衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐永強(qiáng)，王 秒

（中國衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司，北京 100094）

0 引 言

衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要認(rèn)真分析機(jī)房實(shí)際情況，建立機(jī)房分級制度，并根據(jù)機(jī)房相應(yīng)等級制訂相應(yīng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮供電質(zhì)量、供電方式，結(jié)合不間斷電源系統(tǒng)（Uninterruptible Power Supply，UPS）、直流電源系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)以及接地防雷系統(tǒng)等多方面的設(shè)計(jì)要求合理布線，努力消除各種安全隱患，確保整個(gè)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，滿足衛(wèi)星通信設(shè)備的需求，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房等級劃分

參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、機(jī)房業(yè)務(wù)中斷造成的社會影響以及經(jīng)濟(jì)損失程度，衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房等級可劃分為A、B、C三級[1]。機(jī)房內(nèi)衛(wèi)星通信相關(guān)業(yè)務(wù)運(yùn)行中斷將引起嚴(yán)重社會混亂、產(chǎn)生重大影響或者造成重大經(jīng)濟(jì)損失的定義為A級機(jī)房；機(jī)房內(nèi)衛(wèi)星通信相關(guān)業(yè)務(wù)運(yùn)行中斷將引起一定社會混亂、產(chǎn)生一定影響或者造成較大經(jīng)濟(jì)損失的則是B級機(jī)房；其他不屬于A級或B級的，則為C級機(jī)房。

2 電源質(zhì)量要求

衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房電源包括交流和直流2類電源。交流電源包括市電、UPS以及柴油發(fā)電機(jī)電源，均為三相交流電，線電壓為380 V、相電壓為 220 V、頻率為 50 Hz±1 Hz。其供電電壓不得偏離額定電壓-10%～+5%，必要時(shí)需要采取調(diào)壓穩(wěn)壓措施，避免造成設(shè)備損壞。對于直流電源，其供電電壓應(yīng)滿足相關(guān)設(shè)備要求。

3 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房供電方式

A級機(jī)房應(yīng)采用一類市電、兩路電源供電，同時(shí)需配備交流UPS系統(tǒng)。此外，還需設(shè)置備用電源[2]。備用電源系統(tǒng)一般選用柴油發(fā)電機(jī)組，還可以采用獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路。所謂一類市電指供電線路分別從2個(gè)獨(dú)立電源各自引入，兩路市電不得同時(shí)出現(xiàn)有計(jì)劃的停電檢修。B級機(jī)房可采用一類或二類市電供電，盡量采用兩路電源供電，同時(shí)需配備UPS系統(tǒng)與直流電源系統(tǒng)。當(dāng)只有一路電源時(shí)，應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源[3]。所謂二類市電供電指供電線路從一個(gè)獨(dú)立電源引入一路市電，該供電線路允許有計(jì)劃停電檢修。C級機(jī)房可采用二類市電供電，UPS系統(tǒng)可按照實(shí)際情況確定是否配置。

4 UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A類、B類標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)配置交流UPS系統(tǒng)，為機(jī)房內(nèi)的通信設(shè)備及相關(guān)輔助設(shè)備供電。UPS系統(tǒng)應(yīng)盡量靠近負(fù)荷配置，采用2N雙母線或N+1并聯(lián)冗余模式供電，并聯(lián)臺數(shù)不能超過3臺[4]。當(dāng)選用模塊化系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)模塊應(yīng)具有獨(dú)立控制功能。2臺UPS并機(jī)工作系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 2臺UPS并機(jī)工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)容量時(shí)，需預(yù)留部分容量，實(shí)際容量應(yīng)按照機(jī)房最大負(fù)荷功率確定[5]。對于系統(tǒng)中的蓄電池容量設(shè)計(jì)，應(yīng)保證電池容量滿足最大負(fù)荷條件下放電15～30 min。除了自動和手動旁路設(shè)置外，系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置完全旁路工作模式。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以將系統(tǒng)完全關(guān)閉并切換到外部旁路供電。安裝接線時(shí)，需要注意交流不間斷電源供電系統(tǒng)的主輸入和靜態(tài)旁路的輸入應(yīng)分別引自2個(gè)不同的輸入開關(guān)。

對于A類、B類機(jī)房，為了保證供電安全，應(yīng)提供2條相互獨(dú)立的UPS線路，并在2條線路之間安裝雙路切換開關(guān)。兩路互為備份，在其中一路故障或檢修時(shí)，另一路可承擔(dān)相應(yīng)負(fù)荷，確保供電安全。UPS供電系統(tǒng)從輸入到輸出整個(gè)過程中，均應(yīng)確保無單點(diǎn)故障。若存在單點(diǎn)故障隱患，則應(yīng)配置靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（Static Transfer Switch，STS）設(shè)備[6]。與此同時(shí)，機(jī)房內(nèi)設(shè)備的測試電源和設(shè)備正常工作的電源應(yīng)盡量采用不同的電源系統(tǒng)，并且主用和備用電子設(shè)備及雙電源電子設(shè)備的2路電源也應(yīng)分別取自不同的電源系統(tǒng)。

