宋福峰 劉寶昌

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 北京 100080）

1 概述

中國移動正在全面開展節(jié)能減排工作，在企業(yè)運營生產(chǎn)過程中積極推動各項工作的有效實施。

本文從兩個方面展開，即通信電源系統(tǒng)設(shè)計方面的節(jié)能方案及運行維護方面的節(jié)能方案。

2 通信電源系統(tǒng)設(shè)計中節(jié)能方案

2.1 開關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機房

直流電源設(shè)備的設(shè)置應(yīng)充分考慮以下要求：靠近負荷中心、滿足面積需求、電纜短路由等。

開關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機房內(nèi)就能很好的符合以上要求。開關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機房內(nèi)，深入負荷中心，這樣有利于減小直流配電屏至通信設(shè)備的電纜長度，雖然增加了電池電纜的長度，但是由于電池長期處于浮充狀態(tài)，浮充電流很小，所以直流配電屏至通信設(shè)備的導線的發(fā)熱損耗大大減少，而電池電纜的發(fā)熱損耗基本不變，從而減少了電能損耗。

不單獨設(shè)置電力室同時有助于提高機房利用率，該做法雖然開關(guān)電源安裝分散，但由于目前開關(guān)電源整流模塊均為熱插拔方式，基本不需要維護，所以并不會增加維護的工作量。

以某8000m2機房樓其中一層平面為例，現(xiàn)需要安裝1套2000A直流供電系統(tǒng)。開關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機房內(nèi)及安裝在電力電池室內(nèi)兩個設(shè)計方案圖如圖1所示。根據(jù)方案圖，導線表如表1所示。

由于電池浮充電流很小，所以電池電纜的發(fā)熱損耗可以忽略不計，下面只計算開關(guān)電源至通信設(shè)備電纜的發(fā)熱損耗，并折算為電能損耗：年發(fā)熱損耗計算公式如下：

Q：發(fā)熱損耗，焦耳（J）；

I：電流，安培（A），開關(guān)電源至通信設(shè)備電纜通過的電流按100A計算；

圖1 兩種設(shè)計方案設(shè)備平面布置圖

表1 導線明細表

R：電纜電阻，歐姆（Ω）；

t：電流流過電纜的時間，秒（s），本計算為一年的發(fā)熱量，即t為3.15×107s；

γ：銅芯電纜電導率， m/(Ω·mm2)通信機房均采用銅芯電纜，取值為57。

年電能損耗計算公式如下：

kWh＝Q÷（3.6×106）

理論計算兩種方案投資及年電能損耗如表2所示?？梢钥闯?，開關(guān)電源安裝在通信機房內(nèi)，不僅節(jié)省電纜的投資，而且減少電能的損耗，更加節(jié)約電能。

2.2 高壓直流供電取代傳統(tǒng)的UPS

圖2 UPS供電原理圖

圖3 高壓直流供電原理圖

目前所有的服務(wù)器等數(shù)據(jù)設(shè)備均由UPS系統(tǒng)供電，UPS供電原理框圖如圖2所示。高壓直流供電原理圖如圖3所示，比傳統(tǒng)的UPS供電少一個UPS設(shè)備的直流—交流逆變的環(huán)節(jié)及服務(wù)器機架內(nèi)部的交流—直流整流兩個環(huán)節(jié)，這樣大大提高了供電系統(tǒng)的效率，從而降低供電系統(tǒng)的發(fā)熱損耗，發(fā)熱損耗的降低也減少了空調(diào)的配置。通過高壓直流供電方式的應(yīng)用可以比采用UPS供電節(jié)約電能10%～20%。

但目前國內(nèi)通信機房樓尚無高壓直流供電應(yīng)用，需要進一步實驗后推廣。

3 通信電源系統(tǒng)運行維護中節(jié)能方案

3.1 變壓器經(jīng)濟運行

變壓器運行時損耗主要為空載損耗和負載損耗。變壓器損耗依據(jù)環(huán)境條件及負荷電流的變化而變化的情況較為復(fù)雜，當周波、電壓及波形一定時，其空載損耗與負荷容量大小無關(guān)，而負載損耗則與負載率平方成正比。

變壓器有功損耗為：P0：變壓器空載有功損耗，kW；PK：變壓器滿載有功損耗，kW；Sc：變壓器計算負荷，kVA；Sr：變壓器額定容量，kVA；β：變壓器負載率。

根據(jù)上述計算方法，SCB10系列變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷如表3所示。當實際負荷小于表中“減少1臺運行更經(jīng)濟的最大負荷”值時或變壓器實際負載率小于表中“減少1臺運行更經(jīng)濟的最大負載率”值時，可以輪換關(guān)掉一臺變壓器，這樣變壓器的運行損耗更低，同時減少變壓器的運行時間，延長變壓器的壽命。其他系列型號變壓器可參照表中值確定變壓器的經(jīng)濟運行臺數(shù)。一般變壓器經(jīng)濟運行的負載率為30%，變壓器負載率長期低于30%，可以考慮停掉一臺。

3.2 合理分配變壓器負載

表2 投資及電能損耗比較表

在選定變壓器容量和臺數(shù)之后，還應(yīng)對各臺變壓器合理地分配負載，如果負載分配不合理，將增加功率和電能損耗。對于一個變壓器群（n臺變壓器），在總負載一定的情況下，如果變壓器的負載率符合某種規(guī)律，能使n臺變壓器總銅損最小，則稱為n臺變壓器的負載率符合均衡條件。如果n臺變壓器的負載率不符合均衡條件，將使總銅損增加。負載率不符合均衡條件和符合均衡條件這兩種情況的總銅損之差，稱為負載不均衡附加損耗。

在n臺變壓器的型號與規(guī)格完全相同，且均投入運行的情況下，如果各臺變壓器的負載率相等，n臺變壓器的總銅損最小，此時無負載不均衡附加損耗。只要變壓器的負載率不一致，必將引起負載率不均衡附加銅損，該附加銅損值與變壓器負載率差值的平方成正比。調(diào)整負載，均衡變壓器的負載率是一項重要的節(jié)電措施。

表3 變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷表

3.3 低壓供電系統(tǒng)諧波治理

由于通信局房內(nèi)安裝有許多非線性設(shè)備，致使供電系統(tǒng)中產(chǎn)生了較多的諧波。過多的諧波會嚴重影響供電系統(tǒng)電能質(zhì)量，對現(xiàn)網(wǎng)運行相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生危害，同時諧波通過在供電系統(tǒng)內(nèi)流動發(fā)熱，浪費電能，所以非常有必要對通信局房供電系統(tǒng)進行諧波治理。

4 結(jié)束語

隨著通信電源系統(tǒng)設(shè)計的不斷優(yōu)化、運行維護力量的不斷增強，隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，及新產(chǎn)品的研發(fā)、使用，通信電源系統(tǒng)將更節(jié)能、更環(huán)保、更綠色。