通信設(shè)備雙系統(tǒng)供電解決方案探索

韓 嘯，陳利榮，羅竣曦

（1.中國電信亳州分公司；2.國家電網(wǎng)安徽亳州分公司；3.廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司（東莞）第一分公司）

0 引 言

隨著我國通信事業(yè)飛速發(fā)展，通信網(wǎng)和通信設(shè)備在質(zhì)與量的方面不斷提高，這種質(zhì)與量的變化也給通信電源的發(fā)展提出了新的要求。為有效解決通信站內(nèi)各種設(shè)備單一電源系統(tǒng)供電可靠性低的狀況，現(xiàn)提出了通信站電源系統(tǒng)雙電源配電解決方案。

1 傳統(tǒng)普遍采用的供電方式

目前通信設(shè)備供電主要分交流和直流兩種供電方式，對于一般的模塊局、接入局所非核心的通信設(shè)備我們通常都采用單系統(tǒng)供電方式。下面就介紹一下當(dāng)前的兩種典型的單系統(tǒng)供電方式。

1.1 交流單系統(tǒng)供電方式

交流單系統(tǒng)供電方式，即從一個單一的變壓器引出低交流壓電源，再通過交流分配屏進行二次分配。為提高交流供電的可靠性，通常我們都會再引入UPS供電，UPS提供的220／380 V交流不間斷電源主要為服務(wù)器、路由器、數(shù)據(jù)等設(shè)備供電，如圖1。

圖1 單UPS系統(tǒng)供電方式示意圖

1.2 直流單系統(tǒng)供電方式

直流單系統(tǒng)供電方式，就是只從一套開關(guān)電源系統(tǒng)中引出直流電源再通過直流分配屏進行二次分配。主要為傳輸、交換等通信設(shè)備供電，如圖2。

圖2 單直流系統(tǒng)供電方式示意圖

1.3 單系統(tǒng)供電方式存在的問題

可以看出單系統(tǒng)供電方式都為單點接入，任何一臺設(shè)備故障、任何一條線纜故障、任何一個熔絲或開關(guān)中斷都將影響其下帶通信設(shè)備的安全運行，若一些核心的通信設(shè)備（如MCE移動配套CE等設(shè)備）使用該單系統(tǒng)供電方式，一旦出現(xiàn)電源故障，將可能影響到本地區(qū)乃至全省通信網(wǎng)絡(luò)的正常運行，由此可見單系統(tǒng)供電方式會遇到很大的供電安全瓶頸問題。

2 雙系統(tǒng)供電方式

由于通信行業(yè)的特殊性，特別是通信核心設(shè)備不允許有瞬間中斷現(xiàn)象。為了解決單系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)安全瓶頸問題，我們引入了雙系統(tǒng)供電方式。中國電信安徽公司明確要求對安徽電信A級網(wǎng)絡(luò)要求必須采用雙節(jié)點、雙配置、雙路供電，對B級網(wǎng)絡(luò)的重要業(yè)務(wù)設(shè)備若無冗余的也要納入安全隱患整治計劃?？梢娡ㄐ藕诵脑O(shè)備的雙系統(tǒng)供電改造是勢在必行的。現(xiàn)就目前幾種交、直流雙系統(tǒng)供電方式做以下介紹，并重點對三種直流雙系統(tǒng)供電作以闡述。

2.1 交流設(shè)備雙系統(tǒng)供電方式

為保證網(wǎng)絡(luò)安全，核心局站設(shè)備的交流部分應(yīng)當(dāng)采用兩路10 k V高壓市電供電方式，兩路市電取自不同的變電所，高低壓配電系統(tǒng)分別具備兩段獨立母線，配置母聯(lián)開關(guān)，每個低壓配電系統(tǒng)配置1臺固定油機，市電和油機經(jīng)過ATS切換后，接入低壓配電母線；具備應(yīng)急油機快速接口，如圖3。

圖3 雙路高低壓配電系統(tǒng)示意圖

2.2 直流設(shè)備雙系統(tǒng)供電方式

真正的直流設(shè)備雙系統(tǒng)接入是一種非常理想的供電方式，是指同一個通信設(shè)備可同時引入兩個系統(tǒng)的電源，并且可保證下帶設(shè)備安全穩(wěn)定的運行。但實際中要實現(xiàn)理想意義上的直流雙系統(tǒng)供電，還存在著壓差等一些技術(shù)難題。下面就三種直流雙系統(tǒng)供電方式情況作分析說明。

