一建“通信”每日一图“通信电源系统”详述

通信电源系统:

通信用蓄电池的充放电特性和通信太阳能供电系统

1L411050 通信电源系统

1L411051 通信电源系统的要求及供电方式

一、通信电源系统的要求

通信电源是通信设备的心脏，在通信系统中，具有举足轻重的地位。通信设备对电源系统的要求是:可靠、稳定、小型、高效。通信局(站)电源系统应有完善的接地与防雷设施，具备可靠的过压和雷击防护功能，电源设备的金属壳体应有可靠的保护接地；通信电源设备及电源线应具有良好的电气绝缘层，绝缘层包括有足够大的绝缘电阻和绝缘强度；通信电源设备应具有保护与告警性能。除此之外，对通信电源系统还有其他要求:

1.由于微电子技术和计算机技术在通信设备中的大量应用，通信电源瞬时中断除了会造成整个通信电路的中断，还会丢失大量的信息。为了确保通信设备正常运行，必须提高电源系统的可靠性。由交流电源供电时，交流电源设备一般都采用交流不间断电源(UPS)。在直流供电系统中，一般采用整流设备与电池并联浮充供电方式。同时，为了确保供电的可靠，还采用由两台以上的整流设备并联运行的方式，当其中一台发生故障时，另一台可以自动承担为全部负载供电的任务。

2 各种通信设备要求电源电压稳定，不能超过允许变化范用。电源电压过高，会损坏通信设备中的元器件；电压过低，设备不能正常工作。

交流电源的电压和频率是标志其电能质量的重要指标。由380/220V 、50Hz的交流电源供电时，通信设备电源端子输入电压允许变动范围为额定值的-10% ~ +5%，频率允许变动范围为额定值的一4% ~ +4% , 电压波型畸变率应小于5% 。

直流电源的电压和杂音是标志其电能质量的重要指标。由直流电源供电时，通信设备电源端子输入电压允许变动范围为一57 ~ -40V，直流电源杂音应小于2mV，高频开关整流器的输出电压应自动稳定，其稳定精度应≤0. 6% 。

3. 设备或系统在电磁环境中应正常工作，且应不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰。这有两方面的含义，一方面任何设备不应干扰别的设备正常工作，另一方面对外来的干扰有抵御能力，即电磁兼容性包含电磁干扰和对电磁干扰的抗扰度两个方面。

4. 为了适应通信的发展，电源装置必须小型化、集成化，能适应通信电源的发展和扩容。各种移动通信设备和航空、航天装置更要求体积小、重量轻、便于移动的电源装置。

5. 随着通信技术的发展，通信设备容量的日益增加，电源负荷不断增大。为了节约电能，提高效益，必须提高电源设备的效率，并在有条件的情况下采用太阳能电源和风力发电系统。

二、通信电源系统的供电方式

目前通信局站采用的供电方式主要有集中供电、分散供电、混合供电和一体化供电四种方式。

1. 集中供电方式:由交流供电系统、直流供电系统、接地系统和集中监控系统组成。采用集中供电方式时，通信局(站)一般分别由两条供电线路组成的交流供电系统和一套直流供电系统为局内所有负载供电。交流供电系统属于一级供电。

2. 分散供电方式:在大容量的通信枢纽楼，由于所需的供电电流过大，集中供电方式难以满足通信设备的要求，因此，采用分散供电方式为负载供电。直流供电系统可分楼层设置，也可以按各通信系统设置多个直流供电系统。但交流供电系统仍采用集中供电方式。

3. 混合供电方式:在无人值守的光缆中继站、微波中继站、移动通信基站，通常采用交、直流与太阳能电源、风力电源组成的混合供电方式。采用混合供电的电源系统由市电、柴油发电机组、整流设备、蓄电池组、太阳电池、风力发电机等部分组成。

4. 一体化供电方式:通信设备与电源设备装在同一机架内，由外部交流电源直接供电。如小型用户交换机，一般采用这种供电方式。

1L411052 通信电源系统的组成及功能

为各种通信设备及有关通信建筑负荷供电的电源设备组成的系统，称为通信电源系统。该系统由交流供电系统、直流供电系统、接地系统和集中监控系统组成。

一、交流供电系统

交流供电系统包括交流供电线路、燃油发电机组、低压交流配电屏、逆变器、交流不间断电源(UPS)等部分。

1. 市电应由两条供电线路引入，经高压柜、变压器把高压电源(一般为10kV)变为低压电源(三相380V)后，送到低压交流配电屏。

2. 燃油发电机组是保证不间断供电时必不可少的设备，一般为两套。在市电中断后，燃油发电机自动启动，供给整流设备和照明设备的交流用电。

3. 低压交流配电屏可完成市电和油机发电机的自动或人工转换，将低压交流电分别送到整流器、照明设备和空调装置等用电设施，并可监测交流电压和电流的变化。当市电中断或电压发生较大变化时，能够自动发出声、光告警信号。

