通信电源动力机务技能鉴定培训：课件4直流供电系统及维护

1、海南联通海南联通20122012通信电源培训通信电源培训海南联通公司运维部海南联通公司运维部 动力主管动力主管 黎勇黎勇直流供电系统及维护直流供电系统及维护1 主要内容2 21 1、直流供电系统的组成、直流供电系统的组成 直流供电系统一般由高频开关整流器和与之配套的交流配电屏、直流直流供电系统一般由高频开关整流器和与之配套的交流配电屏、直流配电屏、蓄电池组、直流直流（配电屏、蓄电池组、直流直流（DCDCDCDC）变换器等设备及其供电母线所）变换器等设备及其供电母线所组成。组成。 一些小型通信站（如移动基站、光缆和微波中继站）的开关电源系统一些小型通信站（如移动基站、光缆和微波中继站）的开关电源

2、系统为了减少占地面积，往往采用结构紧凑、安装使用方便的集开关整流单元、为了减少占地面积，往往采用结构紧凑、安装使用方便的集开关整流单元、监控单元以及交直流配电部分为一体的组合开关电源架。监控单元以及交直流配电部分为一体的组合开关电源架。一、直流供电系统的组成及运行方式一、直流供电系统的组成及运行方式2 2、直流供电系统的主要技术指标、直流供电系统的主要技术指标直流供电系统是大多数通信设备（交换、传输、基站等）的直供电源，直流供电系统是大多数通信设备（交换、传输、基站等）的直供电源，其供电指标的好坏对通信设备的工作影响极大，主要的技术指标有：其供电指标的好坏对通信设备的工作影响极大，主要的技术指

3、标有：基础电基础电压（压（V）-48电压运行波电压运行波动范围（动范围（V）-47-57供电回路全程最大允供电回路全程最大允许压降（许压降（V）3.83一、直流供电系统的组成及运行方式一、直流供电系统的组成及运行方式3 3、直流供电系统的运行方式、直流供电系统的运行方式交换局的直流供电系统运行方式采用交换局的直流供电系统运行方式采用48V48V全浮充供电方式。全浮充供电方式。即在市电正常时，交流市电先经过高频开关电源的整流，然后向蓄电即在市电正常时，交流市电先经过高频开关电源的整流，然后向蓄电池组浮充并向通信设备供电；池组浮充并向通信设备供电；当市电（故障）停电而发电机组未启动供电前，由蓄电池

4、组放电向通当市电（故障）停电而发电机组未启动供电前，由蓄电池组放电向通信设备提供直流不间断供电，其允许放电时间一般为信设备提供直流不间断供电，其允许放电时间一般为1 12 2小时；小时；当发电机组或市电恢复供电时，直流供电系统先经低压限流充电而后当发电机组或市电恢复供电时，直流供电系统先经低压限流充电而后转入浮充方式供电。转入浮充方式供电。移动基站（或光缆、微波中继站）直流供电系统运行方式一般也采用移动基站（或光缆、微波中继站）直流供电系统运行方式一般也采用48V48V全浮充供电方式。全浮充供电方式。p即在市电正常时，经过组合开关电源架上的整流模块与两组蓄电池即在市电正常时，经过组合开关电源架

5、上的整流模块与两组蓄电池并联浮充并向通信设备供电；并联浮充并向通信设备供电；p当市电（故障）停电而移动发电机组未供电前，先由蓄电池组并联当市电（故障）停电而移动发电机组未供电前，先由蓄电池组并联放电向通信设备供电；放电向通信设备供电；p当发电机组或市电恢复供电时，直流供电系统先经低压限流充电而当发电机组或市电恢复供电时，直流供电系统先经低压限流充电而后转入浮充方式供电。后转入浮充方式供电。4一、直流供电系统的组成及运行方式一、直流供电系统的组成及运行方式移动基站直流系统与交换局直流系统的区别：移动基站直流系统与交换局直流系统的区别： 基站用开关电源具备二次下电功能。基站用开关电源具备二次下电功