2.2.1 “經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式

（1）“經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理

“經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：是由兩路輸入經(jīng)過隔離保護二極管及控制開關(guān)后匯總到一起，建立輸出總線，從輸出總線建立起各分路輸出。其工作原理是利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，在兩路電源系統(tǒng)接入前各串接了二極管，之后又完全并按在一起，形成公共母排向設(shè)備供電，當(dāng)輸入1系統(tǒng)電壓高時，由輸入1系統(tǒng)承擔(dān)負(fù)荷，當(dāng)輸入2系統(tǒng)電壓高時，由輸入2系統(tǒng)承擔(dān)負(fù)荷，當(dāng)系統(tǒng)電壓相近或一致時，則由兩個系統(tǒng)同時承擔(dān)負(fù)荷。工作原理如圖4。

圖4 “經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理圖

（2）“經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的優(yōu)點

a.沒有機械式切換，不存在切換時間；

b.實現(xiàn)了同一臺設(shè)備引接兩路直流系統(tǒng)供電；

c.具有防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

d.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經(jīng)費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作。

（3）“經(jīng)濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的缺點

a.由于兩系統(tǒng)存在壓差和浮動，其兩系統(tǒng)負(fù)荷電流波動頻繁；

b.總隔離保護二極管被擊穿后，可能造成系統(tǒng)全部崩潰。由于維護和運行需要，不同的直流供電系統(tǒng)往往會存在壓差和浮動，這樣會引起兩系統(tǒng)負(fù)荷大電流頻繁變化，當(dāng)二極管被擊穿時，電壓相對低的系統(tǒng)將通過設(shè)備的小線徑導(dǎo)線變成電壓相對高的系統(tǒng)的負(fù)荷，此情況下極易引發(fā)系統(tǒng)癱瘓等嚴(yán)重的安全事故；

c.需要更換專用的二次直流分配屏，增加了投資成本。

2.2.2 “增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式

（1）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的工作原理

“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：是由兩路系統(tǒng)輸入經(jīng)過控制開關(guān)后分別建立兩路母線，每個分路輸出均各自從兩路母線經(jīng)分路開關(guān)和隔離保護二極管后匯合輸出。其工作原理同樣利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，也解決了雙系統(tǒng)電壓差問題，但同經(jīng)濟型相比，增強型的隔離保護二極管被徹底分散化，從而徹底消除了因總隔離保護二極管失效而導(dǎo)致系統(tǒng)全部崩潰的風(fēng)險，原理如圖5。

圖5 “增強型”并機直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理圖

（2）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的優(yōu)點

a.無系統(tǒng)全部崩潰的風(fēng)險；

b.沒有機械式切換，不存在切換時間；

c.實現(xiàn)了同一臺設(shè)備引接兩路直流系統(tǒng)供電；

d.具有防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

e.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經(jīng)費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作。

（3）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的缺點

a.由于兩系統(tǒng)存在壓差和浮動，其兩系統(tǒng)負(fù)荷電流波動頻繁；

b.工藝相對復(fù)雜，增加了一定的維護工作量。

c.要更換專用的二次直流分配屏。

2.2.3 “穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式

（1）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式工作原理

對于“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式，雙電源系統(tǒng)供電的含義是指必須要從同一套開關(guān)電源系統(tǒng)的不同分路熔絲接電，通常我們將此種供電方式叫做雙回路供電。這種供電方式要求核心的通信設(shè)備具有主備用冗余工作的功能，主備用設(shè)備的供電分別從兩套不同的開關(guān)電源系統(tǒng)引接。也是目前通信行業(yè)采用的一種主流組網(wǎng)方式，是按雙直流系統(tǒng)供電要求各大運營商折中選擇的辦法，如圖6。

圖6 “穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式工作示意圖

（2）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式優(yōu)點

a.兩路系統(tǒng)負(fù)載電流變化相對穩(wěn)定；

b.具有一定的防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

c.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經(jīng)費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作；

