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1、现代通信电源,作者：陈永彬科学出版社定价：32元ISBN:978-7-03-031658-5,2023/7/20,2,课 程 简 介,通信电源是整个通信设备的重要组成部分，通常被称为通信设备的“心脏”，在通信局（站）中，具有无可比拟的重要地位。如果通信电源供电质量不佳或中断，将会使通信质量下降甚至无法正常工作直至通信瘫痪，造成重大的经济损失，给人民生活带来了极大的不便，以及造成极坏的政治影响。通信电源设备是现代通信系统中的重要组成部分，其目的是为通信设备提供安全、可靠、高效、稳定、不间断的能源。随着科技水平的进步，对于通信电源设备性能的要求也逐步提高，除必须满足基本的功能外，还要求具备交流配电
2、、直流配电、自动切换、远程智能集中监控、电池自动管理等功能，从而满足网络管理的需求。,2023/7/20,3,课 程 简 介,必要性随着通信网的快速发展，通信电源专业得到了长足的进步，也发生了革命性的跃变，这体现在：标准的制（修）订供电系统的可用性的提升供电方式的完善技术装备水平的提高维护方式的变革集中监控管理的实施等诸多方面由于通信电源系统设备繁多，维护复杂，是一门要求既要有扎实的科学知识，又具有很强的实际动手能力的专业。首先，我们必须了解其总体的组成情况，在此基础上，我们才能有目的地学习其中的各种设备及设施。,2023/7/20,4,教 材与参考书,教材现代通信电源 陈永彬等编主要参考书通
3、信基础电源 王鴻麟主编 西安电子科技大学出版社通信电源 漆逢吉主编 北京邮电大学出版社通信电源第2版 张雷霆 主编 人民邮电出版社出版社,2023/7/20,5,课程成绩,课程总成绩：满分100分，包括：平时成绩占30分作业、考勤、课堂讨论/随时进行(平时成绩总分按100分计，旷课1次扣10分，请假扣1分)课程考试成绩占70分闭卷考试、卷面满分为100分作业要求按时交作业和实验报告，不得抄袭一经发现，抄者和被抄者本次作业按零分计算,2023/7/20,6,本章重点难点,本章重点通信电源系统的组成通信电源在通信中的地位通信设备对通信电源供电系统的要求安全供电知识本章难点通信电源系统总体概念的把握
4、分散供电与集中供电的设计通信电源系统的发展趋势,2023/7/20,7,学习本章目的和要求,掌握通信电源系统总体概念熟悉通信电源系统各组成部分的作用掌握通信电源配电系统组成框图掌握通信电源系统组成框图掌握通信设备对通信电源供电系统的要求了解通信电源的分级了解通信电源系统的发展过程及趋势,全国高职高专 通信类专业规划教材,科学出版社,现代通信电源,(第一版),2023/7/20,9,目 录,第1章 通信电源概述 第2章 通信配电 第3章 整流与变换设备 第4章 蓄电池 第5章 交流不间断电源设备 第6章 油机发电机组 第7章 通信接地与防雷第8章 通信电源集中监控系统第9章 新型电源和新技术,2
5、023/7/20,10,第 1 章 通信电源概述,1.1 通信电源系统的组成 1.2 通信设备对通信电源供电要求1.3 通信电源的维护,2023/7/20,11,1.1 通信电源系统的组成,概念通信电源是向通信设备提供所需直流电或交流电的电能源，是向通信设备供电的电源系统，其组成包括交流配电单元、整流模块、监控模块、防雷与接地系统、直流配电单元、蓄电池组等通信电源在通信中的地位我们知道，设计和评价一个通信系统，最重要的指标是它的有效性和可靠性。如果通信电源供电质量不佳，将会使通信质量下降甚至导致通信设备无法正常工作；如果通信电源供电中断，将会导致通信设备瘫痪。因此，通信电源是通信设备的“心脏”
6、，它是保证通信系统有效性和可靠性的前提和基础。,2023/7/20,12,通信电源设备和设施通信电源设备和设施主要包括：交流市电引入线路高低压局内变电站设备油机发电机组整流设备蓄电池组直流变换器（DC/DC）交/直流配电设备UPS以及监控系统等。另外在很多通信设备上还配有板上电源（power on board），即DC/DC变换。,2023/7/20,13,通信配电通信配电就是将交流电、直流电通过通过相应设备和电力线，组合成一个完整的为通信设备提供可靠电能源的供电系统，其目的是合理地进行控制、分配、输送，满足通信设备的要求。一个完整的通信配电系统，其组成如图1-1所示。,图1.1 通信配电系统
