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一、通信電源的發展現狀
(一)供電系統的現狀
通信電源是通信系統必不可少的重要組成部分,其設計目標是安全、可靠、高效、穩定、不間斷地向通信設備提供能源。通信電源必須具備智能監控、無人值守和電池自動管理等功能,從而滿足網絡時代的需求。通信電源系統由交流配電、整流柜、直流配電和監控模塊組成。
(二)通信電源設備的更新換代
近年來,隨著技術的進步,特別是功率器的更新換代,新型電磁材料的不斷使用,功率變換技術的不斷改進,控制方法的不斷進步,以及相關學科的技術不斷融合,通信電源在系統的可靠性、穩定性,電磁兼容性,消除網側電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統的動態性能等等方面都取得長足的進步。
(三)現行通信電源的電路模型和控制技術
目前通信電源的變換電路拓撲結構主要采用雙單端電路,半橋電路和全橋電路,各有優缺點。一般認為,在中、小功率場合,采用雙單端電路或半橋電路是適宜的;在大功率場合則采用全橋變換電路。
二、通信電源發展趨勢
(一)開關器件的發展趨勢
電源技術的精髓是電能變換,即利用電能變化技術將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對象的二次電源。其中,開關電源在電源技術中占有重要地位,從10kHz發展到高穩定度、大容量、小體積、開關頻率達到兆赫茲級,開關電源的發展為高頻變化提供了硬件基礎,促進了現代電源技術的繁榮和發展。
(二)通信直流電源產品的技術發展市場需求發展
在需求與技術的共同推動下,通信直流電源產品體現了如下的發展態勢:
體系架構相當長的一段時間內維持穩定。通信直流電源在相當長的時間內還是維持現有的交流配電、整流器模塊(并聯)、直流配電、監控單元、蓄電池等為主要組成部分的架構;功率變換模式也將維持現有的高頻開關模式,暫時不會出現類似從線性電源到開關電源的階躍性的變化。
功率密度不斷提高。通信一次電源的核心部件整流器的功率密度不斷提高,推動了通信直流電源整機的功率密度不斷提高,但配電器件、蓄電池等密度基本維持穩定,一定程度制約了整機系統的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信電源的最基本要求。隨著器件技術、通信電源技術的成熟,以及各通信直流電源設備廠家在可靠性研究上大力投入,通信直流電源產品可靠性呈不斷提高的趨勢。
按照TRIZ理論(“創造性解決問題的理論”的俄語縮略語)描述的技術系統發展進化規律,一般而言,技術的生命周期包含四個階段:嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期,種種跡象表明,通信直流電源的核心技術,開關電源技術基本上開始步入成熟期:效率的提升變得緩慢和困難、而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進一步提高,未來幾年甚至十幾年內,通信直流電源產品將進入一個緩慢發展的階段,直至有一天,一種新的電源變換技術出現,通信直流電源產品就會再出現一個階躍性的發展,就像開關穩壓技術替代線性穩壓技術,給電源帶來了革命性的變化。
(三)通信用蓄電池技術研究的新進展
通信用蓄電池作為通信系統后備的能源供應手段,其研制、生產和應用技術一直備受世界各國通信行業的重視。隨著科技的發展和技術的不斷進步,國外正在研制和試驗新一代的通信用蓄電池,有的已經進入商用化階段。這些新的蓄電池,由于其材料、結構和技術上的先進性,在性能上具有傳統的VRLA電池無可比擬的優越性。
中國1.釩電池(VanadiumRedoxBattery)。釩電池(VRB)是一種電解值可以流動的電池,目前正在逐步進入商用化階段。
2.燃料電池。燃料電池是一種化學電池,也是一種新型的發電裝置,它所需的化學原料由外部供給,如氫氧燃料電池,只要外部供給氫和氧,經過內部電極、催化劑和堿性電解液的作用,就能產生0.9V電壓的直流電能,同時產生大量的熱能.
3.電源監控系統的發展。隨著互聯網技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發展,通信系統從以前的單機或小局域系統逐漸發展至大局域網系統或廣域網系統,大量人力、物力被投入到網絡設備的管理和維護工作上。不過通信設施所處環境越來越復雜,人煙稀少、交通不便都會增大維護的難度,這對電源設備的監控管理提出了新的需求,保護通信互聯網終端的電源設備必須具備數據處理和網絡通信能力。此時,數字化技術就表現出了傳統模擬技術無法實現的優勢,數字化技術的發展逐步表現出傳統模擬技術無法實現的優勢.