4. 在市电正常时，市电经整流设备整流后为逆变器内的蓄电池浮充充电。当市电中断时，蓄电池通过逆变器(DC/AC变换器)自动转换，输出交流电，为需要交流电源的通信设备供电。在市电恢复正常时，逆变器又自动转换由市电供电。

5. 交流不间断电源(UPS)无论在市电正常或中断时，都可提供交流电源供电。工作原理同逆变器。逆变器实际上是交流不间断电源的一部分。

二、直流供电系统

直流供电系统由直流配电屏、整流设备、蓄电池、直流变换器(DC/DC)等部分组成。

1. 直流配电屏:可接入两组蓄电池，其中一组供电不正常时，可自动接入另一组工作。同时，它还可以监测电池组输出总电压、电池浮/均充电流和供电负载电流，可发出过压、欠压和熔断器熔断的声、光告警信号。

2. 整流设备:输入端由交流配电屏引人交流电，其作用是将交流电转换成直流电，输出端通过直流配电屏与蓄电池和需供电的负载并联连接，并向它们提供直流电源。

3. 蓄电池:处于整流器输出并联端。在市电正常时，由整流器浮/均充电，不断补充蓄电池容量，并使其保持在充足电量的状态。当市电中断时，蓄电池自动为负载提供直流电源，不需要任何切换。

4. 直流变换器(DC/DC):可将基础直流电源的电压变换成通信设备所需要的各种直流电压，以满足负载对电源电压的不同要求。

三、接地系统

接地系统有交流工作接地、直流工作接地，保护接地和防雷接地等，现一般采取将这四者联合接地的方式。

1. 交流工作接地可保证相间电压稳定。

2. 直流工作接地可保证直流通信电源的电压为负值。

3. 保护接地可避免电源设备的金属外壳因绝缘受损而带电。

4. 防雷接地可防止因雷电瞬间过压而损坏设备。

联合接地是将交流工作接地、直流工作接地、保护接地和防雷接地共用一组地网，由接地体、接地引入线、接地汇集排、接地连接线及引出线等部分组成，如图lL411052所示。这个地网是一个闭合的网状网络，地网的每个点都是等电位的。

机房内接地线的布置方式有两种形式，在较大的机房为平面型，在小型机房为辐射式。

注:1. 当变压器装在楼内时，变压器的中性点与接地总汇集线之间宜采用双线连接；

2. 根据需要亦可从接地总汇集线引出一根或多根从底层至高层的主干接地线，各层分汇集线由它引出；

3. 接地端子的位置应与工艺设计中对接地的要求相对应。

图1L411052 机房联合接地系统的连接方式

四、集中监控系统

集中监控系统可以对通信局(站)实施集中监控管理，对分布的、独立的、无人值守的电源系统内各设备进行遥测、遥控、遥信，还可以监测电源系统设备的运行状态，记录、处理相关数据和检测故障，告知维护人员及时处理，以提高供电系统的可靠性和设备的安全性。

1L411053 通信用蓄电池的充放电特性

一、蓄电池的工作特点及主要指标

蓄电池是将电能转换成化学能储存起来，需要时将化学能转变成为电能的一种储能装置。蓄电池由正负极板、隔板(膜)、电池槽(外壳)、排气阀或安全阀以及电解液(硫酸)五个主要部分组成。

目前，通信行业己广泛使用阀控式密封铅酸蓄电池(免维护电池)。虽然固定型铅酸蓄电池在安装阶段需要现场配置电解液，维护阶段需要周期性测试电解液浓度和随时配比硫酸浓度，维护成本偏高，但电池组容量可按实际需求设计，电池内部电解液处于液体流动状态，有利于电解液和极板充分化学反应，在集中供电的核心机房，电池组容量很大时仍有采用。

1.阀控式密封铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液、安全阀、外壳等部分组成。正负极板均采用涂浆式极板，具有很强的耐酸性、很好的导电性和较长的寿命，自放电速率也较小。隔板采用超细玻璃纤维制成，全部电解液注入极板和隔板中，电池内没有流动的电解液，顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气阀，它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。正负极接线端子用铅合金制成，顶盖用沥青封口，具有全封闭结构。