7、组成,2023/7/20,14,高压配电过程高压线路电能先经高压配电所（HDS）集中，再由高压配电线路将电能分送到各变电所（STS），变电所将高压变为低压送给低压配电屏，然后再由低压配电屏将电能分送给交流配电屏。也就是说通过这些变、配电设备，将高压市电（一般为10kV）转为低压市电（三相380V）。通常，大中型电信局采用10kV高压市电，经电力变压器降为380V/220V低压后，再供给整流器、不间断电源设备（UPS）、通信设备、空调设备和建筑用电设备等。小型电信局（站）则一般采用低压市电电源。低压配电屏通常含有计量，市电/油机发电转换，电容补偿，防雷，分配等功能），,2023/7/20,15,
8、新型通信电源系统的组成通信电源系统是对通信局（站）内各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备和系统的总称。该系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统三大部分组成。一个完整的通信电源系统一般由交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控模块和防雷接地系统6个部分组成，如图1-2所示。,图1-2 通信电源系统组成框图,2023/7/20,16,1.1.1 交流供电系统通信电源常用的三种交流电源市电：由变电站供给自备交流电：由油机发电机供给后备交流电：由UPS供给交流供电系统组成交流供电系统是通信电源的三大系统之一，由高压室、高压开关柜、降压电力变压器、低压交流配电屏、低压电容器屏、油机发电
9、机组、UPS和交流调压稳压设备及连接馈线等组成。高压开关柜引入高压（一般10kV）市电，保护本局的设备和配线，防止由本局设备故障造成的影响波及到外线设备。同时高压开关柜还有操作控制和监测电压和电流的性能。高压开关柜内安装有高压隔离开关、高压真空断路器（或油断路器）、高压熔断器、高压仪用互感器和避雷器等元器件。,2023/7/20,17,降压电力变压器降压电力变压器是把10kV高压电源变换到380V/220V低压的电源设备。低压交流配电屏低压交流配电屏是接入市电，为各路交流负载分配电能。当市电中断或交流电压异常时（如过压、欠压、缺相等），低压配电屏能自动发出相应的告警信号。低压配电设备低压配电设
10、备是将低电压电源或直接由市电引入的低电压电源进行配电，作市电的通断、切换控制和监测，并保护接到输出侧的各种交流负载。低压配电设备由低压开关、空气断路开关、熔断器、接触器、避雷器和监测用各种交流电表等组成。低压电容器屏 提高功率因素,2023/7/20,18,调压稳压设备调压设备使输出电压稳定在额定电压允许范围内。油机发电机防止停电时间较长导致电池过放电。交流不间断电源系统（UPS）为了确保通信交流供电不中断、无瞬变，近年来，在某些通信系统中已采用交流不间断电源系统，也称UPS。UPS一般都由蓄电池、整流器、逆变器和静态开关等部分组成。市电正常时，市电和逆变器并联给通信设备提供交流电源，而逆变器
11、是由市电经整流后给它供电。同时，整流器也给蓄电池充电，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器给通信设备提供交流电源。逆变器和市电的转换由交流静态开关完成,2023/7/20,19,1.1.2 直流供电系统直流供电系统组成直流供电系统是通信电源的三大系统之一，由高频开关电源（AC/DC变换器）、蓄电池组、DC/DC变换器、直流配电屏和相关的配电线路等部分组成。整流器将交流电整流为直流电压后，输出到直流配电屏与负载及蓄电池连接，为负载供电，给电池充电。蓄电池交流停电时，蓄电池向负载提供直流电，是直流系统不间断供电的基础条件。蓄电池可分为酸性电解液的铅酸蓄电池和碱性电解液的碱蓄电池。
