葉海軍

（神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路通信段，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

智能高頻開關(guān)電源技術(shù)在通信電源領(lǐng)域中的應(yīng)用探討

葉海軍

（神華準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路通信段，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛崛起，各種高新技術(shù)，高新設(shè)備層出不窮，通信業(yè)更是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，通信電源也是如此。鐵路通信電源是鐵路通信系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的組成部分，電源系統(tǒng)的好壞，效率的高低對(duì)于鐵路通信質(zhì)量具有重要的影響。本文以開關(guān)電源系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，詳盡闡述了智能高頻開關(guān)電源在通信電源技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用與維護(hù)工作。

通信電源 接地系統(tǒng) 開關(guān)電源 直流模塊

通信電源是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中尤為重要的一個(gè)組成部分，被稱為通信設(shè)備的“心臟”，一旦通信電源發(fā)生故障或中斷，將直接影響到通信的傳輸質(zhì)量或?qū)⒃斐纱竺娣e通信中斷，所以電源的安全可靠與否將直接影響通信的傳輸效果。近年來(lái)，智能高頻開關(guān)電源廣泛應(yīng)用在各通信局（站）的通信機(jī)械室中，供各通信設(shè)備電源之用。作為通信電源系統(tǒng)的主導(dǎo)電源。

1 通信電源系統(tǒng)的構(gòu)成

通信電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)組成。

1.1 交流供電系統(tǒng)

交流電源是由市電電源（主用交流電源）、油機(jī)發(fā)電機(jī)電源（備用交流電源）、UPS備用交流電源組成。

1.2 直流供電系統(tǒng)

通信電源的直流供電系統(tǒng)由整流器、直流配電屏、蓄電池組、DC/DC變換器和設(shè)備電源架、列頭柜和相關(guān)的配電線路等組成。當(dāng)市電電源中斷時(shí)，蓄電池單獨(dú)給通信設(shè)備供電，是直流供電系統(tǒng)供電不中斷的基礎(chǔ)條件。由于蓄電池組通常處于充足電狀態(tài)，所以當(dāng)市電短時(shí)中斷時(shí)，可以由蓄電池對(duì)設(shè)備保持不間斷供電，當(dāng)蓄電池放電電壓降到一定程度時(shí)，應(yīng)該啟用備用油機(jī)發(fā)電機(jī)組替代市電作為電源系統(tǒng)的備用輸入交流電源。此時(shí)蓄電池又進(jìn)入充電狀態(tài)（可能是均充電）。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部頒布的《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》的規(guī)定，-48v和-24v為直流供電的基礎(chǔ)電源，其中-48v為首選直流基礎(chǔ)電源。特殊情況需要用-24v、-12v、-6v等電源時(shí)，一般用DC/DC變換器將-48v轉(zhuǎn)換為-24v、-12v等其他電源。

1.3 接地系統(tǒng)

（1）為保證通信系統(tǒng)的安全和信息數(shù)據(jù)的可靠傳輸，同時(shí)為了抑制電磁干擾，提高信息系統(tǒng)的電磁兼容，通信電源系統(tǒng)應(yīng)可靠接地。包括交流零線復(fù)接地、機(jī)架保護(hù)接地、防雷接地、直流工作接地、機(jī)殼屏蔽接地。（2）通信電源的接地也接入聯(lián)合地線的接地方式。聯(lián)合地線的接地方式是將接地裝置用粗銅纜引入通信機(jī)房的聯(lián)合接地匯流排。防雷接地、直流工作接地和保護(hù)接地分別用銅芯電纜連接到聯(lián)合接地匯流排上。交流零線復(fù)接地也可以接入聯(lián)合接地匯流排入地，但對(duì)于諧波嚴(yán)重的供電系統(tǒng)，或三相嚴(yán)重不平衡的系統(tǒng)，交流復(fù)接地最好單獨(dú)埋設(shè)接地體，或從直流工作接地線以外的地方接入地網(wǎng)，以減小交流對(duì)直流的影響。

2 現(xiàn)有通信機(jī)械室設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)提出了更高的要求