4.通信電源的環保要求。環保問題,一方面的指標是通信電源的電流諧波要符合要求,降低電源的輸入諧波,不但可以改善電源對電網的負載特性,減少給電網帶來嚴重污染的情況,還可減少對其他網絡設備的諧波干擾。另一個重要方面,是材料的可循環利用和環境的無污染,這方面需要產品滿足WEEE/ROHS指令。
在通信電源開發、生產早期,人們主要集中研究電源的輸出特性,較少考慮到電源的輸入特性。例如:傳統的在線式電源輸入AC/DC部分通常采用橋式整流濾波電路,其輸入電流呈脈沖狀,導通角約為π/3,波峰因數大于純電阻負載的1.4倍。這些諧波電流大的電源給電網帶來了嚴重的污染,使電網波形失真,實際負荷能力降低,對于三相四線制的電網來說,還很有可能因中性線電流過大而出現不安全隱患。
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1.2蓄電池的容量和質量判斷蓄電池的容量和質量測試和判定一直是困擾通信電源維護和管理工作人員的一個重要問題。目前市面上盡管有著很多種蓄電池的測試儀器,但是經過實際的使用可以發現,其中很大一部分測試儀器都不能準確可靠地對蓄電池容量和質量進行檢測和判定。蓄電池測試儀器檢測出來的數據盡管達到了蓄電池檢測的各項指標,但是根據蓄電池實際在線檢測得到的各項結果來看,在一些放電的關鍵性時刻其表現并不能讓人滿意。另一方面,部分地區級單位沒有足夠的資金去配備性能可靠的蓄電池檢測分析儀。本文根據蓄電池的實際運行經驗,認為對蓄電池的容量和質量檢測可以從以下幾個方面進行:(1)對比標示蓄電池進行檢測和觀察。一組蓄電池組的容量大小一般取決于整個電池組中容量最小的一只單體電池,因此可以通過先放電再充電幾次后進行觀察和測試。針對測試中明顯落后的電池組用均衡充電的方式進行處理,再次觀察,看該電池組能否恢復到原有的電池容量。必要的時候可以對電壓落后的電池進行單獨處理,確保整體蓄電池組的電容量得以維持。(2)切斷市電,改由蓄電池對通電設備進行供電。開始負載后,蓄電池的電壓就會從53.8V慢慢下降,一般情況下,在蓄電池的電壓下降到48V的時候還能維持很長時間。但是如果蓄電池的電壓在很短的時間內就下降到了48V以下,那么該蓄電池的容量肯定就是存在明顯缺陷的。(3)安裝投入運行后的蓄電池。由于電力通信系統的重要性,一般情況下一些帶有一定風險的深度放電測試是不被允許的。因此,一旦出現需要轉換電源或者電源出現故障導致供電中斷的時候,就應及時趕往現場對蓄電池的實際放電情況進行觀察和記錄,掌握蓄電池運行的第一手寶貴資料。
2電源模塊的使用和維護
通信電源的電源模塊一般都是采用多開關的電源形式?,F階段,隨著科學技術的不斷發展,我國國產的智能高頻快關電源技術正在不斷發展和成熟,產品性能也越來越穩定,對于通信機房的溫度要求也沒有以前那么嚴格,能夠在-5~40℃之間正常工作。但是,不管是風冷式還是自冷式的電源模塊,都必須保障通信機房內的清潔,避免灰塵和潮濕對電源模塊產生影響?;覊m和潮濕不僅會導致電源模塊的散熱器件工作質量下降,嚴重時還會引起主機的工作出現異常和紊亂,嚴重影響電源模塊的工作效率。因此,對電源模塊的日常維護工作主要就是對電源模塊和通信機房的清潔。另一方面,在使用過程中,要注意不能使電源模塊長期處于滿負載狀態,更不能隨意地增設大功率的用電設備。電源系統一般都是處于不間斷的運行狀態下的,因此長期處于滿荷載狀態和增加額外大功率設備都會造成電源模塊出現故障。一些工作人員在對電源模塊進行檢修和維護時,經常將不同廠家型號的開關電源模塊并列運行,這樣做不僅容易導致電源模塊出現故障,還會嚴重影響設備的長期穩定運行。這是因為不同廠家型號的開關電源模塊的使用頻率存在差異,開關電源不同于線性電源,其在使用和維護中對頻率有著很高的要求,不能保證不同型號的開關電源輸出電壓校調至完全相同,也就難以實現各個電源模塊的符合均攤。
3綜合利用管理電源設備
電力通信部門由于要長期使用220V的交流電,因此必須通過UPS的方式進行解決。但是蓄電池通過UPS后往往會出現電池容量小的狀況,在市電中斷的時候蓄電池無法長時間為通信設備供電?,F階段,主要是通過合理利用大容量蓄電池組的通信電源來解決此類問題,其主要的實現方式是借助專門的逆變器和復用現有的蓄電池。具體結構如圖1所示。電力通信部門還可以通過并列運行多套電源設備的方式提高電源設備的可靠性和安全性,在其中一套電源設備出現故障中斷供電時,只要切換系統,其他的電源設備就可以繼續不間斷地為電力系統提供電能,保障系統的穩定運轉。如圖2所示。目前,市場上大部分電源設備為了方便和各個通信設備有效結合,實現電力通信系統的遠程維護和實時監控,通常都會帶有專門的通信接口。的通信機房一般都沒有安排專門的工作人員進行值守,只要充分利用現有的先進技術和設備,就可以實現電力故障的及時發現和排查,切實提高電力通信系統的運行質量。
2通信電源的管理與應用分析
2.1加強通信電源的運行管理通過以上對通信電源運行中需要注意的問題分析得知,通信電源在運行的過程中經常受到內部或外部因素的影響,使得通信電源經常發生通信故障,為了避免這類現象的發展,要加強對通信電源的運行管理,科學的使用通信電源設備資產,優化通信電源的組合預防惡性事故的發生[4]。首先對通信電源的運行管理,要嚴抓電源的節能降耗環節,很多通信電源的管理正是因為忽視了這方面的管理,使得通信電源的使用能耗較高,使用壽命也會隨之縮短,不利于通信電源的長期運行,通信電源的節能降耗管理與電源專業技術有著直接的聯系,因此,要加大對電源專業技術的管理才能有效的落實通信電源節能降耗的工作。其次,要加強對通信電源運行的監控,通信電源在運行過程中一般都會受到自身、環境、機房溫度等方面的影響,因此,對通信電源監控管理主要從通信電源、機房溫度也就是空調設備、環境等幾方面進行監控,尤其是在后期對通信電源的維護工作,應嚴格按照通信電源維護規范流程、維護技術規范、安全操作等方面進行,切實的做好通信電源的運行監控。最后,要加強對通信電源管理制度的完善,制度的制定和實施不能過于盲目,要結合實際的情況來制定,如:通信電源的使用環境等。