12、铅酸蓄电池自法国物理学家普兰特1859年发明以来，已有150余年的历史。,2023/7/20,20,直流配电屏直流配电屏是连接和转换直流供电系统中整流器和蓄电池向电信负载供电的电源设备。组成屏内装有闸刀开关、自动空气断路器、接触器、低电熔断器以及电工仪表、告警保护等元器件。分类直流配电按照配线方式不同，分为低阻和高阻两种。高阻配电是把馈线改用小截面电缆出线，每路出线的负线上加装上一定的电阻。好处：当任何一路负载发生短路时，供电母线上的电压变动较小，不足以影响其他分路供电。直流配电屏是为不同容量的负载分配电能，当直流供电异常时要产生告警或保护。如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。,2
13、023/7/20,21,DC-DC变换器DC-DC变换器是将基础电源电压（-48V或+24V）变换为各种直流电压，以满足通信设备内部电路多种不同数值的电压（5V、6V、12V、15V、-24V等）的需要。基础电源(一次电源)通信局(站)的基础电源分为交流基础电源和直流基础电源两大类。交流基础电源为市电、备用油机发电机组(含移动电站)、通信逆变器(或UPS)提供的低压交流电源，称为通信局(站)的交流基础电源。,2023/7/20,22,直流基础电源为各类直流通信设备、通信逆变器和直流变换器提供直流电压的电源，称为直流基础电源。通信局(站)直流基础电源的额定电压通常为-48 V。机架电源(二次电源
14、)由于微电子技术的发展，各种专用集成电路在通信设备中大量应用。这些集成电路通常需要由+3.3 V、+5 V、+12 V等低压电源供电。如果这些电压都由整流器和蓄电池组供给，那么就需要多种规格的蓄电池组和整流器。这样不仅增加了电源设备的费用，而且也大大增加了维护工作量。,2023/7/20,23,直流供电系统的分类按电信设备供电电压允许变动范围窄电压直流供电系统宽电压直流供电系统；按电源设备的安装地点不同，可分为集中直流供电系统分散直流供电系统；按馈电线配线方式不同又可分为低阻配线直流供电系统高阻配线直流供电系统,2023/7/20,24,1.1.3 接地系统为了提高通信质量、确保通信设备与人身
15、的安全，通信电源应有接地装置。接地接地就是在各种电气设备设置零电位点，该点在物理上与大地有良好的电气连接，这种连接称为接地。接地系统构成接地的一切装置称为接地系统。接地系统组成接地体接地引入线接地汇集线接地排接地线,2023/7/20,25,接地体接地体就是埋入地中并直接与大地接触的金属导体，也就是通常所称的地网。接地汇集线接地汇集线是建筑物内各种接地线汇接的地方，可以理解为建筑物内的总接地排。接地引入线接地引入线是建筑物内接地总汇集线与接地体之间的连接线。,图1-3 通信局（站）的接地示意图,2023/7/20,26,接地排接地排就是从接地总汇集线上接出到建筑物各层或各房间中的接地装置，各机
16、房内通信设备的接地，都接到机房的接地排上。接地线被接地的设备或电源系统与接地汇集线可靠连接的导体称为接地线。通信设备接地技术通信设备接地路径为：设备的接地线接地排接地总汇集线接地引入线接地体（地网）。,2023/7/20,27,1.1.4 通信电源系统分类按照供电类型交流基础电源直流基础电源按照系统供电容量通信电源系统按照供电容量可以划分为以下三类：中小容量电源系统：输出容量在300A以下，适用于模块交换局、移动基站、接入网等。中大容量电源系统：输出容量为300600A，适用于中小交换局、移动基站、卫星通信站等。大容量电源系统：输出容量在600A以上，适用于大交换局、汇接局、长途局等。,202
17、3/7/20,28,通信电源供电要求通信电源系统必须做到随时确保设备工作所需电能，提供的电能质量随时满足行业相关指标要求。为了减少甚至避免通信电源对其他电子设备造成干扰，电磁兼容性要符合相关标准的规定。通信电源设备应利用先进技术、器件和工艺，采用模块化结构，提高智能化程度。做到经济、高效、体积小，重量轻，便于安装维护和扩容。1.2.1 供电可靠性供电可靠性指标通信电源系统的可靠性用“不可用度”指标来衡量。电源系统的不可用度用公式1-1表示。,1.2 通信电源供电要求,2023/7/20,29,YD/T1051-200标准我国通信行业标准YD/T1051-200 通信局（站）电源系统总技术要求规