在这种阴极吸收式阀控密封铅酸蓄电池中，负极板活性物质总量比正极多15%，当电池充电时，正极已充足，负极尚未到容量的90%，因此，在正常情况下，正极会产生氧气，而负极不会产生难以复合的氢气。蓄电池隔板为超细玻璃纤维隔膜，留有气体通道，解决了氧气的传送和复合问题。在实际充电过程中，氧气复合率不可能达100% 。如果充电电压过高，电池内会产生大量的氧气和氢气，为了释放这些气体，当气压达到一定数值，电池顶盖的排气阀会自动打开，放出气体；当气体压力降到一定值后，气阀能自动关闭，阻止外部气体进入。

在该电池中，负极板上活性物质(海绵状铅)在潮湿条件下，活性很高，能够与正极板产生的氧气快速反应，生成水，同时又具有全封闭结构，因此在使用中一般不需要加水补充。

2. 蓄电池的主要指标包括电动势、内阻、终了电压、放电率、充电率、循环寿命。

(1)电池电动势(E):蓄电池在没有负载的情况下测得的正、负极之间的端电压，也就是开路时的正负极端子电压。

(2)蓄电池的内阻(R):在蓄电池接上负载后，测出端子电压(U)和流过负载的电流(I)，这时蓄电池的内阻(R)为(E-U)/I。蓄电池的内阻应包括:蓄电池正负极板、隔板(膜)、电解液和连接物的电阻。电池的内阻越小，蓄电池的容量就越大。

(3)终了电压:是指放电至电池端电压急剧下降时的临界电压。如再放电就会损坏电池，此时电池端电压称为终了电压。不同的放电率有不同的放电终了电压，U终=1.66+0.0175h，式中h为放电小时率，若采用1小时放电率，U终=1.66+0.0175 x 1= 1.68V ,若用10小时率放电，U终= 1.66+0.0175 x 10= 1.835V 。

(4)放电率:蓄电池在一定条件下，放电至终了电压的快慢称之为放电率。放电电流的大小，用时间率和电流率来表示。 通常以10小时率作为放电电流，即在10h 内将蓄电池的容量放至终了电压。蓄电池容量的大小随放电率大小而变化，由于在大电流放电时，极板表面与周围硫酸迅速作用，生成颗粒较大的硫酸铅，阻挡了硫酸进入极板内部与活性物质的电化作用，所以电池电压下降快，放出容量小。在低放电率时，电解液可以充分渗透，电化作用深入极板内部，放出的容量相对较大。

(5)充电率:蓄电池在一定条件下，标称容量与充电电流的比称之为充电率。常用的充电率是10h率，即放电终了后的电池组充电的时间至少需10h，才达到充电终期(电池充满)。 当缩短充电时间时充电电流必须加大，反之，充电电流可减少。具体充电所需时长与电池内剩余的电量有关。

(6)循环寿命:蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环。蓄电池所能承受的循环次数称为循环寿命。固定型铅酸蓄电池的循环寿命约为300-500次，阀控式密封铅酸蓄电池的循环寿命约为1000-1200次，使用寿命一般在10年以上。

二、蓄电池的充放电特性

l. 放电:用大电流放电，极板的表层与周围的硫酸迅速作用，生成的硫酸铅颗粒较大，使其硫酸浓度变淡，电解液的电阻增大。颗粒较大的硫酸铅又阻挡了硫酸进入极板内层与活性物质电化作用，所以电压下降快，放电将会超过额定容量很多，成为深度过量放电，造成极板的硫酸化，甚至造成极板的弯曲、断裂等。用小电流放电，硫酸铅在电解液中生成的晶体较细，不会遮挡中间隔板，硫酸渗透到极板比较顺利，电压下降较少，不会造成深度放电，有利于蓄电池的长期使用。

2. 充电:充电终期电流过大，不仅使大量电能消耗，而且由于冒气过甚，会使电池极板的活性物质受到冲击而脱落，因此在充电终期采用较小的电流值是有益的。充电的终了电压并不是固定不变的，它是充电电流的函数，蓄电池充电完成与杏，不但要根据充电终了电压，还要根据蓄电池接受所需要的容量，以及电解液比重等来决定。

(1)初充电

就是电池生产或组装完毕的第一次充电。固定型铅酸蓄电池一般是电池组安装连接完毕，电解液按照设计要求灌装到位，按照设计要求的充电方式在现场进行；阀控式密封铅酸蓄电池一般是电池出厂前在工厂采用连接成电池组或单体状态进行。

