某體育場館通訊電源系統(tǒng)的配置設計分析

曾照明

（中國人民解放軍91919部隊，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營的通信負荷需求，根據(jù)某體育場館的通訊設備用房條件，通訊負荷種類與特點，以及正常使用周期的運營維護方便，經(jīng)對比分析綜合考慮認為選用高頻開關(guān)電源和閥控式密封鉛酸蓄電池與該體育場館的相關(guān)實際條件較吻合。

1 系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)的選定

局部區(qū)域內(nèi)的通信系統(tǒng)交流負荷總量的統(tǒng)計計算，具體到專用電力設備是指柴油發(fā)電機組、變壓器容量估算，是通訊電源系統(tǒng)設計的重要原始資料組成，是確定相應的設備機房面積，選擇相應功能、合適型號的通訊電源設備，計算匹配輸送能力的電力線的主要參考依據(jù)［2］。具體項目中，通信系統(tǒng)交流負荷總量的估算科學性和合理性，將對整個通訊系統(tǒng)的配置設計和投資總額產(chǎn)生巨大的影響。

根據(jù)通信系統(tǒng)綜合用房內(nèi)各種通信設備的配置設計方案，以及參照建筑電氣專業(yè)提供的該體育場館內(nèi)電氣保證負荷、電氣常用負荷、消防用電負荷，則可計算統(tǒng)計出相應的總?cè)萘?，并根?jù)總?cè)萘康慕y(tǒng)計計算結(jié)果確定各變壓器、發(fā)電機組以及相關(guān)電力線路的容量，從而完成對不同功能、不同性質(zhì)的用電負荷的合理配電［3］。根據(jù)分部工程項目通信相關(guān)專業(yè)提供的設計資料，該體育場館設計比賽中通信負荷直流用電功率為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)的輸送電壓范圍設置為380 V±15%。根據(jù)該體育場館各種通信設備的耗電功率，同時考慮通訊系統(tǒng)機房內(nèi)空調(diào)設備、照明等生活用電及后期發(fā)展用電儲備，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達到60 k W以上，應提供2路380 V／60 k W的市政供電線路，并且每條線路上級開關(guān)設置240 A的塑膠殼空氣斷路器，該斷路器的警戒值設定為220 A。

2 通訊電源系統(tǒng)的配置設計

2.1 蓄電池組設計

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)電機組，配備的蓄電池組按60 min放電率準備。在通信系統(tǒng)設備設定的最低工作電壓使用條件下，蓄電池組放電結(jié)束時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和數(shù)量應至少配置2組GFM－800 Ah／48 V型閥控式密封鉛酸蓄電池組。

2.2 整流設備選擇

選擇通訊電源系統(tǒng)的整流器時，應綜合考慮整流性能、線路容量、型號匹配原則和備用方式等影響因素。其中，整流器線路容量應依據(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目綜合計算確定。該體育場館中，實際選用的整流設備具體配置為：蓄電池組浮充充電時整流器工作電流為：18 000 W／53.5 V＝336.5 A，均充充電時其工作電流為：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為：80 A＋80 A＝160 A。

綜合上述計算，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個監(jiān)控模塊與7個整流模塊（100 A），以及配置1臺型號為380 V（240 A）的交流配電屏和1臺型號為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冗余原則進行配置，其中N為主用逆變模塊數(shù)量：實際項目中可根據(jù)如下計算公式［4］求得：

式中，PLOAD1為區(qū)域內(nèi)原有交流通信設備實際交流用電總功率，該通訊電源系統(tǒng)為新建項目，故無此項內(nèi)容；PLOAD2為區(qū)域內(nèi)新增交流通信設備負荷用電總量估算值；0.8為考慮逆變器安全儲備的功率因數(shù)；SINV則為1個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個監(jiān)控模塊，1個靜態(tài)開關(guān)，3個額定容量為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、相應的鉛酸蓄電池組以及上述設備之間的連接導線組成；且直流供電模塊為全浮充的充電方式，實際使用時2組蓄電池組均需經(jīng)軟銅電纜線連接進入直流配電屏并聯(lián)供電。

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

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)設計有直流、交流兩種線路供電。比賽中市電正常供電時，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的通訊系統(tǒng)用電負載。

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

根據(jù)《通信電源設備安裝工程設計規(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，當在特殊比賽中通訊電源系統(tǒng)的交流負荷容量超過10 k VA時，還需采用UPS供電系統(tǒng)增強。

3 電力線的選用

電力線的選擇，包括電纜線的型號與材料截面等，是通訊系統(tǒng)電源配置設計的重要內(nèi)容，其材料截面、功能型號、敷設方式等都將直接關(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、電纜導線發(fā)熱、項目成本控制等因素下，應分別對直流、交流供電條件下的電力線進行在滿足設計使用年限條件下的導線截面積計算，并參照選用適當?shù)碾娏€型號及其敷設方式。另外，還應采取有效的防雷電保護措施等。

4 結(jié)束語

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

［1］ 張艷霞，姜惠蘭.電力系統(tǒng)保護與控制［M］.北京：清華大學出版社，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：北京郵電大學出版社，2008.

［4］ 電源廠家通訊電源系統(tǒng)培訓講義［Z］.2003.

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