18、定了各种通信局（站）电源系统的最主要、最基本的技术要求。该标准适用于作为通信电源工程设计，设备引进、研制、生产、安装和维护的技术依据。进入通信局（站）的各种通信设备对交流和直流电源的要求也应符合本标准的有关规定。通信电源设备的可靠性要求通信电源系统设备的可靠性，用“不可用度”和“平均故障间隔（MTBF）”指标来衡量。提高通信电源设备供电的高可靠性，目前主要通过设计和维护两方面来进行改进。设计方面：一是，尽量采用可靠的市电来源，包括采用两路高压供电；二是，交流和直流供电都应有相应的优良的备用设备。在维护方面，要求工作人员操作使用准确无误，爱岗敬业，经常检修分析，做到防患于未然。,2023/7/2
19、0,30,1.2.2 供电质量各种通信设备都要求电源电压稳定，不能超过允许的变化范围。电源电压高了会损坏通信设备中的电子元器件，低了通信设备不能正常工作。直流供电电源：稳定还包括电源中的纹波系数要低于允许值，不允许有电压瞬变，否则会严重影响通信设备的正常工作。交流供电电源：稳定还包括电源频率的稳定和应具有良好的正弦波形，防止波形畸变和频率的变化影响通信设备的正常工作。交流基础电源质量YD/T1051-200规定，通信设备用交流供电时，在通信设备的电源输入端子处，电压允许变动范围是额定电压值的5%10%。通信电源设备及重要建筑用电设备用交流供电时，在设备的电源输入端子处，电压允许变动范围是额定电
20、压值的10%15%。当市电供电不能满足上述规定时，应采用调压或稳压设备来满足电压允许变动范围的要求。,2023/7/20,31,直流基础电源质量48V电源允许电压变动范围在40V57V之间；24V电源允许电压变动范围在21.6V26.4V之间。高频开关整流器的输出电压应自动稳定，其稳定精度不大于0.6%；通信用直流电源电压的纹波，用杂音电压来衡量。1.2.3 安全供电通信安全用电十分重要。操作人员应具有相应的业务技能和职业资格证书，在通信电源施工、管理和维护方面，应满足以下要求：完善的接地与防雷设施，可靠的过压防护功能，设备的金属壳体应可靠接地；通信电源设备及电源线应具有良好的电器绝缘；通信电
21、源设备应具有保护与警告性能；专用高压输电线和电力变压器不得让外单位搭接负荷。,2023/7/20,32,1.2.3 现代通信设备对通信电源要求低压、大电流，多组供电电压需求模块化 能实现集中监控 自动化、智能化 小型化 新的供电方式 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等四种方式。相应于电源小型化，供电方式应尽可能实行各机房分散供电。通常在通信局（站）设备特别集中时才采用电力室集中供电，大型的高层通信大楼一般采用分层供电（即分层集中供电）。,2023/7/20,33,集中供电方式采用集中供电方式时，通信局（站）一般设置分别由两条供电线路组成的交流供电系统和一
22、套直流供电系统为局内所有负载供电。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，如图1-5所示。,图1-4 集中供电系统框图,集中供电的优点：集中电源于一室，便于专人管理。蓄电池不会污染机房等。集中供电的缺点：但它有一个致命的缺点，浪费电能。传输损耗大，线缆投资大。,2023/7/20,34,分散供电方式分散供电方式是指直流供电系统采用分散设置的供电方式。,图1-5 分散供电系统框图,2023/7/20,35,在分散供电方式中，将直流供电系统分散设置。各直流供电系统可分楼层设置，也可根据通信设备设置；设置地点可以放在各楼层的单独电力电池室，也可与通信设备在同一机房。分散