(2)浮充充电

在电池组与开关电源设备构建成供电系统后，用整流设备和电池并联供电的工作方式，由整流设备浮充蓄电池供电，并补充蓄电池组己放出的容量及自放电的消耗。

(3)均衡充电

即过充电，因蓄电池在使用过程中，有时会产生比重、容量、电压等不均衡的情况，应进行均衡充电，使电池都达到均衡一致的良好状态。均衡充电一般要定期进行。如果出现放电过量造成终了电压过低、放电超过容量标准的10% 、经常充电不足造成极板处于不良状态、电解液里有杂质、放电24h未及时补充电、市电中断后导致全浮充放出近一半的容量等情况时，都要随时进行均衡充电。

1L411054 通信用太阳能供电系统

一、太阳电池的特点

太阳具有巨大的能量。这种能量通过大气层到达地球表面，使地球表面吸收到大量的能量。长期以来，辐射到地球表面的太阳能一直没有得到充分利用，随着科学的发展，太阳能利用技术正在被逐步开发。

太阳电池是近年来发展起来的新型能源。这种能源没有污染，是一种光电转换的环保型绿色能源，特别适用于阳光充足、日照时间长、缺乏交流电的地方，如我国的西部地区以及部分偏僻地区。太阳电池为无人值守的光缆传输中继站、微波站、移动通信基站提供了可靠的能源。

1.太阳能电源的优点

与其他能源系统相比较，太阳能电源具有取之不尽，用之不竭，清洁、静止、安全、可靠、无公害等优点。太阳能电源是利用太阳电池的光一电量子效应，将光能转换成电能的电源系统。它既无转动部分，又无噪声，也无放射性，更不会爆炸，维护简单，不需要经常维护，容易实现自动控制和无人值守。太阳电池安装地点可以自由选择，搬迁方便，而不像其他发电系统，安装地点必须经过选择，而且也不易搬迁。同时，太阳能电源系统与其他电源系统相比，可以随意扩大规模，达到增容目的。

2. 太阳能电源的缺点

太阳能电源的能量与日照量有关，因此输出功率将随昼夜、季节而变化。太阳电池输出能量的密度较低，因此，占地面积较大。

3. 太阳电池种类

目前，因材料、工艺等问题，实际生产并应用的只有硅太阳电池、砷化镓太阳电池、硫(碲)化镉太阳电池三种。

(1)单晶硅太阳电池是目前在通信系统应用最广泛的一种硅太阳电池，其效率可达18%，但价格较高。为了降低价格，现已大量采用多晶硅或非晶硅作太阳电池。多晶硅太阳电池效率可达14%，非晶硅太阳电池效率可达6.3%。

(2)砷化镓太阳电池抗辐射能力很强，目前主要用于宇航及通信卫星等空间领域。由于碑化嫁太阳电池工作温度较高，可采用聚光照射技术，以获得最大输出功率。

(3)硫化镉太阳电池有两种结构，一种是将硫化镉粉末压制成片状电池，另一种是将硫化镉粉末通过蒸发或喷涂制成薄膜电池，具有可绕性，携带、包装方便，工艺简单，成本低等特点，最高效率可达9% 。但是由于其稳定性差，寿命短，同时又会污染环境，所以发展较慢。

二、硅太阳电池的工作原理

硅太阳电池的工作原理是:太阳光照射到晶体硅板上时，光子将能量提供给电子。当光照射到硅板的P-N结上时，就会产生电子一空穴对。由于受内部电场的作用，电子流入N区，P区多出空穴，结果使P区带正电，N区带负电，在P区与N区之间产生电动势，使得太阳能转换成电能。

太阳电池是一种光电转换器，只能在有一定光强度的条件下，才会产生电。因此，在通信机房只配备太阳电池是不够的，应必须配有储能设备即蓄电池，才能完成供电任务。

三、太阳电池供电系统的组成

太阳电池供电系统的基本结构可分为直流、交流和直流一交流混合供电系统。

1. 太阳电池直流供电系统由直流配电盘、蓄电池和太阳电池方阵等组成。在正常情况下，由太阳电池向通信设备供电并向蓄电池浮/均充电。在晚间和阴雨天，由蓄电池向通信设备供电。

2. 太阳电池交流供电系统由交流配电盘、逆变设备、整流设备、UPS交流不间断电源、发电机组等组成。当长期阴雨季节，太阳电池和蓄电池容量都不足时，应由发电机组发电通过接在交流配电盘输出端的整流设备向通信设备供直流电并同时向蓄电池浮/均充电。

3. 太阳电池的直流和交流供电系统都可以与市电联网供电，组成直流一交流混合供电系统。