2.1 供電安全可靠不間斷

通信電源系統(tǒng)的安全可靠不間斷是保障通信各類數(shù)據(jù)傳輸能夠正常運(yùn)行的先決條件。為了確保安全可靠不間斷供電，由交流電源供電的通信設(shè)備都應(yīng)當(dāng)采用具備一定后備時(shí)間的UPS交流不間斷電源；由直流電源供電的通信設(shè)備則應(yīng)當(dāng)采用交流停電后蓄電池組能夠正常放電給通信設(shè)備的供電方式。為了提高直流供電系統(tǒng)的供電可靠性，采用多整流模塊冗余備份互為備用的工作方式。

2.2 輸出電壓波動(dòng)小，不影響通信設(shè)備正常運(yùn)行

各種通信設(shè)備都要求輸入電壓穩(wěn)定，不能超出設(shè)備允許電壓波動(dòng)范圍。電壓過(guò)高會(huì)損壞通信設(shè)備中的電路板，電壓過(guò)低易導(dǎo)致通信設(shè)備不能正常運(yùn)行。對(duì)于直流供電電源來(lái)說(shuō)，波動(dòng)小還包括電源中的A/D轉(zhuǎn)換脈動(dòng)要盡量平滑，不允許有電壓突變，否則會(huì)嚴(yán)重影響通信設(shè)備的正常工作。對(duì)于交流供電電源來(lái)說(shuō)，波動(dòng)小還包括電源頻率的穩(wěn)定和良好的正弦波形，防止波形畸變和頻率的變化影響通信設(shè)備正常工作。

2.3 供電經(jīng)濟(jì)性

通信電源的經(jīng)濟(jì)性是指電源系統(tǒng)在滿足供電可靠性和供電質(zhì)量的前提下，基建投資盡可能少，年運(yùn)行費(fèi)用盡可能低。隨著現(xiàn)有機(jī)房通信設(shè)備的逐漸增加，電源系統(tǒng)的負(fù)荷也在不斷加大，為了節(jié)省電能，提出了采用效率高的電源設(shè)備，以盡可能地節(jié)約能量，提高能源的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 供電小型智能化

目前普遍采用的智能高頻開關(guān)電源設(shè)備，由于技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、擴(kuò)容方便，已經(jīng)在大準(zhǔn)鐵路通信機(jī)械室得到普遍應(yīng)用。

3 通信用智能高頻開關(guān)電源的組成

通信用智能高頻開關(guān)電源，由交流配電單元、直流配電單元、監(jiān)控單元和整流單元等組成的直流供電電源系統(tǒng)，它和其他電源技術(shù)的不同點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)在于其中的高頻開關(guān)整流器，在電源結(jié)構(gòu)模塊化的今天，稱為高頻開關(guān)整流模塊。主要由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源等組成。

3.1 主電路

是市電輸入到直流輸出的全過(guò)程，是高頻開關(guān)整流模塊的核心部分，包括：市電輸入濾波電路、整流濾波、功率因數(shù)校正、逆變、輸出整流濾波。

3.2 控制電路

（1）經(jīng)輸出端取樣，與原定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果去控制逆變電路，改變其頻率和脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的。（2）保護(hù)電路對(duì)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別，鑒別結(jié)果反饋給控制電路進(jìn)行整機(jī)各種保護(hù)措施。

3.3 檢測(cè)電路

提供各種面板顯示數(shù)據(jù)供維護(hù)人員記錄觀察維護(hù)。

3.4 輔助電源

給高頻開關(guān)整流模塊內(nèi)部提供所有電路板工作所需的各種不同值不同類電源。

4 開關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)述

目前通信用高頻開關(guān)整流模塊，由交流配電、直流配電、整流單元和監(jiān)控單元組成智能化的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)。它包括若干整流模塊、交流配電單元、直流配電單元和監(jiān)控模塊。

交流配電單元是將輸入的交流市電分配給多個(gè)整流模塊（一般用單相市電居多）。交流輸入采用三相五線制，即a、b、c三根相線和一根零線N、一根地線E。首先要接MOA避雷器，保護(hù)后面的電氣設(shè)備免遭雷電壓的沖擊，再接三個(gè)空氣開關(guān)，最后接入整流模塊的輸入。