2.2全面提升通信電源管理人員的技術水平傳統的通信電源主要應用蓄電池、高壓電流等作為電源,在使用的過程中極為不穩定,一旦引發電源故障后果不堪設想,而在專用通信電源應用的情況下,雖然有效的改善了傳統通信電源的弊端,但是,在運行的過程中,通信電源需要有著一定的技術支持,而這些都要歸結到工作人員來負責,現階段通信電源應用的過程中主要面臨的就是管理人員技術以及綜合素質水平不高的問題,因此,應全面提升通信電源管理人員的技術水平[5]。針對通信電源人員技術水平的培訓可以采取定期培訓的方式,尤其是在通信電源技術更新的過程中,必須及時將新技術知識傳授給相關的工作人員,確保工作人員能夠掌握全面的技術知識。另外,可以建立一支高技術、高水平的通信電源技術維護隊伍,不僅要將注意力集中到現有的人員培訓工作中,還要高薪聘請高素質、高水平的通信電源管理人員,全面提升通信電源管理隊伍的整體素質。此外,要選取一批年輕、有頭腦、技術水平較高等綜合素質水平較高的工作人員,為其提供專業的技術培訓環節,培養一批技術骨干來負責通信電源的專業管理工作,避免傳統通信電源管理問題的發生,全面提升通信電源的應用效率。
從遠古時代以來,陽光、空氣、食物和水一直是人們賴以生存的必需品,而今在科學技術飛躍發展的時代,電也已成為人們的必需品。因為有了電,我們的生活才有了歡樂。正是由于通信系統的安全優質運轉,無處不在的通信電源則是堅實的基礎和根本保障。實施集中監控管理是網絡技術發展的必然趨勢,是現代通信網的要求,也是企業減員增效的有效措施。各種電源設備要智能化、標準化,符合開放式通信協議。若電源系統不能輸出規定電流,電壓超出允許波動范圍,雜音電壓高于允許值時間并持續10s以上者均判定為系統故障。原交流系統中的電壓、頻率或波形畸變超出規定范圍持續時間大于60s者均判定為故障。為此,要保證通信電源系統的可靠性,有條件的通信部門應盡量從兩個不同的地方引入2路市電輸入,并設置2路市電電能自動倒換裝置;所用設備要選用可靠性高的高頻開關整流設備,采用模塊化、熱插拔式結構以便于更換,并合理配置備份設備。任何新技術、新設備未經充分驗證、試運行前均不得進入供電系統。供電方式要大力推廣分散供電,使用同一種直流電壓的通信設備采用兩個以上的獨立供電系統,這也是今后通信網絡容量和規模不斷擴大、各種新業引入的新要求。為了盡量縮短設備的平均故障修復時間,要經常分析運行參數,預測故障發生的時間并及時排除。還要提高技術維護水平,采用集中維護、遠程遙信、遙測維護。在實施過程中,三遙點的設置要合理,絕不是越多越好,要以可靠性、實用性為基本原則,宜簡勿繁。
2電源系統使用中應重視的問題
電源系統目前廣泛使用高頻開關電源系統設備,其智能化程度高,電池采用了免維護蓄電池,這雖給用戶帶來了許多便利,但在使用過程中還應在多方面引起注意,確保使用安全。
2.1按電源系統的使用要求和功率余量大小來分,在使用中要避免隨意增加大功率的額外設備,也不允許在滿負載狀態下長期運行。工作性質決定了電源系統幾乎是在不間斷狀態下運行的,增加大功率負載或在基本滿載狀態下工作,都會造成整流模塊出故障,嚴重時將損壞變換器。自備發電機的輸出電壓、波形、頻率和幅度應滿足電源系統對輸入電壓的要求,另外發電機的功率要大于開關電源設備的額定輸入功率,否則,將會造成電源系統設備工作異?;驌p壞。
2.2電池應避免大電流充放電,理論上充電時可以接受大電流,但在實際操作中應盡量避免,否則會造成電池極板膨脹變形,使得極板活性物質脫落,電池內阻增大且溫度升高,嚴重時將造成容量下降,壽命提前終止。在任何情況下都應防止電池短路或深度放電,因為電池的循環壽命和放電深度有關。放電深度越深循環壽命越短。在容量試驗或放電檢修中,通常放電達到容量的30%-50%就可以了。
一、前言
隨著通信行業的大力發展,農話、小交換點、傳輸基站、接入網、廣電等領域在基礎建設上進行了大力投入,對中小容量電源的需求也日益旺盛,鐵路等專網領域亦如此。在目前正能ZNDU系列產品中,中、小容量的組合電源系統主要包括ZNDU90B、ZNDU180、ZNDU300以及ZNDU90E,這些系統在某些方面已不能完全滿足用戶多樣化的需要。為滿足市場需求,增強ZNDU系列組合電源在中、小容量領域的競爭力,以嵌入式整流器組成的電源系統的研制被提上日程。正能實業以ZXD800E15A開關整流器為基礎,組成了ZNDU45和ZNDU150兩種系統,下文分別予以介紹。
二、ZNDU45-45A嵌入式電源系統
ZNDU45是為接入網配套開發的嵌入式系統,寬19英寸。該系統集交直流配電、整流器、監控單元于一體,滿配置額定輸出為-48V/45A,良好的電磁兼容設計使得系統可以用于一體化的接入網機架而和接入網設備互不干擾。
系統的外形共有6個槽位:整流器占3個槽位,交直流配電單元占2個槽位,監控單元占一個槽位。系統采用插箱結構,整流器和監控單元采用熱插拔方式,安裝、維護方便。
