壁掛式開關(guān)電源在小型通信機(jī)房的應(yīng)用場景研究

劉 毅

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 運(yùn)營商小型通信機(jī)房現(xiàn)狀分析

1.1 機(jī)房空間狹小和條件差

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，通信機(jī)房的選擇需要考慮諸多因素，如溫度、濕度、潔凈度、噪聲、電磁干擾以及防雷接地等。一般站址不應(yīng)選擇在易燃、易爆的倉庫和材料堆積場或者在生產(chǎn)過程中容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸危險的工廠、企業(yè)附近，不宜選擇在軍事、機(jī)場等重要設(shè)施的周圍。目前，通信運(yùn)營商在通信機(jī)房的選擇上受到諸多限制，如周邊用戶投訴擾民、地理位置、周邊環(huán)境、外市電條件等。而在用戶較為集中的城區(qū)，很多小型通信機(jī)房存在空間狹小、通風(fēng)不暢、進(jìn)入困難等問題。而機(jī)房存在的上述諸多問題，極大地限制了機(jī)房內(nèi)各種通信設(shè)備的選型范圍。由于機(jī)房為小型通信機(jī)房，受限于機(jī)房裝修、通信設(shè)備到貨、系統(tǒng)建設(shè)及聯(lián)調(diào)等問題，小型通信機(jī)房的部署周期一般較長。

1.2 機(jī)房內(nèi)后備供電能力不足，日常維護(hù)不方便

通信設(shè)備在使用過程，如果出現(xiàn)供電電源供電不足的現(xiàn)象，則會導(dǎo)致通信設(shè)備處于停止運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重時會引發(fā)通信故障。為保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行，且保障其良好的通信效果，為周邊用戶帶來便捷的服務(wù)，需要確保通信電源的可靠性和抗干擾能力，運(yùn)行功率消耗量相對比較低[1]。在小型通信機(jī)房內(nèi)，由于受到機(jī)房本身條件的限制，部分機(jī)房在使用交轉(zhuǎn)直供電設(shè)備進(jìn)行供電。而許多在居民區(qū)內(nèi)的通信機(jī)房，依靠供電公司的轉(zhuǎn)供電提供輸入電源，占用居民區(qū)的供電容量，本身就存在一定的斷電風(fēng)險。再加上機(jī)房內(nèi)無蓄電池、油機(jī)等后備電源，一旦發(fā)生斷電情況，將造成周邊業(yè)務(wù)停斷，將極大地影響用戶在網(wǎng)體驗。對于機(jī)房的日常維護(hù)人員來說，增大了工作強(qiáng)度與難度，不利于機(jī)房的日常維護(hù)工作。

1.3 機(jī)房內(nèi)承重條件差

對機(jī)房設(shè)備進(jìn)行增容改造時，在考慮設(shè)備性能、耗電量、布線方式以及成本的前提下，往往忽略了設(shè)備重量因素。一般情況下，小型通信機(jī)房多由民用建筑改造而成，有的建筑本身建造年代比較久遠(yuǎn)，承重條件較差，地面可使用面積小。在機(jī)房擴(kuò)容設(shè)備時應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙所提供的電子設(shè)備的重量，底面積的大小，計算并確定建筑物地板的均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。通過計算通信設(shè)備的重量，布置方式和建筑內(nèi)各種梁板布局，確定機(jī)房建筑物地板的等效均勻分布活荷載值。通常，小型通信機(jī)房在設(shè)備擴(kuò)增問題上，需要考慮采用對地負(fù)荷小、占地面積小的機(jī)柜和設(shè)備方案，從而保證機(jī)房內(nèi)樓板承重的可靠性和后期擴(kuò)增的可連續(xù)性。

1.4 機(jī)房內(nèi)防雷接地條件差

目前，部分通信設(shè)備存在著絕緣強(qiáng)度低，過電壓耐受能力差等致命弱點。一旦遭受雷擊等過壓的沖擊，輕則造成通信系統(tǒng)的運(yùn)行中斷、設(shè)備的永久性損壞，重則系統(tǒng)所承載的實時運(yùn)行的數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)生癱瘓，造成不可估量的直接與間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失和影響[2]。由于小型通信機(jī)房有的是年代久遠(yuǎn)的民用建筑改造而成，很多機(jī)房本身無防雷接地母線可用。改造機(jī)房時需新建接地網(wǎng)，改造成本加大。部分機(jī)房由于建筑本身年久失修造成墻體返潮，環(huán)境濕度大，對于開關(guān)電源產(chǎn)品的防雷接地系統(tǒng)的質(zhì)量要求就更為嚴(yán)格。

