定量计算是可靠性理论的基础。3.1.2 可靠性参数体系可靠性参数用于定量地描述产品的可靠性水平和故障强度,可靠性参数体系完整地表达了产品的可靠性特征。可靠性工程中使用的可靠性参数多达数十个，参数的使用随着工程对象或者装备类型的不同而变化，在同一种装备中还可能随着产品层次的不同而不同。系统级的可靠性参数一般以可靠度为主；设备级的可靠性参数一般以mtbf为主。可靠性参数还可分为使用参数和合同参数。使用可靠性参数及指标反映了系统及其保障因素在计划的

44、使用和照章环境中的可靠性要求，它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水平的，如mcsp，mtbm等。合同可靠性参数及其指标反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多的是从产品制造方的角度来评价产品的可靠性水平，如mtbf，mtbcf等。一般合同可靠性参数采用固有可靠性值。固有可靠性是指产品从设计到制造整个过程中所确定了的内在可靠性。一般使用可靠性指标都采用使用可靠性值。使用可靠性在固有可靠性的基础上还考虑了使用、维护对产品可靠性的影响，包括使用维护方法和程序，以及操作人员的技术熟练程度等。3.2 电子元件可靠性及其改善3.2.1 电子元件的可靠性电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可

45、靠性两部分。固有可靠性主要靠设计和制造等工作来保证，这是元器件生产商 的任务 。但是国内外失效分析资料表明 ，有近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选择不当或使用有误造成的.元器件一般都有若干质量等级。质量等级是指元器件装机使用之前 ，按产品执行标准或供需双方的技术协议 ，在制造 、检验及筛选过程中对其质量的控制等级 。质量等级不同，器件的可靠性水平也不同，通常，质量等级越高，其可靠性水平也越高。因此对元器件的质量等级选择不当会造成其可靠性水平不符合要求。此外，元器件的使用不当也容易造成其电性能失效，如在使用中对元器件性能把握不够 、未考虑降额设计 、测

46、试时方法不当或测试仪器接地不当等情况都大大增加了元器件的使用故障率。 3.2.2 改善电子系统的使用环境电子系统的可靠性和使用环境如何有着极为密切的关系。元器件的失效率在不同的使用环境中和其基本失效率差别很大，通常应以环境系数进行修正。美国于上世纪70年代公布了不同元器件的环境系数数值。原有9种环境条件，现只列出较常用和有代表性的4种如下： gb：良好地面环境。环境引力接近于“0”，工程操作和维护良好。 gf：地面固定式的使用环境。装在永久性机架上，有足够的通风冷却。由军事人员维修，通常在不热的建筑内安装。 ns：舰船舱内环境。水面舰船条件，类似于gf。但要受偶然剧烈的冲击振动。 gm：地面移

47、动式和便携式的环境。劣于地面固定式的条件，主要是冲击振动。通风冷却可能受限制，只能进行简易维修。 上述环境条件下的环境系数如表1所列： 表1环境系数 表1 环境系数 e元器件类型gbgfnsgm集成电路0.2 1.0 4.0 4.0 说明： = e式中： 实际使用中的失效率。基本失效率 e环境系数电位器1.0 2.0 5.0 7.0 功率型薄膜电阻器1.0 5.0 7.5 12.0 电容器纸和塑料膜 1.0 2.0 4.0 4.0 陶瓷 1.0 2.0 4.0 4.0 铝 电 介1.0 2.0 12.0 12.0 变压器1.0 2.0 5.0 3.0 继电器军用1.0 2.0 9 10 下等质

48、量2.0 4.0 24 30 开关0.3 1.0 1.2 5.0 接插件军用1.0 4.0 4.0 8.0 下等质量10 16 12 16 从表1可以看出：使用环境对元器件的失效率影响极大，gm和gb相比失效率要高出410倍。环境条件的改善往往受使用场合的限制。在设计和生产中比较容易做得到的就是重视和尽量加强通风冷却。 过高的环境温度对元器件的可靠性非常有害： （1）半导体器件（含各种集成电路和二极管，三极管） 例如硅三极管以 =0.5设计（：使用功率，：额定功率），则环境温度对可靠性的影响，如表2所列。 表2环境温度对半导体器件可靠性的影响环境温度ta 20 50 80 失效率 500 25

49、00 15000 （2）电容器（以固体钽电容器为例） 以=0.6设计（：使用电压，：额定电压），则环境温度对可靠性的影响如表3所列。 表3环境温度对电容器可靠性的影响环境温度ta 20 50 80 失效率 5 25 70 （3）碳膜电阻器 以=0.5设计，则环境温度对可靠性的影响如表4所列。 表4环境温度对碳膜电阻器可靠性的影响环境温度ta 20 50 80 失效率 1 2 4 德国的研究报告指出，sk2型彩色电视机，经过合理地设计通风冷却条件，使机内温度降低了10左右，结果平均无故障工作时间mtbf增加2倍，显著地改善了可靠性。美国“民兵”洲际导弹的电子系统把环境温度严格限制于40。达到了明