6、能。 当蓄电池放电至第一级切断电压设置点时（当蓄电池放电至第一级切断电压设置点时（46V46V），一次下电动作，），一次下电动作，自动断开负荷较大的基站设备，以保证传输设备较长时间（自动断开负荷较大的基站设备，以保证传输设备较长时间（2020小时左右）小时左右）正常运行；正常运行； 若市电停电时间较长而移动发电机组未上站时，当蓄电池放电至终若市电停电时间较长而移动发电机组未上站时，当蓄电池放电至终止电压时（止电压时（44V44V），二次下电动作，自动断开电池输出，以免蓄电池继续），二次下电动作，自动断开电池输出，以免蓄电池继续放电而造成蓄电池的损坏。因此，移动发电机组应在蓄电池放电至终止放电而

7、造成蓄电池的损坏。因此，移动发电机组应在蓄电池放电至终止电压前上站发电，以免造成通信的中断。电压前上站发电，以免造成通信的中断。蓄电池蓄电池 蓄电池是直流供电系统中不可缺少的重要组成部分。蓄电池在系蓄电池是直流供电系统中不可缺少的重要组成部分。蓄电池在系统中的作用主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，通信设统中的作用主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，通信设备的正常工作将会受到威胁，而蓄电池作为系统供电的后备保护，可备的正常工作将会受到威胁，而蓄电池作为系统供电的后备保护，可提供提供1 12020小时或更长时间的不停电供电电源，因此，蓄电池作为系统小时或更长时间的不停电供电电源，

8、因此，蓄电池作为系统供电的最后一道保证，也是维持正常通信的最后一道保障。供电的最后一道保证，也是维持正常通信的最后一道保障。5二、直流系统设备的配置二、直流系统设备的配置1 1、直流供电系统设备配置原则、直流供电系统设备配置原则 直流供电系统的设备配置和导线选择主要根据通信局（站）各种通直流供电系统的设备配置和导线选择主要根据通信局（站）各种通信设备近远期的直流负荷调查统计，来配置高频开关整流器、蓄电池组、信设备近远期的直流负荷调查统计，来配置高频开关整流器、蓄电池组、交直流配电屏的容量和数量以及选择导线的线径与规格型号：交直流配电屏的容量和数量以及选择导线的线径与规格型号：（1 1）交、直流

9、配电屏的容量按远期负荷配置，其输出负荷分路可根据用）交、直流配电屏的容量按远期负荷配置，其输出负荷分路可根据用电设备的需求而定。电设备的需求而定。（2 2）高频开关整流器的容量应同时满足近期通信负荷和蓄电池组充电用）高频开关整流器的容量应同时满足近期通信负荷和蓄电池组充电用负荷之和。整流模块的数量应采用冗余（负荷之和。整流模块的数量应采用冗余（N N1 1）的配置方式。）的配置方式。其中其中n只主只主用，用，n10时，时，1只备用；只备用；n10时时,每每10只备用只备用1只。主用整流器的总容量只。主用整流器的总容量应按负荷电流和电池的均充电流应按负荷电流和电池的均充电流(10小时率充电电流小

10、时率充电电流)之和确定。之和确定。（3 3）蓄电池的容量应能满足规定的允许放电时间要求。）蓄电池的容量应能满足规定的允许放电时间要求。（4 4）直流供电母线的线径应能满足直流供电回路全程最大允许压降。）直流供电母线的线径应能满足直流供电回路全程最大允许压降。2 2、开关电源和蓄电池的配置方法：、开关电源和蓄电池的配置方法：设计依据：设计依据：中华人民共和国通信行业标准中华人民共和国通信行业标准YD/T5040-2005 YD/T5040-2005 通信电源设通信电源设备安装工程设计规范备安装工程设计规范 首先配置蓄电池组的容量首先配置蓄电池组的容量 然后再配置开关电源的容量然后再配置开关电源的

11、容量61 1、蓄电池容量配置依据、蓄电池容量配置依据 对于给通信设备供电的蓄电池来说，合理的配置蓄电池容量是非常对于给通信设备供电的蓄电池来说，合理的配置蓄电池容量是非常重要的。容量偏小不能满足通信设备在停电较长的情况下正常供电，影重要的。容量偏小不能满足通信设备在停电较长的情况下正常供电，影响正常通信；容量太大不仅是一种浪费，也会影响蓄电池的寿命，所以响正常通信；容量太大不仅是一种浪费，也会影响蓄电池的寿命，所以要合理选择蓄电池的容量。选择蓄电池容量主要是根据负载电流、蓄电要合理选择蓄电池的容量。选择蓄电池容量主要是根据负载电流、蓄电池的效率、停电时间长短和频繁程度以及扩容情况来决定。可根据