整流器單元采用最先進的功率變換技術,在全負載范圍內都有很高的轉換效率。損耗減少,不僅為用戶降低了運行成本,而且使系統的可靠性得到有效保證。功率因數校正技術的應用,一方面提高了系統的功率因數(接近于1),另一方面使后級功率變換電路的直流輸入電壓相對穩定,工作更加可靠,在交流輸入(130~300)V的范圍內整流器可以輸出額定功率。由于使用小容量電源系統的地區電網大多不穩定,有些地區甚至使用的是極其不穩定的小水電,嵌入式整流器對交流電網極強的適應能力使得在電力不穩定地區也可放心使用。
系統滿配置為三個整流器,每個整流器的額定輸出為15A。由于接入網一體化機架的用電量不大,如果以更大容量的整流器組成系統供電是不合適的,因為如果以單個大容量的整流器供電,系統沒有備份,不安全;如果以2個或更多的大容量的整流器供電,則不經濟,出現“大馬拉小車”的現象。而以15A整流器組成系統,既經濟,備份方式也更加合理。
交直流配電單元完成交流電源的輸入與防雷保護、直流輸出的分配、蓄電池的接入與保護等功能,并為監控單元提供檢測信號。由于系統的容量很小,系統采用單相交流電源供電,在交流輸入(130~300)V的范圍內,系統可以正常工作。由于該系統主要用于一體化的接入網機架,配電單元遵循“簡單即可靠”的原則,為接入網一體化機架度身定做,經濟實用。
監控單元是系統的核心。實時檢測交直流配電單元、整流器單元和蓄電池組的工作狀態,對數據進行分析、處理,根據分析的結果完成系統的管理功能。監控單元具有本地的人機界面并可以通過多種傳輸方式和監控中心連接,實現遠程監控。
三、ZNDU150150A組合電源系統
ZNDU150150A組合電源系統采用獨立的一體化組合電源機架,整機外形尺寸和ZNDU600E600A組合電源系統兼容,高、寬、深分別為2000、600、660mm。系統集交流配電、整流器、直流配電、監控單元、二次模塊、蓄電池組為一體,可廣泛使用于中、小容量的程控交換局、移動基站、衛星地球站等場合,尤其適用于為農村電話支局、微波中繼站、鐵路信號站的通信設備供電。良好的電磁兼容設計使得系統可以和主設備放在一起而不互相干擾。
系統的共分三層:
上層為交流配電單元和直流配電單元。交流配電單元位于機柜的上部前方,完成交流輸入的防雷保護、多路交流輸入的切換以及三相交流的分配,并為監控單元提供檢測信號。根據用戶不同的要求,交流輸入可以提供單路手動、雙路手動、雙路自動切換等方式。在多路交流輸入方式下,多路輸入回路之間有可靠的電氣和機械互鎖裝置。系統交流輸入采用三相五線制輸入方式,在沒有三相電源的場合,也允許單相三線方式輸入,方便用戶的使用(系統在單相三線輸入時,零線要適當加粗)。
直流配電單元位于機柜的上部后方,主要完成直流輸出的分配與保護、蓄電池的接入與保護等功能。直流輸出路數可以根據用戶的需求靈活進行配置,在交流發生故障的情況下,還完成直流應急照明的輸出,為工程現場提供照明。系統可以接入兩組蓄電池,當交流輸入故障、整流器組不能提供直流電源時由蓄電池組給直流負載、二次模塊和監控單元供電,保證用電設備不間斷工作。
機柜的中間為整流器和監控單元,分為兩層排列,每層6個槽位。監控單元占用一個槽位,另外的11個槽位分配給整流器單元,系統可以在(30~165)A之間靈活配置,滿配置輸出容量為165A。整流器單元對輸入的交流電能進行轉換,變換成穩定的直流電源供給直流配電單元。整流器單元通過與背板的接口為監控單元提供檢測信號。整流器和監控單元采用熱插拔方式,維護、更換都很方便。
電池倉位于機柜的下部。一般的,用戶將電池組放在機柜的外部,電池倉可以用來儲藏工程維護用的工具、說明書等資料;也可以將小容量的電池組放在系統機柜的下部,特別適用于移動基站等對空間有特別要求的場合。
機架下部電池倉的上方有一個單元可以用來放置二次電源模塊ZXDCMI。ZXDCMI模塊為-48V輸入,6V/13.8V/24V多路輸出,滿足用戶多個直流電壓等級的需求。當二次模塊故障時,通過干節點將告警信息傳送給監控單元。二次模塊一般在ZNDU150用做鐵路信號站電源時使用。
監控單元是該系統的核心,外形和整流器相同,占用一個整流器槽位。監控單元實時檢測交流配電單元、整流器單元、直流配電單元、二次模塊、蓄電池組的工作狀態,對數據進行分析、處理,根據分析的結果完成系統的管理功能。監控單元具有本地人機界面,并可通過多種傳輸方式和監控中心連接,實現遠程監控。當告警發生時,除了系統前端提供聲、光告警以外,還可通過通信單元將告警信息送往遠端,也可通過8個干節點狀態的改變對維護人員進行提示。
系統具有完善的蓄電池管理功能,可以對蓄電池進行溫度補償,根據測得的電池溫度,調整整流器的輸出電壓;可以對蓄電池進行自動均浮充管理,根據交流停電時蓄電池放電的深度或周期性地對蓄電池進行均浮充管理;在交流停電時監視蓄電池的放電狀態并在過放電時提供保護功能。蓄電池管理功能的實施,可最大限度地延長蓄電池的使用壽命。
可以根據用戶的需求提供蓄電池放電時的二次下電功能,將直流負載根據重要性的不同分為兩組,在交流停電時由蓄電池組給負載供電,監控單元根據蓄電池放電的深度和負載重要程度的不同將負載分兩次切除(先切除次要負載,如果蓄電池繼續放電則切除全部負載)。二次下電功能的實現,在保護蓄電池不致過放電的同時保證了重要設備有盡可能長的工作時間。
四、ZXD800E主要技術特點
ZXD800E高頻開關整流器是嵌入式電源的核心。它為單相交流輸入,額定輸出48V、15A。其結構為國際標準化設計,高度為3U,寬度70mm。19英寸標準機柜一層可以安排6個槽位。ZXD800E高頻開關整流器具有以下突出特點:
