通信站與通信設(shè)備供電系統(tǒng)探討

施永剛 苗 琳

（1.浙江嬌陽生物醫(yī)療科技有限公司 2.浙江眾星志連科技有限責(zé)任公司）

0 引言

隨著通信事業(yè)的飛速發(fā)展，通信站及通信設(shè)備大量的增加，通信設(shè)備更新?lián)Q代，對(duì)供電系統(tǒng)的要求也越來越高，主要要求是可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、電磁兼容性好、效率高、智能化、小型輕量、適用于分散供電、便于安裝和維護(hù)、擴(kuò)容靈活以及節(jié)能等［1］。本論文針對(duì)其可靠性與穩(wěn)定性進(jìn)行論述。

1 國(guó)內(nèi)供電系統(tǒng)

1.1 電網(wǎng)與配電網(wǎng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力線路、變電所、電力用戶所組成的系統(tǒng)，它肩負(fù)著發(fā)電、輸電、變電、配電與用電任務(wù)。在電力系統(tǒng)中，各級(jí)電壓的電力線路及變電所稱為電網(wǎng)［2］。通常用電壓等級(jí)區(qū)分電網(wǎng)種類，如電壓在220kV以上者稱為區(qū)域網(wǎng)，電壓在35～110kV時(shí)稱為地方電網(wǎng)，而包含配電線路和配電變電所且電壓在10kV以下的電力系統(tǒng)稱為配電網(wǎng)。

1.2 發(fā)電、輸電與配電

發(fā)電、輸電與配電的過程如圖1所示。

我國(guó)發(fā)電廠的輸出額定電壓為3.15～20kV。隨著大型發(fā)電機(jī)組的建成與輸電距離的增加，為了減小線路電壓損耗，以節(jié)省有色金屬和降低線路工程造價(jià)，所以必須經(jīng)發(fā)電廠變壓器升至35～500kV，再由高壓線路傳送至受電區(qū)域變壓器，降至6～10kV輸入到配電網(wǎng)，配電網(wǎng)輸出端額定電壓為380V。我國(guó)已于1985年建成500kV高壓輸電網(wǎng)，國(guó)外不少國(guó)家已建成750kV電網(wǎng)，國(guó)外正在開發(fā)1000～1500kV超高壓電網(wǎng)。

對(duì)于用電設(shè)備來說，其額定電壓與電網(wǎng)電壓一致。發(fā)電機(jī)的額定電壓比電網(wǎng)電壓高5%，這是考慮到負(fù)荷電流會(huì)在線路上產(chǎn)生壓降損失。而變壓器二次繞組的額定電壓比電網(wǎng)和用電設(shè)備的額定電壓高10%，這個(gè)電壓是針對(duì)變壓器空載而言的，當(dāng)變壓器有額定負(fù)荷電流時(shí)，其繞組電壓損失達(dá)5%電網(wǎng)額定電壓，此時(shí)變壓器一次電壓符合比用電設(shè)備電壓高5%的要求［3］。在變壓器一次側(cè)，因接地端與電網(wǎng)相連，故額定電壓與電網(wǎng)相同。

2 通信站與設(shè)備

不能只是簡(jiǎn)單地認(rèn)為通信設(shè)備只有數(shù)據(jù)服務(wù)器，還有為服務(wù)器正常連續(xù)運(yùn)行所提供的電力保障、制冷保障與消防報(bào)警系統(tǒng)保障等，而這些保障設(shè)備需要用電，因此，能夠?qū)σ陨纤械脑O(shè)備提供安全可靠的供電就成為數(shù)據(jù)服務(wù)器連續(xù)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.1 設(shè)備類型

電力系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備有：變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、高壓低壓配電柜（配電箱）、ATS、UPS、HVDC等。制冷系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備有：冷凍機(jī)、冷卻塔、冷卻與冷凍儲(chǔ)水罐、循環(huán)水泵、水質(zhì)處理裝置、精密空調(diào)、除濕加濕設(shè)備等。消防報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備有：消防主機(jī)、煙感與溫感探頭、極早期火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等。