2 壁掛式開關(guān)電源的產(chǎn)品優(yōu)勢分析

2.1 占用面積

組合式開關(guān)電源占用面積無論是在平面上還是空間上比壁掛式開關(guān)電源要大。以某廠家產(chǎn)品為例，組合式開關(guān)電源產(chǎn)品尺寸為600 mm×400 mm×2 000 mm。壁掛式開關(guān)電源產(chǎn)品尺寸為545 mm×250 mm×550 mm，且不占用地面空間。在小型通信機(jī)房場景下，無論是從后期設(shè)備維護(hù)角度，還是從設(shè)備占用面積和散熱情況等角度，壁掛式開關(guān)電源的優(yōu)勢都較為明顯。

2.2 供電能力

壁掛式開關(guān)電源具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、獨立構(gòu)成系統(tǒng)等特點。一般具有重要負(fù)載開關(guān)及非重要負(fù)載開關(guān)，可以保障通信機(jī)房的某些重要業(yè)務(wù)在一定時間內(nèi)不發(fā)生中斷情況，且有些產(chǎn)品具有搭載蓄電池的能力，提高通信機(jī)房的供電保障能力[3]。而傳統(tǒng)的交轉(zhuǎn)直供電設(shè)備，無一次、二次下電能力，且無法搭載蓄電池，無抗風(fēng)險能力。一般的壁掛式開關(guān)電源，整流模塊采用有源功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，且整流模塊采用無損傷熱插拔技術(shù)，即插即用，更換時間小于1 min，提高了其供電保障能力。其電源系統(tǒng)一般具有完善的電池管理。有電池保護(hù)功能和負(fù)載下電功能，能實現(xiàn)溫度補(bǔ)償、自動調(diào)壓、無級限流、電池容量計算以及在線電池測試等功能[4]。

2.3 承重問題

在小型通信機(jī)房內(nèi)，大部分的傳統(tǒng)組合式開關(guān)電源和交轉(zhuǎn)直供電設(shè)備存在給樓層建筑承重增加負(fù)荷的問題。而壁掛式開關(guān)電源不需要占用地面空間，減少了樓層承重負(fù)荷，給后續(xù)機(jī)房業(yè)務(wù)提供了發(fā)展空間。但在安裝之前，需核實墻體承重是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，墻體也應(yīng)做好防水處理。

2.4 容量問題

一般情況下，組合式開關(guān)電源的容量要比壁掛式開關(guān)電源要大。以某廠家產(chǎn)品為例，組合式開關(guān)電源分為600 A、900 A 這2 種型號規(guī)格，而壁掛式開關(guān)電源分為100 A、150 A、200 A 這3 種規(guī)格，其規(guī)格劃分區(qū)間更為貼近小型通信機(jī)房的應(yīng)用場景。

2.5 防雷接地問題

目前，壁掛式開關(guān)電源產(chǎn)品大多具有完善的接地設(shè)計，交流、直流系統(tǒng)防雷以及浪涌保護(hù)措施。對于在部分特殊環(huán)境下的機(jī)房條件（如環(huán)境濕度偏大），在做好墻體防水處理的前提下，能夠起到保護(hù)供電系統(tǒng)的作用。

3 壁掛式開關(guān)電源的場景應(yīng)用分析

某通信運(yùn)營商小型通信機(jī)房平面布置如圖1所示。

機(jī)房外市電為220 V 三相供電，交流配電箱負(fù)荷開關(guān)為交流30 A?，F(xiàn)有機(jī)房直流電負(fù)載為10 A，機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備為1 臺光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備，綜合機(jī)柜內(nèi)使用1 臺交轉(zhuǎn)直設(shè)備為OLT 供電。該機(jī)房場景目前擬需要進(jìn)行電源配套改造，場景分析如下。

