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直流供电系统 北京电话通信设计院有限公司 2012年9月 主要内容主要内容 供电系统简介 直流供电设备简介 配置原则和方法 机房及是不布置 相关技术简介 一、一、供电系统简介供电系统简介 1 1、电源系统组成电源系统组成 通信局（站）电源系统是对局（站）内各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备及保证这些设备正常运行的附属设备的总称。电源系统由交流供电系统、直流供电系统、接地系统、防雷系统、监控系统组成。一、一、供电系统简介供电系统简介 2 2、直流供电系统直流供电系统 直流供电系统主要由高频开关电源系统和蓄电池组组成。高频开关电源系统主要有分立机架式电源系统（一般多用于较大系统）和组合式电源系统（一般多用于小系统）。2.1分立机架式电源分立机架式电源 分立机架式电源主要由交流配电屏、高频开关整流器、直流配电屏和监控系统组成。如下图所示：一、一、供电系统简介供电系统简介 2 2、直流供电系统直流供电系统 2.1分立机架式电源分立机架式电源 一、一、供电系统简介供电系统简介 监控模块监控模块 交流配电柜交流配电柜 直流配电柜直流配电柜 整流模块整流模块 整流架整流架 2 2、直流供电系统直流供电系统 2.1分立机架式电源分立机架式电源 一、一、供电系统简介供电系统简介 2 2、直流供电系统直流供电系统 2.2组合式电源组合式电源 组合式电源直流供电系统由高频开关组合电源（含交流输入单元、高频开关整流模块、监控模块、直流配电单元）、阀控式密封铅酸蓄电池组及其间的连线组成。直流供电方式均为全浮充工作方式。两组蓄电池经软铜电缆进入直流配电单元并联工作。（1）当市电正常时，由整流器对蓄电池组浮充，浮充电压为53.5V，同时通过直流配电单元向用电负荷供电。如下图所示：一、一、供电系统简介供电系统简介 高频开关组合电源高频开关组合电源交流配电箱交流配电箱市电引入市电引入通信负载通信负载蓄电池蓄电池供电浮充 2 2、直流供电系统直流供电系统 2.2组合式电源组合式电源（2）当市电停电时，由蓄电池组通过直流配电单元向用电负荷供电，蓄电池组允许的最低放电电压为43.2V。如下图所示：一、一、供电系统简介供电系统简介 高频开关组合电源高频开关组合电源交流配电箱交流配电箱市电引入市电引入通信负载通信负载蓄电池蓄电池供电 2 2、直流供电系统直流供电系统 2.2组合式电源组合式电源（3）当市电恢复时，由整流器对蓄电池组限流方式充电，充电限流电流值为0.1C10，蓄电池电压达到浮充电压值后，采用均衡电压充电，充电电压为56.4V，直到蓄电池容量充满，同时通过直流配电单元向用电负荷供电。如下图所示：（4）当蓄电池组均衡充电结束时，整流器的工作电压恢复至浮充电压。一、一、供电系统简介供电系统简介 高频开关组合电源高频开关组合电源交流配电箱交流配电箱市电引入市电引入通信负载通信负载蓄电池蓄电池供电均充 1 1、高频开关组合电源高频开关组合电源 1.11.1原理简介原理简介 通信电源系统中整流器的作用是将输入的交流电源整流变换成直流输出。整流器一方面通过直流配电与蓄电池组并联后向负载供电；另一方面，整流器在直流并联浮充系统中还负载对蓄电池组进行浮充充电和均衡充电。目前，在通信局（站）的直流供电系统中普遍采用高频开关整流器。因其具有高效、节能、功率密度大、模块化设计等优点在通信网中得到越来越广泛的应用。如图所示，工作原理简述如下：二、二、直流供电设备直流供电设备 二、二、直流供电设备直流供电设备 工频滤波器工频滤波器DCDC-DCDC变换变换器器功率因数校功率因数校正正直流滤波直流滤波EMIEMI滤波器滤波器控制器控制器1 1PWMPWM单元监控单元监控监控模块监控模块显示显示交流电网交流电网DCDC输出输出1 1、高频开关组合电源高频开关组合电源 1 1.1 1原理简介原理简介 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 高频开关组合电源主要包含交流配电单元、整流模块单元、直流配电单元、监控模块单元，一般用于容量较小的通信系统。