d.原二次直流分配屏設(shè)備直接可用。

（3）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式缺點

a.沒有實現(xiàn)真正意義上的同一個設(shè)備進兩路直流系統(tǒng)供電，其安全性并未發(fā)揮到極致；

b.要求重要的核心通信設(shè)備自身要具備冗余備份功能，一套通信設(shè)備至少要有兩臺互為冗余，從而增加了設(shè)備的投資和能耗成本。

2.2.4 三種雙直流系統(tǒng)供電方式比較

下面根據(jù)三種雙直流系統(tǒng)供電方式特點做以下比較，如表1。

表1 三種雙直流系統(tǒng)供電方式比較

3 兩種單系統(tǒng)供電方式的雙系統(tǒng)改造案例

3.1 單UPS系統(tǒng)的雙系統(tǒng)改造方案

UPS雙系統(tǒng)改造原則（如圖7）：雙電源供電通信設(shè)備，應(yīng)從兩套獨立UPS系統(tǒng)分別引接一路電源，并分別引接雙電源負(fù)載1、雙電源負(fù)載2；單電源供電通信設(shè)備，應(yīng)采用主備用冗余備份工作模式，主備用設(shè)備的供電應(yīng)分別從兩套獨立UPS系統(tǒng)引接，分別引接單電源負(fù)載1主用，單電源負(fù)載2備用。

圖7 交流雙電源供電改造原則圖

現(xiàn)以一套單UPS系統(tǒng)供電的雙系統(tǒng)改造實例做一說明（如圖8）。整改前：：雙電源設(shè)備和單電源冗余工作方式的設(shè)備供電都取自同一套UPS系統(tǒng)，一旦UPS系統(tǒng)出現(xiàn)宕機故障，所帶業(yè)務(wù)全部中斷。

整改后：雙電源設(shè)備供電分別取自兩套UPS系統(tǒng)，單電源冗余工作方式設(shè)備分別取自兩套不同UPS系統(tǒng)。任意一UPS系統(tǒng)故障，通信業(yè)務(wù)都不受影響，實現(xiàn)雙電源供電保障。

圖8 交流雙電源改造前后圖

3.2 單直流系統(tǒng)的雙系統(tǒng)改造方案

本次采用“穩(wěn)定型”直流雙系統(tǒng)方案，其改造原則（如圖6）：直流供電的單個通信設(shè)備，雙電源供電應(yīng)從同一套開關(guān)電源引接；主備用冗余工作方式的通信設(shè)備，主備用設(shè)備的供電應(yīng)分別從不同的開關(guān)電源系統(tǒng)引接。現(xiàn)以一套通信用CE設(shè)備的雙系統(tǒng)改造實例做一說明（如圖9）。

現(xiàn)有一套具有冗余備份功能的CE設(shè)備，原采用單直流系統(tǒng)供電方式，整改前：CE－1和CE－2設(shè)備采用冗余工作方式，業(yè)務(wù)互相備份。供電問題分析：一對CE的供電均從同一套直流電源引入，當(dāng)直流電源故障時，會導(dǎo)致兩個CE同時掉電，會引發(fā)業(yè)務(wù)全阻嚴(yán)重故障。由于前期的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，目前有部分省市分公司仍存在這種供電模式。

整改后：兩個CE分別取電于兩套直流電源系統(tǒng)，當(dāng)單個電源系統(tǒng)發(fā)生故障時，業(yè)務(wù)不會中斷，因此對于CE所帶的通信業(yè)務(wù)實現(xiàn)了雙電源供電保障，安全性極高。

圖9 直流雙電源改造前后圖

3.3 改造后的分析

通過以上兩種雙系統(tǒng)供電改造，實現(xiàn)了通信設(shè)備側(cè)雙電源供電保障，確保了任何一路電源故障不會影響通信業(yè)務(wù)的正常開展，網(wǎng)絡(luò)安全級別有了明顯的提升。目前大部份核心通信設(shè)備用的都直流電源，因此對一些核心設(shè)備的直流雙電源改造應(yīng)作為當(dāng)前迫在眉睫的事情來抓，這對于提高通信運營商服務(wù)的用戶感知度也有著很大的幫助，從而增強了運營商的業(yè)務(wù)競爭力。

4 結(jié)束語

通信電源是向通信設(shè)備提供交直流電的電能源，在通信網(wǎng)中的位置極其重要，被喻為通信網(wǎng)和通信設(shè)備的“心臟”。

如何有效提高供電安全，確保網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定、可靠運行是當(dāng)前的重中重。盡管目前雙系統(tǒng)供電解決方案還存在這樣或那樣的問題，但隨著動力專業(yè)維護及管理專家們對雙系統(tǒng)供電的廣泛關(guān)注，相信不久的將來通信網(wǎng)雙系統(tǒng)供電方式各種技術(shù)難題的解決也將成為可能，通信供電的網(wǎng)絡(luò)安全也將跨入一個全新的時代。

［1］ 佚名.通訊用直流雙電源配電柜系統(tǒng)技術(shù)要求.2011.

［2］ 韓 雷，陳創(chuàng)康.直流設(shè)備雙電源系接入［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化.2007，（6）：66－68.