2.2 設(shè)備選用

電力設(shè)備選用原則如下：

（1）變壓器：變壓器是輸配電的基礎(chǔ)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、城市社區(qū)等領(lǐng)域，其利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓 （磁飽和變壓器）等。這里只介紹降壓配電變壓器，目前選用以下三種方式：方式一為110kV變10kV，再10kV變0.4kV（大型通信站用）；方式二為35kV變10kV，再10kV變0.4kV（中型通信站用）；方式三：10kV變0.4kV（小型通信站用）。以上可以根據(jù)通信站內(nèi)所有設(shè)備所需用電量總和及通信站規(guī)模大小來進(jìn)行選擇［4］。

（2）柴油發(fā)電機(jī)：柴油發(fā)電機(jī)是一種發(fā)電設(shè)備，是指以柴油為燃料，以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成，可用于各種家庭、辦公室、大中小型企業(yè)日常發(fā)電以及應(yīng)急發(fā)電。通信站目前主流選用的柴油發(fā)電機(jī)的輸出額定電壓有10kV（大型、中型通信站選用）、0.4kV（小型通信站選用）兩種，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般由兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行。

（3）高壓低壓配電柜：在電力系統(tǒng)的末端負(fù)責(zé)分配電能和電力線路、監(jiān)測(cè)用電設(shè)備、控制并集成電氣元件的柜體被稱為配電柜。

（4）自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（ATS）：ATS主要用在緊急供電系統(tǒng)，是將負(fù)載電路從一個(gè)電源自動(dòng)換接至備用電源的開關(guān)電器，以確保重要負(fù)荷連續(xù)、可靠運(yùn)行，因此，ATS常常應(yīng)用在重要用電場(chǎng)所，其產(chǎn)品可靠性尤為重要。此外，ATS在使用時(shí)，既具備雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，又具有短路電流保護(hù)功能。

（5）不間斷電源（UPS）：UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置的不間斷電源，主要用于為部分對(duì)電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備提供不間斷的電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電源穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)，UPS立即通過逆變器切換的方法將電池的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電，來繼續(xù)向負(fù)載供電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟硬件不受損壞［5］。在電壓過高或過低時(shí)，UPS設(shè)備均能提供保護(hù)，通信站選擇UPS應(yīng)采用多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行方式。

（6）高壓直流輸電（HVDC）：HVDC常被用于傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離輸電，由于其安全可靠，因此被應(yīng)用于通信站設(shè)備領(lǐng)域。由于HVDC比傳統(tǒng)UPS在運(yùn)行上可靠性高、故障概率低、維護(hù)成本低，同時(shí)還有部分節(jié)能作用，故目前新建的中大型通信站正在用其逐步替代UPS或?qū)⑵渑cUPS混合配套使用。

3 通信站與設(shè)備適用的供電系統(tǒng)

3.1 通信站高壓供電系統(tǒng)

高壓供電系統(tǒng)由高壓供電線路、高壓配電設(shè)備及變壓器組成。根據(jù)通信站的建設(shè)規(guī)模及用電負(fù)荷而建設(shè)不同類型的變電所。變電所從結(jié)構(gòu)上分為室外和室內(nèi)獨(dú)立變電所，室內(nèi)獨(dú)立變電所包括小型獨(dú)立變電所和配有成套高壓開關(guān)柜的變電所。

高壓變配電所從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓后送至低壓配電所。用戶使用的時(shí)候要求變電所盡量接近負(fù)荷中心，使之減少電能損失，并且主接線應(yīng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，同時(shí)要便于施工和維護(hù)［6］。

3.2 高壓供電系統(tǒng)配電的連接方式

高壓供電系統(tǒng)配電的連接方式有單母線、雙母線兩種。配電系統(tǒng)的基本接線方式有放射式、樹干式、環(huán)狀式三種。

（1）放射式（35kV舉例）。放射式是通過區(qū)域變電所降壓變壓器將35kV及以上的高壓降為10kV或6kV，經(jīng)專線直接接至通信站的配電變電所，放射式線路有兩種：?jiǎn)位芈泛碗p回路，本文選擇雙回路形式，如圖2所示。應(yīng)用雙回路的好處是，當(dāng)一個(gè)回路發(fā)生故障時(shí)，由另一個(gè)回路為全部負(fù)荷繼續(xù)供電，提高了供電的可靠性。

