通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)中節(jié)能方案探討

宋福峰 劉寶昌

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

1 概述

中國(guó)移動(dòng)正在全面開(kāi)展節(jié)能減排工作，在企業(yè)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)過(guò)程中積極推動(dòng)各項(xiàng)工作的有效實(shí)施。

本文從兩個(gè)方面展開(kāi)，即通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的節(jié)能方案及運(yùn)行維護(hù)方面的節(jié)能方案。

2 通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中節(jié)能方案

2.1 開(kāi)關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機(jī)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(fù)荷中心、滿足面積需求、電纜短路由等。

開(kāi)關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)就能很好的符合以上要求。開(kāi)關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，深入負(fù)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(zhǎng)度，雖然增加了電池電纜的長(zhǎng)度，但是由于電池長(zhǎng)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(dǎo)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(dú)設(shè)置電力室同時(shí)有助于提高機(jī)房利用率，該做法雖然開(kāi)關(guān)電源安裝分散，但由于目前開(kāi)關(guān)電源整流模塊均為熱插拔方式，基本不需要維護(hù)，所以并不會(huì)增加維護(hù)的工作量。

以某8000m2機(jī)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(kāi)關(guān)電源安裝在通信設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)及安裝在電力電池室內(nèi)兩個(gè)設(shè)計(jì)方案圖如圖1所示。根據(jù)方案圖，導(dǎo)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(jì)，下面只計(jì)算開(kāi)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(jì)算公式如下：

Q：發(fā)熱損耗，焦耳（J）；

I：電流，安培（A），開(kāi)關(guān)電源至通信設(shè)備電纜通過(guò)的電流按100A計(jì)算；

圖1 兩種設(shè)計(jì)方案設(shè)備平面布置圖

表1 導(dǎo)線明細(xì)表

R：電纜電阻，歐姆（Ω）；

t：電流流過(guò)電纜的時(shí)間，秒（s），本計(jì)算為一年的發(fā)熱量，即t為3.15×107s；

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

年電能損耗計(jì)算公式如下：

kWh＝Q÷（3.6×106）

理論計(jì)算兩種方案投資及年電能損耗如表2所示?？梢钥闯?，開(kāi)關(guān)電源安裝在通信機(jī)房?jī)?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(gè)UPS設(shè)備的直流—交流逆變的環(huán)節(jié)及服務(wù)器機(jī)架內(nèi)部的交流—直流整流兩個(gè)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(guò)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(guó)內(nèi)通信機(jī)房樓尚無(wú)高壓直流供電應(yīng)用，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)后推廣。

3 通信電源系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中節(jié)能方案

3.1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

變壓器運(yùn)行時(shí)損耗主要為空載損耗和負(fù)載損耗。變壓器損耗依據(jù)環(huán)境條件及負(fù)荷電流的變化而變化的情況較為復(fù)雜，當(dāng)周波、電壓及波形一定時(shí)，其空載損耗與負(fù)荷容量大小無(wú)關(guān)，而負(fù)載損耗則與負(fù)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(jì)算負(fù)荷，kVA；Sr：變壓器額定容量，kVA；β：變壓器負(fù)載率。

根據(jù)上述計(jì)算方法，SCB10系列變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷如表3所示。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷小于表中“減少1臺(tái)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)的最大負(fù)荷”值時(shí)或變壓器實(shí)際負(fù)載率小于表中“減少1臺(tái)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)的最大負(fù)載率”值時(shí)，可以輪換關(guān)掉一臺(tái)變壓器，這樣變壓器的運(yùn)行損耗更低，同時(shí)減少變壓器的運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)變壓器的壽命。其他系列型號(hào)變壓器可參照表中值確定變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。一般變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)載率為30%，變壓器負(fù)載率長(zhǎng)期低于30%，可以考慮停掉一臺(tái)。

3.2 合理分配變壓器負(fù)載

表2 投資及電能損耗比較表

在選定變壓器容量和臺(tái)數(shù)之后，還應(yīng)對(duì)各臺(tái)變壓器合理地分配負(fù)載，如果負(fù)載分配不合理，將增加功率和電能損耗。對(duì)于一個(gè)變壓器群（n臺(tái)變壓器），在總負(fù)載一定的情況下，如果變壓器的負(fù)載率符合某種規(guī)律，能使n臺(tái)變壓器總銅損最小，則稱為n臺(tái)變壓器的負(fù)載率符合均衡條件。如果n臺(tái)變壓器的負(fù)載率不符合均衡條件，將使總銅損增加。負(fù)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(fù)載不均衡附加損耗。

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

表3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷表

3.3 低壓供電系統(tǒng)諧波治理

由于通信局房?jī)?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(guò)多的諧波會(huì)嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)電能質(zhì)量，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生危害，同時(shí)諧波通過(guò)在供電系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)發(fā)熱，浪費(fèi)電能，所以非常有必要對(duì)通信局房供電系統(tǒng)進(jìn)行諧波治理。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化、運(yùn)行維護(hù)力量的不斷增強(qiáng)，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。