高功率密度。采用混合散熱設計方法,以自然冷卻和強迫風冷相結合,ZXD800E整流器的功率功度可達到430mW/cm3,重量小于2kg,在國內外同類產品中處于領先水平。同時由于前后風道設計,可使其安裝在任何結構的通信系統中都不會影響系統其它部件的正常工作。
在交流輸入130Vac--300Vac范圍內整流器可全額功率輸出。ZXD800E整流器功率級由兩級組成,前級完成功率因數校正,使其在全輸入電壓范圍內功率因數為1,并進行電壓預調整。后級主要完成功率變換和電壓轉換。寬范圍輸入電壓設計使嵌入式電源對電網的適應能力大大增強,特別適合邊遠電網不穩定地區使用。
工作溫度范圍寬。ZXD800E整流器在-15℃--+55℃環境溫度條件下可全額功率輸出,在高溫條件下進行適當的降額,工作溫度范圍上限可達+65℃,能滿足從寒冷氣候到熱天氣的儲存和使用要求。通過合理的包裝設計,能滿足公路、鐵路、飛機、海船等運輸條件。
高技術保證高可靠性。ZXD800E采用特殊技術軟化開關功率器件的開關過程,再大限度的減小功率器件的電壓和電流應力,通過合理的風道設計降低功率器件特別是電解電容的溫升,提高整機的可靠性。
良好的電磁兼容性。ZXD800E采用邊界調頻和無損吸收技術,并通過有效的屏蔽、接地、濾波,使其具有良好的電磁兼容性。其傳導和輻射發射指標滿足EN55022的B級要求,輸出雜音指標遠遠優于郵標的要求。由ZXD800E組成的嵌入式電源即使與通信系統置于同一機架,也不會相互干擾。是“綠色電源”之極品。
1.2設備更換具體操作各方準備工作完成后,按照事先分工開始準備;到行車室要點登記并防護,參與人員開始按照分工進行設備拆卸和電源線割接;為了保障運行設備安全,專設一人負責觀察運用設備狀態,防止發生設備掉電等意外時不能及時發現;首先將動力源電源柜交流停電,在負載未割接前用蓄電池供電,然后將交流線從電源柜開關松開,將接頭等絕緣防護處理后慢慢從設備內順出撤下,松開地下固定螺栓,挪動電源設備,騰出位置,然后將中達電源柜安裝至原位置上,開始將原撤下交流電源線整理并壓接至新設備上;在開始敷設臨時直流電源線時,時間用了近兩個小時。
1.3意外發生情況和處理在原使用電源設備交流停電后,蓄電池直流輸出電壓很快降至49.8V,然后勻速下降,約10min下降0.1V左右,2h后降至48.6V,這時輸出電壓開始發生較大變化,下降趨勢加快,當負責監控人員發現異常時,電壓已降至47.8V,并且電壓降速如雪崩般開始,當時現場十分慌亂,決定先臨時恢復電源柜交流供電,急忙將原臨時使用過的交流電源線壓上,這時蓄電池輸出電壓已低于46V,馬上將到電源柜一級掉電保護電壓,即將影響通信設備使用;在交流電源線接上后,簡單確認沒有問題,急忙將空開推上,交流電輸入恢復。接著電源柜整流模塊等部件開始工作,直流輸出電壓顯示50.2V,并開始對蓄電池有15A左右充電電流,但充電電流下降很快,5min后只有3A左右,不過通信設備掉電危機解除了。
1.4任務完成情況在危險解除后,將通信設備上第二路直流輸入端子臨時敷設電源線至新電源設備,等線接好后,準備讓新安裝電源柜同時向設備供電;這時動力源電源設備直流輸出電壓只有51.3V,而中達電源柜現在均充狀態下直流輸出電壓達到56V,這時壓差過大,且老設備蓄電池虧電,一旦給兩電壓并接,必然產生有從新裝電源柜直流輸出端子對老電源蓄電池充電電流,且無法估計該電流大小,很可能出現燒直流保險等問題;于是暫時停工,觀察設備狀態,直到下午新電源柜處于浮充狀態電壓在53.6V,而老電源柜輸出電壓也上升至53.4V,這時開始讓通信設備上有兩電源柜輸出直流電源并接,然后在老電源柜拔下直流輸出保險,停止給設備供電。在中達電源柜監控模塊中對各項技術指標進行按照標準和實際情況設置;撤除通信設備上至老電源柜電源線;確認設備使用無異常后,撤除老電源柜;更改動環監控模塊參數,使對新電源設備動環監控正常,完成了本次電源設備割接倒換工作。
2需要吸取的教訓
事后通過對這次工作過程進行總結分析,主要需要吸取的教訓如下:1)對老電源設備蓄電池電量認知存在問題,應該看到本次設備更換,是認為該設備不能進入均充狀態,輸出電流小不能滿足電池維護的需要,且故障率高而做出的決定,對蓄電池現有容量雖然有考慮,并測試了蓄電池內阻,但內阻測試指標只能反映電池現在狀況,不能根據內阻大小確定存有電量;2)在制定方案時考慮到負載電流?。?A),而蓄電池為100AS,主觀認為電量供設備使用5h應該沒有問題。按照以前的多次經驗,在制訂方案時按照蓄電池現有電量能夠滿足本次割接需要考慮,結果出現意料之外情況;3)施工時只圖方便,因為重新敷設各種電源線比較麻煩,既要撤除舊線,還要對新線防護綁扎等,這兩項工作至少需要半天時間。而利用舊線則比較省事,只是老電源柜停電時間較長,但過去也曾多次發生過惡劣天氣時,區間基站交流停電5h負載電流10A情況下沒有影響設備使用情況,故決定按省事方案實施;4)整個應急預案有問題,在施工時只考慮如果不小心造成個別通信設備掉電,怎樣及時發現恢復等,沒有考慮到整個電源直流供電中斷,認為在過去電源柜割接時沒有發生問題,未看到此次是因設備存在故障更換,與過去更換老設備的區別,因此遇到情況一片混亂,臨時決定先恢復交流使用,如果加上交流電后,電源柜直流輸出不能恢復,下一步應該如何進行沒有方案;5)充分反映了設立安全監控人員的必要性,在設專人擔任防護時,有人提出沒有必要,室內空間小,在旁邊不直接參與施工有妨礙等。如果不能及時發現電源電壓發生異常情況,就沒有處理問題的時間,發生掉電故障不可避免。
2監控系統軟件系統設計