12、下列池的效率、停电时间长短和频繁程度以及扩容情况来决定。可根据下列公式来进行蓄电池容量的选择：公式来进行蓄电池容量的选择： C= C=（负载电流备用负载电流）（负载电流备用负载电流）1010蓄电池效率蓄电池效率A A。式中式中C C代表蓄电池容量，代表蓄电池容量，A A表示所需放电时间的加权系数所需放电时间表示所需放电时间的加权系数所需放电时间（小时）（小时）1010。二、直流系统设备的配置二、直流系统设备的配置7 2 2、蓄电池配置举例说明、蓄电池配置举例说明 举例说明如下：有一移动基站举例说明如下：有一移动基站BTSBTS满负荷电流为满负荷电流为15A15A，传输，传输设备工作电流为设备工

13、作电流为5A5A，还准备增加一套，还准备增加一套WCDMAWCDMA设备，其所需电设备，其所需电流为流为20A20A。该基站经常停电，停电时间约为。该基站经常停电，停电时间约为2424小时。计算所小时。计算所需电池容量为需电池容量为 C C（15155 52020）10100.850.852.42.41119AH1119AH， 故选用故选用500AH500AH两组电池即可。如果停电时间太长，例如两组电池即可。如果停电时间太长，例如4848小时，是不能用增加电池容量的办法来实现，而应考虑小时，是不能用增加电池容量的办法来实现，而应考虑用发电机来发电，否则将影响到蓄电池的寿命。用发电机来发电，否则

14、将影响到蓄电池的寿命。二、直流系统设备的配置二、直流系统设备的配置83 3、开关电源容量配置依据、开关电源容量配置依据 一旦选择好了蓄电池后，就必须选择合适的电源系一旦选择好了蓄电池后，就必须选择合适的电源系统，以保证整个通信设备系统的正常工作。选择依据是：统，以保证整个通信设备系统的正常工作。选择依据是：要保证蓄电池在最大充电（均充）电流情况下电源系统能要保证蓄电池在最大充电（均充）电流情况下电源系统能可靠工作；要配置合理以保证能节约资源和建设成本。电可靠工作；要配置合理以保证能节约资源和建设成本。电源的配置可根据下面的经验公式来计算选择：源的配置可根据下面的经验公式来计算选择： 电源容量（

15、负载容量电源容量（负载容量0.15C0.15C）1201201 1个整流器容量个整流器容量式中：式中：C C为蓄电池的总容量，为蓄电池的总容量，120120为设计的余量加权系数，为设计的余量加权系数，1 1为为N+1N+1冗余备份。冗余备份。二、直流系统设备的配置二、直流系统设备的配置94 4、开关电源配置举例、开关电源配置举例 在选择电源系统时，原则上要保证该电源机架上的整在选择电源系统时，原则上要保证该电源机架上的整流器个数最少不得小于流器个数最少不得小于3 3个。另外还要考虑到以后的扩容。个。另外还要考虑到以后的扩容。 例如：有一个基站，蓄电池为例如：有一个基站，蓄电池为2 2组组500

16、AH500AH，负载电流，负载电流为为50A50A，那么所需电源的容量（，那么所需电源的容量（5050150150）120%=240A120%=240A。根据以上原则应选择根据以上原则应选择500A500A电源系统，最终配置应为电源系统，最终配置应为6 6个整流个整流器，容量为器，容量为300A300A。二、直流系统设备的配置二、直流系统设备的配置10三、通信高频开关整流器的组成三、通信高频开关整流器的组成 交流交流配电配电直流直流配电配电整流模块整流模块整流模块整流模块整流模块整流模块电池电池负载负载交流交流输入输入监控模块监控模块48VDC220/380V11三、通信高频开关整流器的组成三

17、、通信高频开关整流器的组成 高频开关整流器方框图高频开关整流器方框图 12三、通信高频开关整流器的组成三、通信高频开关整流器的组成 主电路：主电路：交流输入滤波：处于整流模块的输入端，包括低通滤波器、浪涌抑交流输入滤波：处于整流模块的输入端，包括低通滤波器、浪涌抑制等电路。其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生制等电路。其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。的杂音反馈到公共电网。整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。率因数校正电路提供稳定的直

