通信直流48 V電源及其配電系統割接方法與案例分析

歐陽華偉

（中國聯通武漢分公司運維部，湖北 武漢 430077）

0 引 言

割接指在不中斷網絡運行的條件下，遷改正在運行的設備、線路等。通信直流電源設備常用48 V開關電源及其直流配電系統，因通信工程建設，需要調整優(yōu)化直流配電系統的負荷，或者升級改造電源，更換開關電源系統。簡言之，電源割接就是電源設備替換和配電線路調整、更換。

1 局站48 V直流通信電源及直流配電系統的組成

48 V直流高頻開關電源具有可靠性高、技術成熟、成本不斷下降和通用性強等特點，被通信直流電源普遍采用。局站48 V直流電源系統由高頻開關電源、蓄電池組和直流輸出配電系統組成。直流高頻開關電源一般由交流輸入屏、整流屏、直流輸出屏以及后備蓄電池組組成。直流配電系統除了上述高頻開關電源，還包含擴展一次屏（如果有）、二次直流分配屏、各分路端子、各專業(yè)設備列頭柜、正負極電纜和保護接地線等。

開關電源的工作方式通常為浮充方式。浮充指整流模塊對蓄電池進行補充充電，開關電源整流模塊輸出54 V直流電流，保證通信設備和網絡為用戶提供優(yōu)質服務。因此，通信電源不可中斷對設備的供電。當外市交流電源停電時，開關電源模塊停止輸出，由后備蓄電池組向通信設備提供應急直流48 V電源。當外市電恢復交流供電時，開關電源整流模塊恢復工作。如果蓄電池組深度放電或長期浮充工作，需要對蓄電池進行均衡充電。

直流配電系統的拓撲結構一般是簡單的單級星型結構或樹形的上下級分級結構。星型拓撲結構中心是開關電源系統的直流輸出屏匯流排，各支路是設備機架列頭柜。樹形的上下級拓撲結構中，根是直流輸出屏匯流排，下級往往接二次直流配電屏，再下級才是設備列頭柜，形成了二層或三層的樹形拓撲結構。由于集中供電的開關電源系統往往要向不同樓層的通信設備輸出電源，因此需要在不同樓層建立二次直流配電屏，形成一個上下級的樹形直流配電系統，如圖1所示。

2 48 V直流電源配電系統的割接

2.1 直流配電系統的負荷割接方法

直流配電系統割接是相對于負荷，更換、遷改取電端口、供電線路的和饋電電纜等。它包括直流輸出屏（一次屏）輸出端子調整、直流二次屏負荷取電遷改調整、跨直流配電系統負荷遷改調整以及列頭柜遷改調整。直流配電系統的負荷多為通信設備直流列頭柜。割接多為列頭柜割接，一般分為一套開關電源直流配電系統內的列頭柜割接（系統內割接）、跨系統的列頭柜割接以及設備機柜電源割接三種。

第一類，系統內割接。系統內列頭柜割接即將列頭柜取電位置從本直流配電系統的某個直流輸出端子遷改至系統內的其他端子。此割接不涉及直流配電系統的其他位置，只將電纜從需要遷改的直流分路端子引至需要割接的列頭柜上端的輸入端，并拆除原有端子電纜。系統內列頭柜電源割接風險相對較小。

第二類，跨系統的列頭柜割接。它是將列頭柜從本套開關電源直流配電系統的某個直流輸出端子，遷改至不同開關電源直流配電系統的其他端子。此割接涉及不同直流開關電源系統，只有對兩個系統進行并機操作后才可以執(zhí)行下一步。具體而言，主要分為三步。第一，兩個獨立直流電源系統并機工作。即調整兩套開關電源的電池組充電參數，關閉系統自動均充功能，關閉系統周期均充功能，以避免割接時有系統誤入自動均充模式，導致系統超負荷工作，使割接工作失敗。調整直流輸出屏電壓，使兩套系統的輸出電壓一致，將正負極排分別用容量充足的電纜連接，使兩個系統并成一個臨時的系統。第二，與系統內列頭柜割接方法相同，將列頭柜取電端子中的電纜遷改至新端子，拆除原列頭柜的取電電纜。第三，拆除并機系統電纜，恢復開關電源系統電池組參數，恢復自動均充及周期均充功能。

第三類，設備機柜電源割接。如果機柜有足夠容量的分路能夠滿足倒送電，那么可采用倒送電方法割接。

割接操作中必須遵守相關標準，即取電之前驗電壓，下電之前量電流。具體而言，新電源端子送電之前應測量熔斷器上下端的電壓差，控制在0.5 V以內。拔熔絲拆電纜前要先測量電流，確認是正確的端子或者電纜，并遵循先下級后上級的原則。連接電纜時，應先連接正極電纜后連接負極電纜。拆卸電纜時，應先拆卸負極電纜后拆卸正極電纜。此外，并機電纜負極應接在負極排，并考慮電池的保險容量[1]。

圖1 局站48 V開關電源電源系統及直流配電系統

2.2 割接中存在的風險及應對策略

割接中存在非人為因素風險（不討論自然災害等無法估量的因素）和人為因素風險，可能導致割接工作失敗。因此，要分析相關風險并做好應對策略，提出應急預案。即充分調查現狀，制定割接計劃，保證操作人員安全、網絡安全和設備（用電設備、供電設備、線路等）安全。同時，維護部門需做好應急預案，全程督導，避免風險。