監控系統的軟件部分采用模塊化開發方式。整個系統共分為初始化、數據采集管理、控制與維護、人機界面、通信、系統維護等六個模塊。在這六個模塊中,數據采集管理模塊及控制維護模塊是整個監控系統的核心模塊。數據采集模塊可以分為模擬量采集與處理模塊、數字量采集與處理模塊、報警處理模塊三個部分,分別負責系統模擬量和數字量的采集、匯總、處理、存儲、轉發等工作,同時在分析數據的基礎上對系統的運行狀態進行分析和判斷,如果系統運行狀態存在發生故障的可能性,就相應發出報警信號。系統的控制和維護模塊的主要功能是接收來自于數據采集模塊的數據及初判結果,并根據結果進行電源運行狀態的管理,其中包括對系統的自檢、故障自診斷、程序復位、系統安全等方面的功能。除此之處,還要完成對其他模塊的調度。
(1)猶如人們對陽光、空氣、食物和水的依賴
從遠古時代以來,陽光、空氣、食物和水一直是人們賴以生存的必需品,而今在科學技術飛躍發展的時代,電也已成為人們的必需品。因為有了電,我們的生活才有了歡樂。
(2)摩天大樓與基礎的關聯性
摩天大樓高聳入云,雄偉壯觀,強風中堅定不移,堅實的基礎則是默默無聞的功臣。通信系統的安全優質運轉,無處不在的通信電源則是堅實的基礎和根本保障。
(3)廣泛的實用性
在通信樞紐大樓里,在衛星地面站、光纜、微波中繼站、國際海光纜登陸站……所有需要安裝電器設施和通信設備的地方,都需要首先建設好電源和通信電源。眾多電源設備能在不同類型外電環境中經不同組合生產出A、B和C不同級別的多種電源,以滿足不同用戶的不同需求,做到穩定、安全和可靠。
結論:電源是一切通信必不可少的堅實基礎,而且是非常重要的根本保障。
2通信電源的重要性
下面列舉了郵電行業幾次因電源故障而引起的重大的事故:
A)1995年4月1日,廣東汕頭金砂郵電大樓電氣特大火災,直接經濟損失1497.9萬元;
B)1995年11月26日,貴州畢節地區郵電局通信大樓電氣特大火災,直接經濟損失901萬元,中斷通信50h,間接經濟損失335萬元;
C)2002年2月27日0時35分,海南省海口市海府路通信樓無人值守市話傳輸機房失火,造成海府局的市話出入局中繼大面積閉塞,出入局呼叫、數據通信、小靈通網絡、部分金融系統網絡和有線電視網絡都受到不同程度的影響,同時造成6500個接入網用戶通信中斷,52個中國移動通信機站的通信受阻。其政治影響甚大。
若要恢復原有的通信能力,投入資金是損失資金的若干倍,投入的力量也將很大。
通信電源的質量與實用安全直接影響到通信質量、通信設施和人身安全,輕則影響通話質量,中斷通信;重則毀壞機樓,釀成重大事故。A、B和C事故及以前的幾個重大火災,迫使郵電系統下大力氣連續幾年進行全行業的安全大檢查。近年來暴露出的安全隱患問題,需要我們采取更有效的措施,扭轉極不安全的被動局面。中國電信集團會經常性地進行安全大檢查,扎扎實實地把安全生產抓好。
電源專業及應用對通信企業的安全生產有著至關重要的作用,萬萬不可忽視。
3通信電源的特點、現狀及存在的問題
(1)設備品種甚多,使用組合奇特
高、低壓配電設備;發電設備包括柴油、汽油發電機,風能、太陽能和燃汽輪發電機;交直流變換設備包括AC/AC、AC/DC、DC/DC、DC/AC、UPS和蓄電池設備等。
在通信樞紐大樓、衛星地面站、光纜、微波中繼站、國際海光纜登陸站、交換機樓和模塊局等眾多的不同供電環境(條件)中,不同需求的魔方組合,神奇而多樣化。一個關鍵問題是要嚴格貫徹通信電源的相關技術標準,遵循科學規律,做好設計、建設和維護工作。
(2)涉及專業學科知識多
通信電源的專業維護需要動力機械學、化學、電子、通信與自動控制技術和計算機應用知識。
(3)消耗能源巨大,設備資源豐富,需要精心管理通信生產用電和確保通信機房環境溫度等用電,所消耗的電能源是巨大的。而且通信電源設備的種類多、數量多,通信電源、空調設備資產大約占總資產的3%~5%,在一個擁有4000多億元人民幣資產的強大通信企業——中國電信集團公司,通信電源、空調設備的資產約占200億元人民幣,因此加強管理,提高使用效率,降低成本,意義重大。
(4)維護好通信電源責任重大
電源專業工作常處于高電壓、大電流、使用易燃油類和防雷保護等特殊環境,對安全生產、通信防護和消除火災等方面有著不可推卸的責任。(5)通信電源專業維護體制亟待與通信維護體制改革同步
對于中國電信集團,該專業共有近萬名員工,工作面廣,維護設備多。目前的維護操作方法與傳統方式變化不大,減員只是在人員看守設備方面有一定的潛力,而且必須達到通信電源設備自動化、監控手段完善化,只有安全防護達到無人值守條件時,才能實現無人值守。實際設備的檢測需推廣新技術和新方法,提高工作效率,減員才有實效。過去,通信能力飛速發展,而電源維護人員的數量卻變化不大,這是生產效率提高的具體體現。
(6)電源專業方面存在的問題
·生產安全險象環生。近年來供電事故不斷發生,嚴重影響并威脅到通信安全。例如,根據已了解到的電源設備事故分析,蓄電池事故占70%,高壓切換事故占20%,高頻開關電源事故占10%(強排風,灰塵侵入設備);全通信專業對通信電源的使用也存在很多的不安全因素,眾多的火災事件也都與電源或其使用有很多關聯。技術管理需有效加強。缺乏對運行維護中存在的問題進行及時、有效的研究和有效的對策,對事故的分析,特別是通信電源的應用安全、通信機房環境、蓄電池的容量和放電等問題,值得深入研究其維護方法,進一步完善和提高監控系統的技術規范。
·亟待提高企業化管理。對企業體制發生巨大變化的今天,沒有適應新的電源維護響應模式,沒有企業化管理的應對策略。例如:全方位服務問題,電源維護成本分攤問題,高質量的通信電源應用技術支持問題等。