18、流电源。功率因数校正：为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减功率因数校正：为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减小无功损耗来提升功率因数。小无功损耗来提升功率因数。逆变：将直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分，在一逆变：将直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分，在一定范围内，频率越高，体积重量与输出功率之比越小。定范围内，频率越高，体积重量与输出功率之比越小。1.1. 输出整流与滤波：由高频整流滤波及抗电磁干扰等电路组成组成，输出整流与滤波：由高频整流滤波及抗电磁干扰等电路组成组成，提供稳定可靠的直流电源。提供稳定可靠的直流电源。控制电路：控制电路： 一方面从输出端取

19、样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 13三三、通信高频开关整流器的组成通信高频开关整流器的组成 检测电路：检测电路：除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据供值班人员观察、记录。供值班人员观察、记录。辅助电源：

20、辅助电源：提供开关整流器本身所有电路工作所需的各种不同要求的电源（交直流提供开关整流器本身所有电路工作所需的各种不同要求的电源（交直流各种等级的电压电源）。各种等级的电压电源）。14三三、高频开关整流器主要技术高频开关整流器主要技术 根据根据DCDCACAC逆变电路工作原理的不同，高频开关整流器可分为逆变电路工作原理的不同，高频开关整流器可分为PWMPWM型型和谐振型两类。和谐振型两类。 功率转换电路：功率转换电路：高压直流高压直流高压高频交流高压高频交流高频降压变压器高频降压变压器低压低压高频交流高频交流低压直流低压直流 PWMPWM型：电路控制简单，开关管在导通和关断时的损耗大。主要是型：

21、电路控制简单，开关管在导通和关断时的损耗大。主要是由于开关管的通断都是强制的（有时称为硬开关）。在开关过程中，开由于开关管的通断都是强制的（有时称为硬开关）。在开关过程中，开关管的电压、电流波形存在交叠的现象，从而产生了开关损耗（关管的电压、电流波形存在交叠的现象，从而产生了开关损耗（p=up=u* *i i） 谐振型：利用谐振现象，通过适当地改变开关管的电压、电流波形谐振型：利用谐振现象，通过适当地改变开关管的电压、电流波形关系来达到减小开关损耗的目的。关系来达到减小开关损耗的目的。 谐振型功率转换电路有串联、并联和谐振型功率转换电路有串联、并联和准谐振几种。准谐振功率转换电路又分为两种，一

22、种是零电流谐振开关准谐振几种。准谐振功率转换电路又分为两种，一种是零电流谐振开关式，一种是零电压谐振开关式。式，一种是零电压谐振开关式。 时间比例控制稳压原理时间比例控制稳压原理 改变开关接通时间改变开关接通时间t tonon和工作周期和工作周期T T的比例，亦即改变脉冲的占空的比例，亦即改变脉冲的占空比，来调整输出电压的方法，称为比，来调整输出电压的方法，称为“时间比例控制时间比例控制”, ,缩写为缩写为TRC TRC TRCTRC有三种实现方式，即脉冲宽度调制方式（有三种实现方式，即脉冲宽度调制方式（PWMPWM） ，脉冲频率调制方，脉冲频率调制方（ PFMPFM）和混合调制方式。）和混合

23、调制方式。 15四四、通信高频开关电源维护基本要求通信高频开关电源维护基本要求l 输入电压的变化范围应在设备允许工作电压变动输入电压的变化范围应在设备允许工作电压变动范围之内。工作电流不应超过额定值，各种自动、范围之内。工作电流不应超过额定值，各种自动、告警和保护功能均应正常。告警和保护功能均应正常。l 要保持布线整齐，各种开关、刀闸、熔断器、插要保持布线整齐，各种开关、刀闸、熔断器、插接件、接线端子等部位接触良好，无电蚀与过热。接件、接线端子等部位接触良好，无电蚀与过热。l 机壳应有良好的保护接地。机壳应有良好的保护接地。l 备用电路板、备用模块应半年试验一次，保持性备用电路板、备用模块应半