非人為因素風險如外部電網因突發(fā)故障停電，導致要割接直流電源系統市電輸入斷電。系統內割接處理相對簡單，只需立即停止相應作業(yè)點的操作，做好作業(yè)點絕緣措施，啟動應急預案，等待割接小組指令?？缦到y的電源割接要較為復雜。當斷電發(fā)生在并機之前時，立即中止后續(xù)工作，不再進一步操作，啟動應急預案，等待割接小組指令。當斷電發(fā)生在系統并機后割接實施過程中，存在較大風險。由于并機的兩套系統后備電池使用年限、電池容量不一致，導致并機電纜存在很大電流，進一步加大了系統全程壓降，導致直流配電系統后端通信設備因蓄電池電壓下降過深過快而宕機。面臨此類情況，應立即停止操作，切換市電至備供或啟動后備柴油發(fā)電機組，恢復直流開關電源供電，監(jiān)測并機電纜中的電流。這要求并機電纜要有充足的容量，不能僅僅考慮正常供電情況下并機系統內的環(huán)流。

人為因素風險主要是施工人員誤操作導致的割接事故，已經屢見不鮮。如果割接中發(fā)生誤操作，基本上可以宣告割接失敗。避免此風險的辦法是施工人員割接前必須熟悉割接方案，保證割接人員操作無誤。割接前要完成電纜布放、標示、工具和耗才等，有時需要搭建臨時電源系統，進行新系統的熱機準備。精心選擇割接窗口，多選擇在割接日為00:00～06:00，避開雷雨天氣、停電等不利于割接的情況。割接過程中至少需雙人操作，一人操作，一人保護或“唱票”（口述操作指令），嚴格按照割接方案和割接步驟實施。割接后要恢復系統參數，檢查核對新路由、新端子溫升、壓降等參數，做好標示、拆除電纜、現場清理等工作。

2.3 開關電源系統的割接

開關電源系統的割接分為兩種情況，一種是原位的開關電源割接（簡稱原位割接），另一種是異位的開關電源割接（簡稱異位割接）。

原位割接指在開關電源的原物理地址上更換系統，系統原有負荷路由保持不變。原位割接是受物理空間資源缺乏、現有負荷路由不能更改等因素制約時選用的方法。原位割接需要三大步驟。第一步，將系統負荷先行割接到臨時搭建的開關電源系統，或者割接到有富余容量的其他開關電源系統。第二步，拆除舊的開關電源系統，建立新的開關電源系統。第三步，將前述系統負荷從其他系統割回來。實際上，原位割接相當于每路負荷都割接了兩次。其造成的風險顯而易見，如果分路較多，需要持續(xù)割接較長時間。

異位割接指在不同的位置先建立新的開關電源系統，通過新舊系統的并機工作，從新系統重新布放電纜至舊系統的各分路負荷，從而實現逐一割接各分路。異位割接中，分路只需割接一次。

3 割接案例

通信電源供電方式由集中供電方式向分散供電轉變。集中供電的優(yōu)勢在于供電設備集中，便于監(jiān)控和維護。分散供電正好相反，供電設備分散在不同樓層、不同機房，供電給不同負荷。分散供電提高了電源設備效率，減少了電纜路徑功率損耗，節(jié)約了成本，減小了因電源故障而造成的影響面，將故障影響范圍限定在局部電源設備，提高了電源供電的可靠性。某通信局直流供電系統把集中供電改造成分散供電的實例，如圖2所示[2]。

圖2 直流供電系統集中供電實例

由圖2可知，改造前的所有直流用電設備電皆從一樓電源機房集中直流供電系統取電。為實現分散供電，三樓建立了一套開關電源，三樓負荷的直流供電割接到三樓新建的開關電源，實現直流供電系統的分散供電。1號、2號直流系統分別從井道走電纜至3樓二次屏，改為分散供電后，在三樓新建一套開關電源系統（如圖3所示），將三樓直流二次屏按前述跨系統直流配電割接的方式先后割接到3號系統。

圖3 三樓新建系統直流電源系統分散供電割接

通過對比割接前后兩種供電方式可知，開關電源系統浮充工作時，分散供電的電流通過電纜產生的功率損耗較少（如表1所示），降低了能耗，每年節(jié)省約7 000 kW·h電，保留了更多井道資源，節(jié)省電纜一半以上，價值更高。

表1 集中與分散供電案例功耗對比

4 結 論

局站通信直流電源系統及其配電系統隨著通信技術的發(fā)展而不斷進步。比如，5G新網絡建設采用了很多新技術，即冷通道、高壓直流電源和柜間空調等。隨著通信設備負荷功率密度的增大，對電源系統提出了很大挑戰(zhàn)。通信直流電源及其配電系統從以往的集中供電方式逐步演變?yōu)榉稚⒐╇?，如上述案例的開關電源系統集中在一樓電力室。隨著負荷的增長，改變直流電源系統布局，分樓層甚至分機房安裝，實現通信設備就近接入直流配電系統。最新的分布式電源技術甚至將電源的模塊整合入設備機柜，節(jié)約了大量的直流電纜和物理空間，降低了電力損耗。同時，開關電源系統朝著高壓直流技術、軟開關技術和密集高效模塊等技術發(fā)展[3]。直流電源系統的割接方式越來越多，風險逐漸增加。因此，通信電源維護建設人員必須重視和掌握直流電源的割接方法、割接要點，以保證通信設備的穩(wěn)定、正常運行。