4重視通信電源的管理與應用研究
要加強運行管理,減少通信事故,預防、杜絕惡性事故發生;對于龐大的設備資產,要科學使用,優化組合;在抓節能降耗方面,電源專業有著很大責任,需加強管理;要抓好通信電源、機房專用空調和環境監控系統的完善研究推廣應用,抓好通信電源的維護規程、技術規范和安全操作等方面的研究與推廣應用;要進行電源專業維護體制改革的研究與推廣;要對新的先進供電技術與設備進行應用驗證研究,防止盲目性;在知名度極高的通信企業,要培養及配備有一定水平的通信電源管理專家,中國電信集團應在企業內部建立具有高水平、高素質的通信電源技術維護中心及維護隊伍。
5具體建議
在通信企業的集團公司總部和省級電信公司的運維部門設通信電源(空調)專業管理崗位,選用熱愛通信電源專業并具有相當專業技術知識,對通信專業有一定的維護或管理經驗,具有管理才能的技術骨干,負責通信電源(空調)專業的管理。主要抓以下工作:
·集團運維部側重抓通信電源(空調)專業的運行維護技術管理,負責編制通信電源(空調)專業維護規程。技術規范。安全操作及規章制度,負責指導全通信部門安全管電和安全用電的具體實施工作。
·省運維部門側重對本企業通信電源(空調)專業的設備運行維護管理,做到科學使用。優化組合;在抓節能降耗、安全生產、安全用電等方面,省運維部分負有責任。
·參與通信電源重大工程的技術選型及重大工程質量驗收;電源設備選型應從5個方面考慮:電氣性能符合規范要求;安全可靠;技術先進;廠家技術服務保障體系完善;價格合理。而這些方面需要在采購設備中完整體現,宏觀地選型無法確定5個因素。應重視待選設備的應用歷史及表現。
·負責進行電源(空調)專業維護體制改革的研究與推廣;
·負責對新的先進供電技術與設備進行驗證、研究與推廣。科學技術在不斷的發展,其新設備也不斷推出,要積極地學習了解,嚴肅認真地進行實用研究,集團和省電信公司要嚴格把關。
·參加相關技術交流活動。這是虛心學習和展現中國電信維護管理水平和維護技術水平的極好機會。應積極參加國家相關標準的制定研究工作,參與國際相關方面的研討事宜。
·在直接擔負通信設備運行及維護的省會局和地、市局,要有專人抓通信電源、空調設備的具體維護工作,各維護部門應有專門的通信電源、空調設備的維護專業隊伍(電源維護中心),培養和配備相關設備維護專家,抓好通信電源、機房專用空調及機房環境的集中監控系統的維護和完善工作,抓好對發電機組、整流設備、蓄電池和專用空調等設備的運行及例行檢測。
2電源系統中常見的故障和維護
2.1蓄電池方面出現的故障變電站中出現事故之后,其最有可能出現的原因就是因為蓄電池內部出現了短路的情況,電流出現了異常,從而導致了電池發生爆裂的情況,電池組的負極在接線處的絕緣層可能受到損壞,并且與蓄電池架有所接觸。蓄電池架是與地面相連接的,電池組經過蓄電池架對地放電,使電源線過熱,從而引發了火災。所以,工作人員對通信站進行建設時首先要注意在建立蓄電池柜時使其盡量不要接觸地面,以免出現上述故障。其次,要定期對蓄電池組進行檢查,當發現蓄電池出現損壞的情況,要及時地對其進行更換,同時對所有的蓄電池進行充放電,使蓄電池的性能達到指定的要求。蓄電池在通信站中是必不可少的部分,如果在市電停止輸送時,蓄電池出現故障,那么所有的設備都將會停止工作,從而使得整個通信出現中斷的情況。因此,對于蓄電池的維護工作是十分重要的,同時相對來說也是有些困難的。目前,我國使用的蓄電池一般都是閥控式密封鉛酸蓄電池,這種蓄電池較原有的蓄電池有著非常明顯的優勢,其中最為明顯的就是維護的工作量大大減少了,從而導致了維護人員出現了一些錯誤的認識,認為這種蓄電池是可以不用維護的,忽略了對蓄電池的維護,從而導致了在正常的使用過程中出現故障。因此,工作人員在對蓄電池進行維護時,應該定期對其進行仔細的檢查,使蓄電池的狀態達到指定的標準。
2.2高頻開關電源方面的故障當主干網設備光端機出現了失壓的情況,首先應該對電源的開關進行檢查,通過檢查可以發現其中的一個開關電源出現交流告警,然后對出現告警的開關電源進行仔細的檢查,會發現整流模塊沒有絲毫電壓的存在。蓄電池組的電壓是42V,對開關電源再一次進行仔細的檢查,會發現進線交流接觸器沒有完全的吸合,同時對交流切換控制的電路板進行檢查,控制插件出現了比較松動的情況,此時,應該將控制插件進行緊固,并且使其重新工作。當設備正常運行時,對其觀察一段時間,看其是否會再次出現異常。一般出現這種狀況的主要原因是因為其電路板上的控制插件出現了松動的情況,使得開關電源交流接觸器不能進行正常的吸合,整流模塊就會出現失壓的狀況,從而使得整個電力通信出現業務中斷的情況。一般在對通信站進行建設時都會設置一臺交流配電屏,這種配電屏具備兩路自動切換單元的功能。兩路市電在通常的情況下是經過交流配電屏然后到達通信電源。所以,工作人員應該直接將自動切換單元拋開,將市電直接引入到其中。當通信電源交流電流經過改造之后,大大地增加了其穩定性,使其可以更加安全、穩定地進行工作。在使用高頻開關的過程中一定要注意,大功率的設備不要進行隨意的增加,同時在滿負載的狀態下一定不要進行長時間的運行。通信電源一般都是24h運行的,很少出現中斷的情況,增加開關電源的負載量是及其容易造成模塊出現故障,甚至是損壞整個電力通信網中的電源系統。
1.1變壓器變壓器節能可以從效率、容量選擇、運行方式等幾方面考慮。由于現目前用電負荷高,變壓器一般有很多臺,單臺容量一般都在1600KVA以上,因此,變壓器長期運行的話,損耗將是非常龐大的數字。比如,某品牌S10就較S9在80%負載率情況下課每年節能約0.48萬KVH.所以選擇合適的變壓器室非常重要的。盡管可能在前期投入上會相對較多,但是從長期來看,絕對是劃算的。同時,應該根據所載負荷的大小及成本,選擇合適的變壓器容量以及數量。以及根據實際運行情況調整多臺變壓器的主備用狀態。