50、显降低失效率的目的。 可见，加强通风冷却十分有益于电子系统的可靠性。国内有些部门（如铁路）要求系统有很高的可靠性，又明令不许使用风扇进行强迫通风冷却。结果不仅设备成本提高，可靠性也难以真正保证，人为地造成了许多问题。其实，现在优质的风扇可以保证5000060000h的使用寿命（相当于连续运行6年以上）。更换风扇比其他部件的维修也省力省时得多。只要在系统设计条件中，规定风扇即使不工作，设备依然可以长期正常运行。那么，加强通风冷却，绝对有利于可靠性，何乐而不为！ 3.2.3 减小元器件的负荷率 元器件实际工作中的负荷率和失效率之间存在着直接的关系。因而，元器件的类型，数值确定以后，应从可靠性的角度

51、来选择元器件必须满足的额定值。如半导体器件的额定功率、额定电压、额定电流，电容器的额定电压，电阻器的额定功率等等。 （1）硅半导体器件 环境温度ta=50，对频率的影响如表5所列。 由表5可知，当=0.8时，失效率比0.2时增加了1000倍以上。表5 pd/pr对硅半导体器件失效率的影响 00.20.30.40.50.60.70.83050150700250070002000070000（2）电容器 英国曾发表电容器失效率正比于工作电压的5次方的资料，称为“五次方定律”，即。 当u=/2， = /=/32（为额定失效率） 当u=0.8=/1.25， = /=/3.05 当电容器工作电压降低到额

52、定值的50时，失效率可以减小32倍之多。 （3）碳膜电阻器 环境温度ta=50，美国于上世纪70年代实际使用的军品数据如表6所列。 由表6可知，当=0.8时，失效率比0.2时增加了8倍。 表6 pd/pr对碳膜电阻器失效率的影响00.20.40.60.81.0 0.250.5 1.22.54.0 7.0 以上数据表明为了保证可靠性，必须减小元器件的负荷率。例如：美国“民兵”洲际导弹的电子系统规定元器件的负荷率为0.2。 实际使用中的经验数据为： 半导体元器件负荷率应在0.3左右； 电容器负荷率（工作电压和额定电压之比）最好在0.5左右，一般不要超过0.8； 电阻器、电位器、负荷率0.5。 总之

53、，对各种元器件的负荷率只要有可能，一般应保持在0.3。不得已时，通常也应0.5。 3.3 通信电源可靠性的指标可靠性是衡量系统和设备的一项重要的综合性质量指标。电源系统可靠性是衡量通信局（站）电源系统和组成系统各设备的一项综合性质量指标。 通信网是由不同等级的通信局（站）和通信局（站）之间的传输系统组成。所以，通信局（站）电源系统可靠性是通信局（站）可靠性的一个组成部分，也是通信网总体可靠性的一个组成部分。根据通信局（站）电源系统可靠性指标，可科学地确定组成电源系统各设备的相应配置。通信电源系统的可靠性指标通常用不可用度来表征：电源系统的不可用度是指电源系统故障时间与故障时间和正常供电时间之和

54、的比。省会城市和大区中心通信综合枢纽(含国际局)、市话汇接局、电报(数据)局、无线局、长途传输一级干线站、市话端局以及特别规定的其他通信局（站），电源系统的不可用度应510-7，即平均20年时间内，每个电源系统故障的累计时间应 5min。 地市级城市综合局、15万门市话局、长途传输二缀干线站或相当的通信局（站）等，电源系统的不可用度应110-6，即平均20年时间内，每个电源系统故障的累计时间应10min。 县(含县级市)综合局、万门以下市话局，电源系统的不可用度应510-6，即平均20年时间内，每个电源系统故障的累计时间应50min。3.4 市电供电方式的分类和可靠性指标市电的不可用度是指市电

55、的不可用时间与可用时间和不可用时间之和的比，即 市电不可用度= 市电的电压、频率不符合通信局（站）电源系统要求的时间为不可用时间。（1）一类市电供电方式一类市电供电方式为从两个稳定可靠的独立电源引入两路供电线，两路供电线不应有同时检修停电的供电方式。两路供电线宜配置备用电源自动投入装置。一类市电供电方式的不可用度指标：平均月市电故障次数应1次，平均每次故障持续时间0.5h。市电的年不可用度应6.810-4。（2）二类市电供电方式 二类市电供电方式为满足以下两个条件之一者： a.从两个以上独立电源构成的稳定可靠的环形网上引入一路供电线的供电方式： b.从一个稳定可靠的电源或从稳定可靠的输电线路上引入一路供电线的供电方式。二类市电供电方式的不可用度指标：平均月市电故障3.5次，平均每次市电故障持续时间应6h，市