5 直流電源設(shè)計(jì)要求

衛(wèi)星地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房的開關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)選用符合A級能效開關(guān)電源分級標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并應(yīng)靠近負(fù)荷設(shè)置。前置交流輸入配電屏應(yīng)輸入兩路電源，并具備切換功能。兩路電源一主一備，確保供電安全。直流電源整流模塊應(yīng)按照N+2冗余方式配置，其中N為主用模塊數(shù)量。系統(tǒng)容量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷電流和電池的均充電流之和確定，電池的均充電流以10小時(shí)率充電電流計(jì)算。直流電源系統(tǒng)蓄電池容量設(shè)計(jì)應(yīng)在系統(tǒng)具有可靠的專用備用電源或自動投入的柴油發(fā)電機(jī)組的情況下，確保放電時(shí)間至少為30 min。為了進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)可靠性，對于承擔(dān)相同業(yè)務(wù)的主用設(shè)備和備用設(shè)備應(yīng)接入不同的電源系統(tǒng)，不得使用同一套電源設(shè)備。

6 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

后備電源系統(tǒng)應(yīng)選用性能為G3級或G4級的柴油發(fā)電機(jī)組，其中備用發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有遙信、遙測以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接口及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，能自動投入、自動切除、自動補(bǔ)給。備用柴油發(fā)電機(jī)組如圖2所示。

圖2 備用柴油發(fā)電機(jī)組

A級機(jī)房發(fā)電機(jī)組應(yīng)能穩(wěn)定可靠的長時(shí)間運(yùn)行，且機(jī)組輸出功率滿足機(jī)房負(fù)荷要求。當(dāng)A類標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房采用一類供電方式時(shí)，可配置1臺柴油發(fā)電機(jī)組；當(dāng)采用二類供電方式時(shí)，需配置2臺柴油發(fā)電機(jī)組。對于B類標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房采用一類或二類市電供電方式時(shí)，可配備1臺自動化柴油發(fā)電機(jī)組。對于C類標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房，對后備電源配置不做要求。

7 防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

衛(wèi)星地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房建筑的接地系統(tǒng)應(yīng)采用工作接地、保護(hù)接地、防雷接地三地合一的聯(lián)合接地方式。機(jī)房應(yīng)采用避雷帶或者避雷針保護(hù)，避雷帶、避雷針通過引下線直接連接到接地環(huán)路，確保機(jī)房整體都在保護(hù)范圍內(nèi)。引下線應(yīng)充分利用機(jī)房所屬建筑物外側(cè)主鋼筋，其上、下部分分別和房頂避雷裝置、接地網(wǎng)相接，中間部分則和各均壓裝置連接，整體形成電氣連通，近似于法拉第籠結(jié)構(gòu)。接地網(wǎng)應(yīng)直接利用建筑物和相關(guān)基礎(chǔ)構(gòu)筑物作為接地體，為了降低接地電阻，必要時(shí)還需要增設(shè)接地體。引入機(jī)房的接地體母線應(yīng)不少于2根，并在機(jī)房周圍就近引入。此外，機(jī)房內(nèi)各設(shè)備的金屬外殼及各類金屬結(jié)構(gòu)、管道等均需要進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)并接地[7]。

電源系統(tǒng)防雷方面，機(jī)房配電系統(tǒng)所用電纜應(yīng)采用金屬鎧裝電纜（非鎧裝電纜則應(yīng)穿鋼管），通過地下進(jìn)入機(jī)房，并且電纜金屬護(hù)套或鋼管就近與接地網(wǎng)相連通。標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房的各種信號線均宜通過地下纜溝進(jìn)出，同時(shí)需要對所有信號線在成端處就近進(jìn)行保護(hù)接地。

8 合理布線設(shè)計(jì)要求

標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房綜合布線應(yīng)符合《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50311—2016）的相關(guān)要求，科學(xué)規(guī)劃、合理設(shè)計(jì)總配線柜及各配線柜，充分滿足機(jī)房內(nèi)配線需求。通過走線架方式敷設(shè)線纜，最好使用開放式，可設(shè)置2層。同時(shí)對走線架進(jìn)行整體規(guī)劃，確保機(jī)房內(nèi)空調(diào)氣流循環(huán)不受影響。線纜敷設(shè)應(yīng)盡量釆用上走線方式，強(qiáng)電、弱電、光纖以及銅纜均應(yīng)分別布線。機(jī)架內(nèi)應(yīng)采用集成布線通道，方便布設(shè)、管理大量纜線。除此之外，合理規(guī)劃纜線路徑，避免纜線影響機(jī)房內(nèi)空調(diào)氣流循環(huán)。

9 結(jié) 論

綜上所述，隨著衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的快速增長和衛(wèi)星通信地球站標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房建設(shè)的不斷推進(jìn)，對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)房電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究將會更加全面深入，同時(shí)更加符合衛(wèi)星通信設(shè)備的特點(diǎn)，從而為衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)提供更加安全可靠的電力保障。