整流模塊的功能是將交流市電轉(zhuǎn)變成符合我們通信設(shè)備要求的直流電。符合通信設(shè)備要求即：輸出穩(wěn)定的的直流電壓、直流電壓所含交流小、直流輸出電壓可以調(diào)節(jié)，能滿足蓄電池充電電壓的要求。同時(shí)，若干整流模塊可以相互協(xié)調(diào)，能合理分配負(fù)載電流（即要有均流功能），當(dāng)其中一個(gè)或多個(gè)整流模塊出現(xiàn)輸出高電壓時(shí)該模塊能正常退出而不影響其它模塊的工作（即選擇性過(guò)電壓停機(jī)功能）等。

一個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)根據(jù)情況配有一組或兩組蓄電池，在整流模塊輸出后，屬于直流配電單元。除了串有相應(yīng)的保護(hù)熔絲以外，還串有接觸器的常開觸點(diǎn)K，稱之為蓄電池組的低壓脫離（LVD）裝置。當(dāng)電壓輸出在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，觸點(diǎn)K是常閉觸點(diǎn)，蓄電池組并入開關(guān)電源處于充電工作狀態(tài)；當(dāng)交流停電整流模塊停止工作時(shí)，蓄電池組單獨(dú)對(duì)負(fù)載放電，隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，電池的輸出電壓會(huì)越來(lái)越低，當(dāng)電池電壓達(dá)到一個(gè)事先設(shè)定的保護(hù)電壓值時(shí)，為了保護(hù)電池組不至于過(guò)放電而損壞，常閉觸點(diǎn)K釋放打開，從而斷開了電池組與開關(guān)電源的連接，此時(shí)系統(tǒng)供電中斷（事實(shí)上如此低的輸出電壓對(duì)其后的通信負(fù)載設(shè)備也會(huì)造成不良的影響）。這種情況將造成重大的通信事故，所以我們應(yīng)加強(qiáng)日常維護(hù)工作，避免蓄電池組長(zhǎng)時(shí)間放電。

直流配電單元（即DC/DC模塊）是將蓄電池組接入開關(guān)電源與整流模塊的輸出并聯(lián)，再將48v直流電分成多支路分配給各種容量的直流通信負(fù)載。為達(dá)到可靠性，每個(gè)支路均為兩個(gè)獨(dú)立的DC/DC模塊并聯(lián)，同時(shí)為滿足用戶各支路做成可插拔式，方便靈活配置。監(jiān)控單元起著監(jiān)督控制各個(gè)模塊的工作情況，調(diào)整控制各模塊正常工作的作用。拔出監(jiān)控模塊不影響系統(tǒng)的輸出，只中斷系統(tǒng)的監(jiān)控作用。監(jiān)控單元主電路以CPU為核心，采用EPRAM、RAM、EEPRAM等存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的連接，設(shè)有RS232串口?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有I/O接口電路，以連接計(jì)算機(jī)、LCD模塊和輸出告警的接點(diǎn)。監(jiān)控單元軟件設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ā１O(jiān)控單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)的信息查詢、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制、告警處理、電池管理和后臺(tái)通信等功能。