（1）梳理機(jī)房內(nèi)各類負(fù)荷需求。總負(fù)載電流為

式中：Ia為總負(fù)載電流；Ib為設(shè)備總電流；Ic為電池平均充電電流。結(jié)合配置原理，得出容量。

（2）整流模塊算法。模塊數(shù)n的計算方法為

整流模塊的數(shù)量應(yīng)根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷考慮，電流負(fù)載應(yīng)根據(jù)實際負(fù)載電流確定（不考慮電池充電電流）。數(shù)量按照n+1 配置：當(dāng)n≤8 時，備用1 個；當(dāng)n≥9時，備用2 個。

（3）蓄電池組算法。依據(jù)蓄電池組公式，總?cè)萘繛?/p>

式中：Q為蓄電池組總?cè)萘?，Ah；K為安全系數(shù)，取1.25；I為負(fù)荷電流，本次取50 A（現(xiàn)有負(fù)載10 A+后續(xù)發(fā)展預(yù)估40 A）；T為放電小時數(shù)，本次取4 h；η為放電容量系數(shù)，取0.79；t為實際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，本次取15 ℃；α為電池溫度系數(shù)，本次取0.008。將以上數(shù)值帶入計算，得出Q≥344 Ah。因此本次選用2 組200 Ah 蓄電池組可滿足本次擬改造要求。

（4）通信設(shè)備電流需求。通信設(shè)備電流需求為直流（10 A）加后續(xù)發(fā)展（40 A），共50 A?？照{(diào)電流需求為交流9 A。照明、監(jiān)控等電流需求為交流7 A。蓄電池充電為直流40 A。直流負(fù)荷需求合計90 A，交流負(fù)荷需求合計16 A。

（5）根據(jù)直流負(fù)荷需求以及機(jī)房條件限制（空間狹小、地面面積不足），擬配套改造方案如下。選擇壁掛式開關(guān)電源150 A 或200 A 規(guī)格作為開關(guān)電源，2 組200 Ah 規(guī)格蓄電池組作為后備電源。對于交流配電箱容量應(yīng)做適量擴(kuò)容處理，對應(yīng)外市電上口電容量也需進(jìn)行擴(kuò)容。新增動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)以完善機(jī)房動力環(huán)境配置。

4 小型通信機(jī)房電源系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)階段需要注意的問題與優(yōu)化建議

4.1 需要注意的問題

在通信機(jī)房電源建設(shè)的設(shè)計階段，應(yīng)先對電源系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行勘察并確認(rèn)。如果設(shè)計中沒有合理的電源備份情況，一旦發(fā)生斷電情況，就會發(fā)生長時間的業(yè)務(wù)中斷情況?？辈鞎r，需要記錄配置開關(guān)電源的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如本期通信設(shè)備的耗電量與端子需求，并適當(dāng)考慮后期擴(kuò)容的需求。根據(jù)機(jī)房的使用面積和供電系統(tǒng)確定終期需求。當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容設(shè)計時，應(yīng)詳細(xì)記錄現(xiàn)有開關(guān)電源的品牌、型號、尺寸、容量、端子占用情況、用電負(fù)荷情況以及電纜線徑等數(shù)據(jù)。針對機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有直流配電屏與蓄電池的現(xiàn)狀也應(yīng)一并勘察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)情況，以便調(diào)整擴(kuò)容方案。對于機(jī)房內(nèi)現(xiàn)有地線排的位置與端子占用情況也需要了解并記錄。注意勘察設(shè)計時不應(yīng)完全套用之前的機(jī)房平面數(shù)據(jù)材料，應(yīng)在勘察階段對平面數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，對現(xiàn)有機(jī)房設(shè)備進(jìn)行定位測量并記錄。對于機(jī)房樓板承重，需仔細(xì)核查并確認(rèn)現(xiàn)有承重情況，計算擴(kuò)容后樓板負(fù)荷情況，如不滿足樓板承重要求，應(yīng)提出并要求相關(guān)責(zé)任方對樓板進(jìn)行承重加固措施后方可進(jìn)行建設(shè)環(huán)節(jié)。