（1）交流配电单元 交流输入电路。交流接入一般通过空气开关或者刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电单元的容量。整流器交流输入开关。交流配电单元分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。交流辅助输出开关。电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用（实际工程中，参考各运营商要求设计）。交流自动切换机构。有机械电子双重互锁的接触器组成。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 交流采样电路。由变压器和整流器组件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。交流切换控制电路。完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能。交流控制电路。集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号检测、处理、警告、显示以及监控模块通信等功能。防雷与浪涌抑制电路。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 例如:下图为中达电通组合电源的交流配电单元。额定电压：AC220V/380V，输入电压允许变动范围：-15%+10%，输入频率范围：50Hz5%。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 （2）整流模块单元 整流模块单元部分的功能是将交流配电单元提供的交流电转换成48V或者24V直流电输出到直流配电单元。整流模块单元部分包括整流模块和模块机架部分。（3）监控模块单元 监控模块单元是整个开关电源系统的“总指挥”，它监控各个模块的工作情况，协调各模块正常工作。监控单元主要实现对开关电源系统的信息查询、参数设置、系统控制、告警处理、电池管理和后台通信等功能。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 例如:下图为整流模块和监控模块功能区域。一般常用的整流模块容量有30A、50A、100A等，整流模块具有均流功能，当系统在大于半载状态下工作时，整流模块之间的不平衡度不大于5%。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 （4）直流配电单元 直流配电单元完成直流的分配和备用电池组的接入。开关整流模块的输出经汇流母排接入直流配电单元，配电单元为负载分配不同容量的输出，可满足不同的需要；后备电池组的输入与开关整流模块输出汇流母排并联，以保证开关整流器无输出时，后备电池组能向负载供电。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 例如:下图是中达电通组合电源直流输出部分，输出电压：浮充电压DC4856V，均充电压DC5058V，一般情况下浮充电压为53.5V，均充电压为54V。二、二、直流供电设备直流供电设备 1.21.2组合电源机架组成组合电源机架组成 组合电源直流输出单元还具有二次下电功能，一般应用于移动基站，保障传输设备用电。一次下电是指在基站外市点断电的时候，基站蓄电池开始工作供电，此时基站对所有设备都在用电，由于蓄电池容量有限，故在一个门限值时，会断掉除传输设备以外的所有设备的用电，此时为一次下电。当一次下电完成，传输设备工作一段时间后，为了保护蓄电池，传输供电会终止，此时为二次下电。二、二、直流供电设备直流供电设备 2 2、蓄电池组蓄电池组 蓄电池是保障通信电源系统不间断供电的核心设备，蓄电池在通信电源系统中的应用或作用主要有：（1）与通信用整流设备并联浮充供电，以起到停电放电及直流供电系统平滑滤波、抑制噪声的作用；（2）应用在不间断供电系统中，作为后备电源，或与整流器并联作为逆变器的输入电源以提高不间断供电系统交流输出的稳定性；（3）应用在油机发电机、交流配电控制等系统中，用作相应系统的启动电源或驱动电源。