監(jiān)控模塊可監(jiān)控對(duì)象有交流配電、整理模塊、蓄電池組、直流配電、自診斷和通信等功能。

（1）交流配電監(jiān)控可監(jiān)測(cè)交流市電輸入電壓值是否過(guò)高、過(guò)低，有無(wú)缺相、停電、頻率大小，電流高低以及MOA避雷器是否保護(hù)損壞等情況。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲光告警，并存儲(chǔ)記錄發(fā)生故障的詳細(xì)情況，以備值班人員查詢并且處理。（2）整流模塊監(jiān)控可監(jiān)測(cè)各整流模塊的輸出直流電壓、電流及總輸出電壓、電流，各模塊工作狀態(tài)、故障與否、浮充或均充狀態(tài)以及限流與否。并存儲(chǔ)相關(guān)記錄事件的詳細(xì)情況。蓄電池組日常充電一般有兩種電壓：浮充電壓和均充電壓，一般以浮充為主，當(dāng)浮充較長(zhǎng)時(shí)間后或蓄電池組放電后轉(zhuǎn)入更高電壓的均充狀態(tài)。整流模塊一般工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，因?yàn)樾铍姵亟M也是一種負(fù)載，當(dāng)蓄電池深度放電完成交流恢復(fù)供電時(shí)導(dǎo)致負(fù)載電流太大時(shí)，整流模塊會(huì)自動(dòng)進(jìn)入“穩(wěn)流狀態(tài)”，直到蓄電池組充電到一定程度，負(fù)載電流減小到正常范圍以內(nèi)后重新進(jìn)入正常的穩(wěn)壓狀態(tài)。這種“穩(wěn)流狀態(tài)”使得整流模塊的輸出電流一直穩(wěn)定在事先設(shè)定的一個(gè)參考極限值，不隨負(fù)載的增大而增大，我們稱之為限流。（3）蓄電池組監(jiān)控可監(jiān)測(cè)蓄電池組總電壓、充電電流、放電電流，記錄放電時(shí)間以及放電容量、電池溫度等?？烧{(diào)整蓄電池組LVD脫離保護(hù)電壓值和恢復(fù)電壓值、蓄電池組均充周期、均充時(shí)間和蓄電池組溫度補(bǔ)償?shù)?。蓄電池組周期均充指根據(jù)蓄電池廠家的建議，一般在“一定時(shí)間”浮充之后，要進(jìn)行數(shù)小時(shí)的均充，這個(gè)“一定時(shí)間”即均充的周期。蓄電池溫度補(bǔ)償是指蓄電池充電的最佳電壓會(huì)隨著溫度的變化而改變，監(jiān)控單元能根據(jù)溫度的變化控制整流模塊動(dòng)態(tài)地調(diào)整輸出電壓以滿足電池最佳充電電壓的要求。（4）直流配電單元監(jiān)控可監(jiān)測(cè)開關(guān)電源系統(tǒng)總輸出直流電壓、總輸出直流電流、各DC/DC模塊支路電壓、電流以及各支路通斷情況。（5）自診斷可監(jiān)測(cè)監(jiān)控單元本身各部件和功能單元工作情況。（6）通信電源可檢測(cè)與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)連接的通信參數(shù)（包括通信速率、通信端口地址），負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。

5 開關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)

目前的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)具有一定的智能化，不但體現(xiàn)在具有智能接口能與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控單元能顯示故障事件發(fā)生的具體部位、時(shí)間等等。所以，維護(hù)人員利用監(jiān)控單元的這些信息能初步判斷故障的性質(zhì)。但由于目前高頻開關(guān)電源系統(tǒng)智能化成都東還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到真正能代替人的所謂“人工智能”的程度，很多實(shí)際故障發(fā)生后的判斷處理任然需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員根據(jù)故障現(xiàn)象，進(jìn)行判斷，作出正確檢查、得到及時(shí)處理。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)檢查維修的基本步驟如下：

（1）首先檢查系統(tǒng)有無(wú)聲光告警指示。由于開關(guān)電源系統(tǒng)各模塊均有相應(yīng)的告警提示，如整流模塊故障后其紅色告警指示燈亮，同時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲告警。（2）再看具體故障現(xiàn)象或告警信息提示。例如觀察具體故障現(xiàn)象與監(jiān)控單元告警單元提示是否一致，有無(wú)歷史告警信息等，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)告警但系統(tǒng)功能不正常的現(xiàn)象。（3）根據(jù)故障現(xiàn)象或告警信息，對(duì)本開關(guān)電源作出正確的分析及形成處理故障的檢修方法，即可完成故障檢修。

開關(guān)電源的故障可分為正常告警類故障、非正常告警類故障、功能喪失類不告警故障、性能不良不告警故障，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，加以處理判斷。正常告警類故障：這一類故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)配電模塊、整流模塊會(huì)有相應(yīng)的故障指示，查看監(jiān)控單元有相應(yīng)的告警信息，各監(jiān)控單元提示的故障信息與實(shí)際情況一致。非正常告警類故障：這一類故障發(fā)生時(shí)，雖然系統(tǒng)有故障燈亮、告警聲響等現(xiàn)象，但情況與監(jiān)控單元告警信息不一致或監(jiān)控單元無(wú)相應(yīng)告警信息。功能喪失類不告警故障：這一類故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)的功能發(fā)生異?；騿适?，但系統(tǒng)沒(méi)有任何告警提示。性能不良不告警故障：這一類故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)的參數(shù)不符合系統(tǒng)性能指標(biāo)，發(fā)生檢測(cè)不準(zhǔn)或參數(shù)不對(duì)等情況。