4.2 優(yōu)化建議

依據(jù)之前的場景分析，針對于小型通信機(jī)房的電源系統(tǒng)建設(shè)，提出以下優(yōu)化建議。

（1）建議將小型通信機(jī)房100%納入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而加強(qiáng)機(jī)房自管理能力，能夠及時發(fā)現(xiàn)機(jī)房內(nèi)的風(fēng)險因素，提高機(jī)房運(yùn)營效率和水平，推動監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)有人值守向無人值守的轉(zhuǎn)變。

（2）差異化選擇產(chǎn)品。對于小型通信機(jī)房，可選擇的開關(guān)電源有組合式開關(guān)電源（電流為600 A 和900 A）、柜內(nèi)嵌入式電源（電流為50 ～200 A）、壁掛式開關(guān)電源（電流為100 ～200 A）。對于機(jī)房條件較為良好且預(yù)估后期周邊用戶業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢較好的，建議使用組合式開關(guān)電源。對于機(jī)房地面空間較為狹小的，建議使用壁掛式開關(guān)電源。對于室外綜合柜的場景，建議使用柜內(nèi)嵌入式電源。

（3）供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量靠近機(jī)房設(shè)備負(fù)荷，合理選擇電纜走向，降低線損。配置系統(tǒng)時應(yīng)考慮技術(shù)的先進(jìn)性和設(shè)備的可維護(hù)性，盡可能選擇可維護(hù)性高、智能化高、質(zhì)量可靠、使用效率高以及壽命長的節(jié)能型產(chǎn)品[5]。

（4）考慮經(jīng)濟(jì)性及合理性，提高交流主用電源的利用率及可靠性，延長備用電源的使用年限并縮短備用電源的容量。根據(jù)供電負(fù)載的重要程度采用不同的供電方案，區(qū)別對待重要負(fù)載和非重要負(fù)載[6]。

（5）考慮供電系統(tǒng)的適應(yīng)性和擴(kuò)展性[7]。直流電源供電方式應(yīng)能符合交換機(jī)等通信設(shè)備對高阻或低阻供電要求，交流電源應(yīng)能符合網(wǎng)管、計費、監(jiān)控等系統(tǒng)的要求。同時，電源系統(tǒng)在配置時應(yīng)便于擴(kuò)展，以滿足通信設(shè)備擴(kuò)容的需要[8]。

（6）開關(guān)電源的設(shè)置需與機(jī)房內(nèi)負(fù)荷現(xiàn)場一致，不應(yīng)使用設(shè)備的默認(rèn)出廠配置。在選擇壁掛式開關(guān)電源的安裝位置時，可選擇在水泥面或其他不燃燒面，并和其他易燃物保持足夠的安全距離。應(yīng)注意避免在潮濕或返潮比較嚴(yán)重的墻體上進(jìn)行安裝[9]。核實安裝墻體是否為實墻，其墻體承重需符產(chǎn)品合安裝要求。在確定安裝位置時，也應(yīng)考慮后期維護(hù)空間要求。

（7）注重節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用。目前我國通信行業(yè)年耗電量增長迅猛，通信行業(yè)的節(jié)能減排工作將大有可為。在通信電源設(shè)備層面，可采用諧波整治、開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)等新技術(shù)，提升機(jī)房的節(jié)能減排效果[10]。

（8）在機(jī)房前期建設(shè)中，做好機(jī)房接地系統(tǒng)的勘測和設(shè)計，以保證機(jī)房的接地電阻值符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于小型通信機(jī)房的使用面積有限，在前期規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)因地制宜地結(jié)合機(jī)房現(xiàn)有條件，合理地規(guī)劃機(jī)房設(shè)備布局。

5 結(jié) 論

作為通信機(jī)房內(nèi)供電系統(tǒng)中的重要角色，開關(guān)電源的選擇是通信機(jī)房建設(shè)中極為重要的一個環(huán)節(jié)。壁掛式開關(guān)電源作為近年來使用率較高的電源設(shè)備產(chǎn)品，其應(yīng)用場景較為廣泛。文章分析小型通信機(jī)房的開關(guān)電源選擇以及壁掛式開關(guān)電源產(chǎn)品優(yōu)勢，對于小型通信機(jī)房內(nèi)電源系統(tǒng)的建設(shè)方式提供了一種新的思路。