二、二、直流供电设备直流供电设备 2.12.1蓄电池分类蓄电池分类 （1）按电解液分类可分为酸蓄电池和碱蓄电池。酸蓄电池即电解液为酸性水溶液酸蓄电池，酸蓄电池的电极一般都是以铅及其氧化物为材料，故又称为铅蓄电池，其在通信系统中应用最普遍；碱蓄电池即电解质为碱性水溶液的蓄电池，碱蓄电池的优点是使用寿命长，温度范围宽，大电流放电性能好，其缺点是活性物质利用率低，定期更换电解液，价格偏高，使用受限。（2）铅蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式，半密封式又有防酸式和消氢式。依据电解液数量还可将铅蓄电池分为贫液式和富液式，密封式电池均为贫液式，半密封式电池均为富液式。通信系统中目前一般采用铅酸阀控密封蓄电池组。二、二、直流供电设备直流供电设备 2.22.2蓄电池容量特性蓄电池容量特性 铅酸蓄电池的容量，标志着存储电量的多少，一般用安时（Ah）表示，即与电池的放电电流和放电时间有关。（1）额定容量：在规定的工作条件下，蓄电池能放出的最低电量称为额定容量。固定型铅酸电池规定的工作条件：10小时率电流放电，电解液温度为25，放电终了电业为1.8V。放电终止电压的规定如下表所示。二、二、直流供电设备直流供电设备 放电率（h）电池容量的百分数（Ah%）放电电流倍数 终止电压（V）10 100 1.0 1.8 3 75 2.5 1.8 1 55 5.5 1.75 2.22.2蓄电池容量特性蓄电池容量特性 （2）实际容量：在特定的放电电流、电解液温度和放电终了电压的条件下，蓄电池实际上放出的电量称为实际容量。蓄电池以恒定电流放电时，实际容量等于放电电流和放电时间的乘积。铅蓄电池容量主要由极板上能够参加化学反应的活性物质的数量决定。影响蓄电池的主要因素是放电电流、电解液的温度和浓度。（3）充电率：铅酸电池充电到终了电压的速度称为充电率，用时间表示，通常以10小时率作为正常充电率，充电电流为蓄电池额定容量除以10h。例如，蓄电池的额定容量为300Ah，10小时率充电电流为300Ah/10h30A。二、二、直流供电设备直流供电设备 2.22.2蓄电池容量特性蓄电池容量特性 充电率高，即充电电流大，蓄电池的端电压上升的速度很快，充电终了电压较高；反之，端电压上升的速度慢，充电终了电压较低。因此，充电终了电压并不是固定的，而是随充电率而变化的。（4）放电率：铅酸蓄电池放电到终了电压的速度称为蓄电池的放电率，通常以时间表示。例如：额定容量为300Ah，限定用10h将其容量放完，这种放电速率就称为10小时率，放电电流就称为10小时率电流，其数值是额定容量除以10h，即300Ah/10h=30A。放电率越高，即放电电流越大，放出的容量就越小。二、二、直流供电设备直流供电设备 2.32.3蓄电池充电特性蓄电池充电特性 电池补充化学能（充电）的过程则是负极进行还原，正极进行氧化的过程，其化学方程式为：正极 负极 正极 负极 铅酸电池充电过程中，正负极上的硫酸铅分别变成二氧化铅和海绵状铅，电解液中的水分子不断消耗，硫酸分子不断生成，电解液浓度不断升高，因此，电解液浓度可作为充电终了的标志。二、二、直流供电设备直流供电设备 2.32.3蓄电池充电特性蓄电池充电特性 IEC/T21草案规定：阀控式密封铅酸蓄电池在温度252，每次单体电池以U伏电压充至16h，或用U伏电压在252条件下的充电电流，充至3h稳定不变。这两种条件均属阀控式电池被完全充足电。充电电压U必须由制造厂家规定，充电电压和充电方法随电池用途不同可以不同。阀控式密封铅酸蓄电池放电后的充电方法推荐采用稳压限流方法，即充电电压U伏、限流值 。如下图为稳压限流充电示意图。二、二、直流供电设备直流供电设备 二、二、直流供电设备直流供电设备 2 2.3 3蓄电池充电特性蓄电池充电特性 2.32.3蓄电池充电特性蓄电池充电特性 在电池充入电量至70%80%之前，利用整流器的限流特性维持充电电流不变。当电池的端电压上升至稳压点附近时，由于充电过程已到中后期，此时正极板上硫酸铅数量已不多，使交换电流密度随反应面积的变小而增大，所以电化学极化作