24、年试验一次，保持性能良好。能良好。l 变流设备输出电压必须保证蓄电池要求的浮充电变流设备输出电压必须保证蓄电池要求的浮充电压和均充电压，变流设备的容量必须保证负载电流压和均充电压，变流设备的容量必须保证负载电流和和0.1C10A0.1C10A的蓄电池充电电流的容量。的蓄电池充电电流的容量。16开关电源的蓄电池管理功能开关电源的蓄电池管理功能 1 1、温度补偿功能、温度补偿功能 温度补偿功能是通过电源设备的前台监控单元来实现的，它是通过检测蓄温度补偿功能是通过电源设备的前台监控单元来实现的，它是通过检测蓄电池温度，然后根据实测的温度来调节蓄电池的浮充电的。温度补偿是以电池温度，然后根据实测的温度

25、来调节蓄电池的浮充电的。温度补偿是以2525为基准，以每节（为基准，以每节（2V2V）3mV/3mV/进行调节。对于通信电源使用的进行调节。对于通信电源使用的48V48V电池组来电池组来说，计算公式为说，计算公式为 V=(T-25)V=(T-25)(-3mV)(-3mV)2424。例如：电池温度为例如：电池温度为1010，那么此时蓄电池的浮充电压为，那么此时蓄电池的浮充电压为 53.5+(10-25) 53.5+(10-25)(-3mV)(-3mV)24= 53.524= 53.51.08=54.58V1.08=54.58V。 所以说当你在冬天或夏天看到蓄电池的浮充电压高于所以说当你在冬天或夏

26、天看到蓄电池的浮充电压高于53.5V53.5V或低于或低于53.5V53.5V，这是，这是温度补偿所致，属正常现象。温度补偿所致，属正常现象。四四、通信高频开关电源维护基本要求通信高频开关电源维护基本要求 开关电源系统在保证设备安全可靠供电的同时，其最重要的功能就开关电源系统在保证设备安全可靠供电的同时，其最重要的功能就是蓄电池管理。不同的厂家实现的方法各有不同，但是都必须完成如下是蓄电池管理。不同的厂家实现的方法各有不同，但是都必须完成如下管理功能：温度补偿、充电智能限流、自动均充功能、周期均充、欠压管理功能：温度补偿、充电智能限流、自动均充功能、周期均充、欠压保护告警功能。保护告警功能。1

27、72 2、充电智能限流功能、充电智能限流功能 蓄电池的充电电流要求在蓄电池的充电电流要求在0.1C0.25C0.1C0.25C，C C为蓄电池的容量。推荐值为为蓄电池的容量。推荐值为0.15C0.15C。如果过大，电池就会迅速产生大量气体造成膨胀变形、活性。如果过大，电池就会迅速产生大量气体造成膨胀变形、活性物质脱落甚至出现物质脱落甚至出现“热失控现象热失控现象”，导致蓄电池及早失效而报废；，导致蓄电池及早失效而报废；如果充电电流过小，那么充电时间就会变得比较长，甚至导致蓄电如果充电电流过小，那么充电时间就会变得比较长，甚至导致蓄电池充不饱，长期也会影响电池的正常寿命。开关电源的智能限流就池充

28、不饱，长期也会影响电池的正常寿命。开关电源的智能限流就是系统根据蓄电池的容量（事先必须在监控参数中正确设定蓄电池是系统根据蓄电池的容量（事先必须在监控参数中正确设定蓄电池容量）、负载所需电流的大小来自动计算整流器的限流点。容量）、负载所需电流的大小来自动计算整流器的限流点。 计算公式为：计算公式为： 单体（整流器）限流点（单体（整流器）限流点（0.15C+0.15C+负载电流）负载电流）单体个数，单体个数， 公式中：公式中：C C为系统蓄电池的总容量。为系统蓄电池的总容量。 四四、通信高频开关电源维护基本要求通信高频开关电源维护基本要求183、自动均充功能、自动均充功能 均充就是均衡充电。一般

29、在下列情况下，蓄电池需要均衡充电：市均充就是均衡充电。一般在下列情况下，蓄电池需要均衡充电：市电停电后电池释放的能量超过电停电后电池释放的能量超过1515；市电来电时；蓄电池长期处于；市电来电时；蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）；电池组中，出现了落后电池，浮充状态（电网稳定，长期不停电）；电池组中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于在浮充状态下单体电压低于2.2V2.2V；更换新电池后。均充电压为；更换新电池后。均充电压为56.4V56.4V，均充时间不大于均充时间不大于1010小时。小时。4 4、欠压保护功能、欠压保护功能 电源系统为了保护蓄电池放电时不过放，采用直流断路器将蓄电池和电源系统为了保护蓄电池放电时不过放，采用直流断