曾照明

（中國人民解放軍91919部隊(duì)，湖北 黃岡438000）

隨著電子科技飛速發(fā)展，通訊電源技術(shù)也不斷向著系統(tǒng)集成化、線路簡單化、操控智能化的方向發(fā)展［1］。為滿足現(xiàn)代大型體育場館賽事舉辦運(yùn)營的通信負(fù)荷需求，根據(jù)某體育場館的通訊設(shè)備用房條件，通訊負(fù)荷種類與特點(diǎn)，以及正常使用周期的運(yùn)營維護(hù)方便，經(jīng)對(duì)比分析綜合考慮認(rèn)為選用高頻開關(guān)電源和閥控式密封鉛酸蓄電池與該體育場館的相關(guān)實(shí)際條件較吻合。

1 系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選定

局部區(qū)域內(nèi)的通信系統(tǒng)交流負(fù)荷總量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，具體到專用電力設(shè)備是指柴油發(fā)電機(jī)組、變壓器容量估算，是通訊電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要原始資料組成，是確定相應(yīng)的設(shè)備機(jī)房面積，選擇相應(yīng)功能、合適型號(hào)的通訊電源設(shè)備，計(jì)算匹配輸送能力的電力線的主要參考依據(jù)［2］。具體項(xiàng)目中，通信系統(tǒng)交流負(fù)荷總量的估算科學(xué)性和合理性，將對(duì)整個(gè)通訊系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)和投資總額產(chǎn)生巨大的影響。

根據(jù)通信系統(tǒng)綜合用房內(nèi)各種通信設(shè)備的配置設(shè)計(jì)方案，以及參照建筑電氣專業(yè)提供的該體育場館內(nèi)電氣保證負(fù)荷、電氣常用負(fù)荷、消防用電負(fù)荷，則可計(jì)算統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)的總?cè)萘浚⒏鶕?jù)總?cè)萘康慕y(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果確定各變壓器、發(fā)電機(jī)組以及相關(guān)電力線路的容量，從而完成對(duì)不同功能、不同性質(zhì)的用電負(fù)荷的合理配電［3］。根據(jù)分部工程項(xiàng)目通信相關(guān)專業(yè)提供的設(shè)計(jì)資料，該體育場館設(shè)計(jì)比賽中通信負(fù)荷直流用電功率為18 000 W，交流電用量為2 400 W。

該體育場館的交流電源采用三相TN－S系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的輸送電壓范圍設(shè)置為380 V±15%。根據(jù)該體育場館各種通信設(shè)備的耗電功率，同時(shí)考慮通訊系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)空調(diào)設(shè)備、照明等生活用電及后期發(fā)展用電儲(chǔ)備，并考慮蓄電池組充電功率，該電源系統(tǒng)的交流電引入容量至少應(yīng)達(dá)到60 k W以上，應(yīng)提供2路380 V／60 k W的市政供電線路，并且每條線路上級(jí)開關(guān)設(shè)置240 A的塑膠殼空氣斷路器，該斷路器的警戒值設(shè)定為220 A。

2 通訊電源系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)

2.1 蓄電池組設(shè)計(jì)

根據(jù)該體育場館建筑方案，場館供電來源有兩路市電，比賽中還可提供一路備用柴油發(fā)電機(jī)組，配備的蓄電池組按60 min放電率準(zhǔn)備。在通信系統(tǒng)設(shè)備設(shè)定的最低工作電壓使用條件下，蓄電池組放電結(jié)束時(shí)的最大直流供電放電電流為：18 000 W／38.4 V＝468.75 A（比賽中）；比賽中由于體育場館可從市政供電線路中獲取2路交流電源供電，其通訊系統(tǒng)本身也備用有1組柴油發(fā)電機(jī)組，所以該蓄電池組按60 min放電率可用選擇：

根據(jù)上述分析，該體育場館通訊電源系統(tǒng)配置安裝的蓄電池組型號(hào)和數(shù)量應(yīng)至少配置2組GFM－800 Ah／48 V型閥控式密封鉛酸蓄電池組。

2.2 整流設(shè)備選擇

選擇通訊電源系統(tǒng)的整流器時(shí)，應(yīng)綜合考慮整流性能、線路容量、型號(hào)匹配原則和備用方式等影響因素。其中，整流器線路容量應(yīng)依據(jù)直流供電方式中通訊系統(tǒng)的輸送電壓、電流和功率，以及考慮備用蓄電池充電工作等項(xiàng)目綜合計(jì)算確定。該體育場館中，實(shí)際選用的整流設(shè)備具體配置為：蓄電池組浮充充電時(shí)整流器工作電流為：18 000 W／53.5 V＝336.5 A，均充充電時(shí)其工作電流為：18 000 W／56.4 V＝319.2 A；通訊電源系統(tǒng)中蓄電池組放電后限流充電時(shí)整流器工作電流為：18 000 W／48 V＝375.0 A；蓄電池組充電電流總計(jì)為：80 A＋80 A＝160 A。

綜合上述計(jì)算，整流器最大工作電流為：375.0 A＋160 A＝535.0 A。

根據(jù)上述分析數(shù)據(jù)，通訊電源系統(tǒng)中配置安裝高頻開關(guān)整流器1架，其中包括1個(gè)監(jiān)控模塊與7個(gè)整流模塊（100 A），以及配置1臺(tái)型號(hào)為380 V（240 A）的交流配電屏和1臺(tái)型號(hào)為48 V（2 000 A）的直流配電屏。