1.2電容補償設備電容器是用來補償系統的功率因素,提高系統效率的。其內部一般都有放點電阻,其作用就是當電容器從系統撤出時,電壓能迅速至安全電壓。但是投入系統時則有放電損耗。而電子式放電容器能避免這種損耗。進行供配電系統方案設計時,我們應該選擇技術先進的節能型設備,減少設備自身損耗,提高節能效果。以及上面講到的合理選擇供電模式、降低導線用量;合理選擇導線截面和敷設方式,降低配電線路損耗。設計中也應盡可能地考慮系統的功率因素,積極治理諧波干擾。
1.3無功功率的補償無功功率的補償能夠有效的提高配電系統的功率因素,而提高功率因素的意義有以下幾點:(1)能夠提高供電設備的利用率,使其可以帶更多有功負載,節約設備投資,達到間接節能。(2)提高輸電效率,當有功功率一定時,若供電電壓不變,功率因素越大,則電流越小,損耗也就越小。(3)可改善供電質量,提高輸電安全。電流小,線路電壓損耗小,發熱量也小,輸電線路安全性也得到提高。
2諧波治理
不論是在中心機房還是直流系統等情況下,蓄電池組都發揮著自己的功效。我們都知道,在平常蓄電池組都是處于在線的浮充電備用狀態,但是一旦交流失電或者是出現充電機故障的情況,蓄電池組則必須立即應對,為程控交換機和其他的直流負荷提供所需要的能量,在這之后,可逐步恢復由油機進行供電。從這里可以看出,在平常沒有有效運用于基站運行的蓄電池,在發生事故的時候,卻能夠搖身一變成為唯一的負荷能量提供者。而假設如此重要的蓄電池出現了失效的情況,基站的其他設備便會因此難以運行而最終造成通信發生中斷,從而給我們造成重大的損失。由于蓄電池類型不同,各自的失效機理也有著巨大差別。因此,面對不同類型蓄電池的失效機理,我們要對其進行相應的維護管理。
1.2常見的蓄電池的測試方式對比
雖說在一般情況下,高頻開關電源設備的主機維護需求相對是比較小的,但是由于其具有的特殊性和重要性,我們也應該根據相關的一些維護規章的要求,對蓄電池進行應有的檢查,其中包括每月的、每季度的以及年度的保養和檢查。在平常的檢查中,維護運行人員則要保持蓄電池的清潔,檢查是否有過熱的痕跡,并且對其電壓進行測量,一旦發現有與規定電壓有所差別時,便應該做出均衡充電等的及時反應。在現今社會,各種不同的蓄電池維護方法都被不斷地發展并運用于我們的實際生活當中,其中包括了電導測試(內阻測試)、核對性放電測試、蓄電池網絡化在線監測測量技術等,而這幾種測量技術中又有著不同的優缺點。
(1)電導測試(內阻測試)
顧名思義,電導測試是通過利用交流或直流的信號電源,來對蓄電池進行簡短的電導測試或者內阻測試。它的優點是測試所需時間短。相應的其缺點是在反饋蓄電池當前容量時有所欠缺,并且要求較高精度的測試儀器儀表以及更好的蓄電池運行環境。該技術在國內外的郵電、通信以及電力等行業運用較廣。
(2)核對性放電測試
當蓄電池有多大容量,便能夠相應地放出多大容量,這就是核對性放電測試--能夠更好地真實地反映出來目前蓄電池的實際容量。放電測試過程中需要用蓄電池目前容量的百分之十的電流來對蓄電池恒流進行10h放電。核對性放電測試的優點是能夠準確測量,并且在維護方面沒有太大的需求。然而在測試過程中卻要求觀察充電過程并且進行放電觀察。此項技術在郵電、鐵路等方面運行較廣。
(3)蓄電池網絡化在線監測
蓄電池網絡化在線監測是一項能夠通過遠端監控蓄電池的技術,只需要利用目前較為方便成熟的技術,便能夠對蓄電池進行監控。如果想要達成遠端遙控放電,只需要再加裝上放電模塊(負荷)。不過這項技術的缺點是需要在所有蓄電池上都加裝系統。該技術也是在郵電和鐵路方面使用較廣。
2.針對蓄電池的維護提出的建議
2.1針對蓄電池系統的維護提出的建議
(1)以下情況應該避免發生:蓄電池長期擱置不用;蓄電池過放電;長期浮充卻不放電;選擇的充電機波紋過大。
(2)建立對應的溫度補償功能(蓄電池浮充電壓隨溫度上升而下降,-2~+4mV/℃)。
(3)及時為使用過的蓄電池充電。
2.2關于發現和處理老化蓄電池的建議
(1)關于發現老化蓄電池的建議:①對電池的浮充電壓進行監測;②對電池內阻的變化進行監測。
(2)關于處理老化蓄電池的建議:①對浮充電壓長期處于偏低狀態的蓄電池進行補充充電;②對老化蓄電池進行及時的監測,如果發現內阻偏大或者嚴重偏大,以及電壓出現巨大問題的老化蓄電池,要進行及時的應急處理,例如活化或者更換。
2.3關于閥控式鉛酸蓄電池如何維護的建議
(1)應該對以下項目進行定期的監測:①蓄電池電壓;②連接處是否有松動;③電池殼體是否合格。
(2)應該對出現以下情況的電池充電:①浮充電壓有2只以上低于2.18V;②放出20%以上額定容量;③全浮充使用時間達一個季度;④閑置不用超過一個季度。
(3)雖然蓄電池的容量和內阻并沒有什么精確的相應聯系。但我們可以通過對比上次的測量結果或者出廠時廠家提供的數據來進行比較,通過測量蓄電池的內阻,從而能夠觀察其離散性。如若出現了內阻或者離散型較為不正常的電池,更要特別注意處理。
(4)在蓄電池的核對性放電方面,應該保持一年一次的核對性額定容量的放電測試,如若發現了蓄電池組有故障,針對其再進行額外的測試。
(5)如若情況允許,則盡量選用多組蓄電池?;蛘呤峭ㄟ^把大的蓄電池由一拆分為二的方法,并且進行電聯。這樣不僅能夠更好地促進穩定安全性,并且并不會增加預算。