在實(shí)際檢修過(guò)程中，可根據(jù)故障現(xiàn)象歸入上述一種或多種情況。

6 應(yīng)急處理

為了維護(hù)系統(tǒng)的直流不間斷供電，需要對(duì)威脅直流供電的故障采取一些應(yīng)急措施。電源系統(tǒng)可能出現(xiàn)的造成直流輸出中斷的故障包括：交流配電電路不可恢復(fù)性損壞；直流負(fù)載或直流配電發(fā)生短路；監(jiān)控模塊損壞造成關(guān)機(jī)；直流輸出過(guò)壓造成模塊封鎖等。

6.1 交流配電應(yīng)急處理

當(dāng)交流配電故障，引起模塊交流供電中斷時(shí)，可將市電直接引入整流模塊輸入開關(guān)。

6.2 直流配電應(yīng)急處理

（1）負(fù)載局部短路：將損壞負(fù)載對(duì)應(yīng)支路模塊拔出。（2）配電短路：故障發(fā)生后一般按以下步驟進(jìn)行處理：切斷交流供電；將電池強(qiáng)制從系統(tǒng)中分離；利用電池或整流器直接給負(fù)載供電。（3）電池保護(hù)接觸器不正常斷開，導(dǎo)致無(wú)直流輸出。將電池保護(hù)“自動(dòng)/手動(dòng)”開關(guān)置于“手動(dòng)”位置，電池保護(hù)“接通/斷開”開關(guān)置于“接通”位置，電池保護(hù)接觸器應(yīng)合上；如果無(wú)效，拔掉電池保護(hù)接觸器的右側(cè)線圈端子。

6.3 監(jiān)控模塊故障應(yīng)急處理

監(jiān)控模塊故障影響直流供電安全時(shí)，只需拔出監(jiān)控模塊即可。

6.4 整理模塊故障應(yīng)急處理

（1）整流模塊內(nèi)部短路：整流模塊內(nèi)部短路時(shí)該整流模塊自動(dòng)退出系統(tǒng)。（2）部分整理模塊損壞：部分整流模塊損壞后，如果剩余的完好模塊能滿足負(fù)載供電要求，則只需拔出損壞整流模塊即可。（3）整流模塊輸出過(guò)壓：當(dāng)負(fù)載電流低于單個(gè)整流模塊容量時(shí)，某一個(gè)整流模塊輸出過(guò)壓將造成系統(tǒng)過(guò)壓，致使所有整流模塊過(guò)壓保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)系統(tǒng)不能自動(dòng)恢復(fù)正常。處理方法：拔出所有整理模塊，然后逐一插入整理模塊。當(dāng)接通某一模塊的交流輸入開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)再次出現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)時(shí)，拔出該整理模塊即可。然后接通其它整流模塊，系統(tǒng)將正常工作。需要注意的是：關(guān)掉故障模塊后，需根據(jù)正常工作的模塊數(shù)量重新設(shè)置模塊數(shù)量及相應(yīng)的模塊地址。

6.5 停電應(yīng)急處理

交流停電是電源系統(tǒng)運(yùn)行中最常見的情況，當(dāng)停電時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備供電由蓄電池組承擔(dān)，當(dāng)停電時(shí)間較長(zhǎng)，在蓄電池放電到一定程度時(shí)可啟動(dòng)油機(jī)發(fā)電機(jī)組引入交流配電單元的空開（發(fā)電期間切記關(guān)掉開關(guān)，謹(jǐn)防反送電）。建議油機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)至少5min后，在切換給電源系統(tǒng)供電，以減小油機(jī)啟動(dòng)過(guò)度過(guò)程可能對(duì)電源設(shè)備造成的負(fù)面影響。

［1］張雷霆.通信電源［M］.北京：人民郵電出版社，2005（2）.

［2］劉寶貴，張旭.通信電源設(shè)備使用維護(hù)手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2008（6）.

葉海軍（1976—），男，內(nèi)蒙古人，本科，畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)，工程師，從事鐵路通信工作。