2.3 逆變器選用

通訊電源系統(tǒng)中的逆變器模塊，根據(jù)N＋1冗余原則進(jìn)行配置，其中N為主用逆變模塊數(shù)量：實(shí)際項(xiàng)目中可根據(jù)如下計(jì)算公式［4］求得：

式中，PLOAD1為區(qū)域內(nèi)原有交流通信設(shè)備實(shí)際交流用電總功率，該通訊電源系統(tǒng)為新建項(xiàng)目，故無此項(xiàng)內(nèi)容；PLOAD2為區(qū)域內(nèi)新增交流通信設(shè)備負(fù)荷用電總量估算值；0.8為考慮逆變器安全儲(chǔ)備的功率因數(shù)；SINV則為1個(gè)逆變器模塊的額定容量。因此，2 k VA逆變器模塊數(shù)量的計(jì)算公式為：

根據(jù)上述結(jié)果，體育場館通訊電源系統(tǒng)中配置安裝1架逆變器，包括1個(gè)監(jiān)控模塊，1個(gè)靜態(tài)開關(guān)，3個(gè)額定容量為2 k VA的逆變模塊。

2.4 直流供電系統(tǒng)

體育場館內(nèi)通訊電源系統(tǒng)中，直流供電模塊主要由高頻開關(guān)整流器、直流配電屏、交流配電屏、相應(yīng)的鉛酸蓄電池組以及上述設(shè)備之間的連接導(dǎo)線組成；且直流供電模塊為全浮充的充電方式，實(shí)際使用時(shí)2組蓄電池組均需經(jīng)軟銅電纜線連接進(jìn)入直流配電屏并聯(lián)供電。

當(dāng)市電正常時(shí)，由直流配電屏分別對(duì)2組鉛酸蓄電池組進(jìn)行浮充充電，浮充充電電壓為53.5 V；同時(shí)，市電通過直流配電屏還需向通訊系統(tǒng)用電負(fù)荷供電；當(dāng)市電中斷時(shí)，由鉛酸蓄電池組通過直流配電屏放電向通訊系統(tǒng)用電負(fù)荷供電，蓄電池組允許的最低放電電壓為38.4 V；當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，通過直流配電屏對(duì)鉛酸蓄電池組進(jìn)行限流充電，充電限流電流值為0.1C ；當(dāng)鉛酸蓄電池組的電壓均達(dá)到53.5 V時(shí)，再采用均充方式充電，均充電壓設(shè)置為56.4 V，充電至電池組容量滿；當(dāng)鉛酸蓄電池組均充充電完成時(shí)，直流配電屏的工作電壓則會(huì)自動(dòng)恢復(fù)至浮充電壓53.5 V繼續(xù)對(duì)鉛酸蓄電池組充電。

2.5 逆變器供電系統(tǒng)

通訊電源系統(tǒng)配置的并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)有直流、交流兩種線路供電。比賽中市電正常供電時(shí)，通過并聯(lián)逆變模塊可將直流電源變換為與市電同相位的交流電，再通過供電輸出配電模塊供電給相應(yīng)的通訊系統(tǒng)用電負(fù)載。

對(duì)于N＋1并聯(lián)冗余式逆變器模塊，當(dāng)整個(gè)逆變器模塊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過靜態(tài)開關(guān)模塊可瞬間完成將負(fù)載切換到旁路操作，整個(gè)操作過程不會(huì)導(dǎo)致通訊系統(tǒng)的供電中斷；逆變器故障解除恢復(fù)正常工作狀態(tài)后，供電負(fù)載也可在連續(xù)不間斷供電狀態(tài)下切換回并聯(lián)逆變模塊。

根據(jù)《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，體育場館通訊電源系統(tǒng)按l0 k VA交流容量配置，當(dāng)在特殊比賽中通訊電源系統(tǒng)的交流負(fù)荷容量超過10 k VA時(shí)，還需采用UPS供電系統(tǒng)增強(qiáng)。

3 電力線的選用

電力線的選擇，包括電纜線的型號(hào)與材料截面等，是通訊系統(tǒng)電源配置設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其材料截面、功能型號(hào)、敷設(shè)方式等都將直接關(guān)系到通信電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性［5］。在綜合考慮線路壓降量、電纜導(dǎo)線發(fā)熱、項(xiàng)目成本控制等因素下，應(yīng)分別對(duì)直流、交流供電條件下的電力線進(jìn)行在滿足設(shè)計(jì)使用年限條件下的導(dǎo)線截面積計(jì)算，并參照選用適當(dāng)?shù)碾娏€型號(hào)及其敷設(shè)方式。另外，還應(yīng)采取有效的防雷電保護(hù)措施等。

4 結(jié)束語

基于體育場館的通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和賽事對(duì)通信電源的特殊要求，針對(duì)通訊供電系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選定，以及通訊電源系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行了總結(jié)，并針對(duì)體育場館比賽的通訊用電需求對(duì)通信電源系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)提出了相關(guān)建議。

［1］ 張艷霞，姜惠蘭.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］ 張雷霆.通信電源［M］.北京：人民郵電出版社，2005.

［3］ 周炯磐，龐沁華.通信原理（第3版）［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008.

［4］ 電源廠家通訊電源系統(tǒng)培訓(xùn)講義［Z］.2003.

［5］ 電力通訊技術(shù)論文集［C］.黑龍江電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力通訊專業(yè)委員會(huì)，2002.