圖2 雙回路放射式線路

（2）樹干式?？刹捎靡宦坊騼陕肥须姽╇姡谧冸娝母邏耗妇€上連接一臺(tái)或多臺(tái)變壓器，高壓的進(jìn)線與出線均裝有斷路器或負(fù)荷開關(guān)及熔斷器。在變壓器的低壓側(cè)，變壓器間設(shè)有母聯(lián)開關(guān)，當(dāng)其中一臺(tái)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，由另外N-1臺(tái)變壓器供全部負(fù)荷用電［7］。其供電的可靠性稍低于雙回路放射式，但投資較省，一般用于二、三級(jí)負(fù)荷。當(dāng)供電電源可靠時(shí)，也可供給一級(jí)負(fù)荷。

（3）環(huán)狀式。環(huán)狀式可以采用一路、兩路或三路市電供電，采用兩路市電供電的環(huán)狀配電接線方式。當(dāng)干線上的任何地方出現(xiàn)故障時(shí)，只要將故障相鄰近的斷路器、隔離開關(guān)斷開而切斷故障，便可恢復(fù)供電。因此，這種線路供電可靠性高，并且運(yùn)行靈活，較適用于通信站與設(shè)備使用。

采用環(huán)狀式為通信站與設(shè)備供電時(shí)，還需要配套使用柴油發(fā)電機(jī)、UPS、ATS等設(shè)備，這種供電方式是目前較為安全可靠的供電方式之一。環(huán)狀式供電具體如圖3所示。

圖3 環(huán)狀式供電

根據(jù)圖3可知，系統(tǒng)采用兩臺(tái)35kV主變壓器的雙路供電，在其二次側(cè)（10kV側(cè)）配置有N＋1臺(tái)的高壓柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)雙路市電掉電的時(shí)候，發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行，當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)問題的時(shí)候，問題機(jī)組退出發(fā)電，不影響其余發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。在二次側(cè)設(shè)有母聯(lián)開關(guān)，當(dāng)一路進(jìn)線的一臺(tái)主變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，切除該故障變壓器，之后由10kV母聯(lián)開關(guān)投入，為下一級(jí)各變壓器供電。

當(dāng)10kV變壓器出現(xiàn)故障的時(shí)候，故障變壓器退出運(yùn)行，后方低壓母聯(lián)開關(guān)投入運(yùn)行，為后方低壓設(shè)備供電。

數(shù)據(jù)服務(wù)器由市電與UPS混合供電，當(dāng)雙路市電出現(xiàn)問題的時(shí)候，全部負(fù)荷可由柴油發(fā)電機(jī)、UPS（或HVDC）供電，當(dāng)市電恢復(fù)后，服務(wù)器恢復(fù)至市電與UPS（或HVDC）混合供電。

UPS（或HVDC）供電由雙路市電經(jīng)ATS切換后供給，這里要求ATS既具備高帶負(fù)荷分?jǐn)嚯娏髂芰?，又具備短路電流保護(hù)能力。

冷凍機(jī)及其配套的水泵水塔設(shè)備由雙路市電經(jīng)ATS切換后供電，這里要求ATS也要既具備高帶負(fù)荷分?jǐn)嚯娏髂芰?，又具備短路電流保護(hù)能力。此外，還需要設(shè)置一套冷卻設(shè)備由市電與UPS混合供電，當(dāng)一路市電掉電時(shí)，由另一路市電為其供電；當(dāng)雙路市電掉電時(shí)，可由柴油發(fā)電機(jī)、UPS供電。冷媒載體需要有相應(yīng)冷卻冷凍保溫儲(chǔ)水罐體，以支撐通信站使用。

消防報(bào)警系統(tǒng)可以采用市電與UPS混合供電方式，當(dāng)一路市電掉電時(shí)，另一路市電可以切換；當(dāng)雙路市電掉電時(shí)，由柴油發(fā)電機(jī)、UPS為其供電。

4 結(jié)束語

隨著通信站在國(guó)內(nèi)的壯大發(fā)展，其站內(nèi)的設(shè)備能夠連續(xù)安全穩(wěn)定地可靠運(yùn)行顯得非常的重要。供電方式參考采用作者文章內(nèi)的所述方式，根據(jù)其自身建設(shè)的規(guī)模大小來選擇合理的供電方式，以達(dá)到理想狀態(tài)。