23、供电，可将电力室作为单纯交流配电的部分；将直流供电系统（整流器、直流配电和蓄电池等）分散装于各楼层或机房内。供电可靠性高。采用分散供电方式，由于有多个直流供电系统，多个供电系统同时出故障的概率小，即全局通信瘫痪基本不可能出现，因而供电可靠性高。分散供电的优点：节能和减少线料费用。分散供电方式电源设备应靠近通信设备布置，从直流配电屏到通信设备的直流馈线长度缩短，故馈电线路能耗减小，节能，并可减少线料费用。所以，现代通信大楼通常采用分散供电方式。,2023/7/20,36,混合供电方式 采用混合供电的电源系统由市电、油机发电机组、整流设备、蓄电池组、太阳电池、风力发电机等部分组成。,图1-6 混合
24、供电系统框图,2023/7/20,37,一体化供电方式 一体化供电方式就是通信设备和电源设备组合在同一个机架内，由交流电源供电。例如日本产NEAX2400数字程控交换机就采用该方式供电。一体化供电设备包括交流配电装置整流模块直流配电装置蓄电池组（通常靠近通信设备）监控单元通常通信设备位于机架的上部，电源设备装在机架的下部。,2023/7/20,38,1.3 通信电源的维护,1.3.1 通信电源维护工作的基本任务保证向电信设备不间断地供电，供电质量符合标准。保证电源系统设备的电气性能、机械性能、维护技术指标符合标准。合理调整系统设备配置，提高设备利用率，发挥其最大效能。迅速准确地排除故障，尽力减
25、少故障造成的损失。在保证通信畅通的前提下，降低能耗，节约维护费用。积极采用新技术，改进维护方法，提高工作效率。逐步实现集中监控，少人或无人值守。保证设备和环境整洁。1.3.2 实行三级维护体制 根据电信电源技术发展的需要，通信电源维护实行三级维护体制。设立全国电源技术维护中心，即一级中心；各省设立省级电源技术维护支援中心，即二级中心；地市局电源空调维护中心为三级维护中心。,2023/7/20,39,1.3.3 电源维护班组主要职责1.3.4 电源设备维护人员职责1.3.5 值班和交接班制度1.3.6 电力室应建立的资料1.3.7 设备器材管理1.3.8 变流设备的维护1.3.9 变配电设备的维
26、护,2023/7/20,40,通信电源,交流系统篇,直流系统篇,综合测试篇,高低压配电,油机发电系统,空调设备,整流与变换设备,蓄电池,交流不间断电源,直流配电,通信接地与防雷,集中监控,日常维护测试,交流配电,本章小结0,2023/7/20,41,通信电源的作用向通信设备提供直流电或交流电的电能源.它是任何通信系统赖以正常运行的重要组成部分。通信电源的分类通信电源可分为交流电源和直流电源；基础电源和机架电源。基础电源通信局（站）的基础电源分为交流基础电源和直流基础电源两大类基础电源交流基础电源定义由市电或备用发电机组（含移动电站）提供的低压交流电源，称为通信局（站）的交流基础电源。额定电压低
27、压交流电的额定电压为220V/380V（三相五线制），即相电压220V，线电压380V；额定频率为50Hz。来源来自于电网或发电机组,本章小结1,2023/7/20,42,本章小结2,直流基础电源（一次电源）定义向各种通信设备、通信逆变器和直流变换器提供直流电压的电源，称为直流基础电源。标称值首选标称值-48V来源由整流器输出或由蓄电池组提供。机架电源(二次电源)机架电源定义:机架电源是指通信设备内的插件电源。换流设备整流器、逆变器和直流变换器，统称为换流设备。,2023/7/20,43,本章小结3,通信电源概念通信电源是专指对通信设备直接供电的电源。学习通行电源的目的是如何提供高质量和高可靠
28、性的电源。通信局（站）电源在一个实际的通信局（站）中，除了对通信设备供电的不允许间断的电源外，一般还包括有对允许短时间中断的保证建筑负荷（比如电梯、营业用电等）、机房空调等供电的电源和对允许中断的一般建筑负荷（比如办公用空调、后勤生活用电等）供电的电源。通信电源和通信局（站）电源的区别所以说，通信电源和通信局（站）电源是两个不同的概念，通信电源是通信局（站）电源的主体和关键组成部分。什么是通信局（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和系统的总称通信局（站）电源系统的组成该系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成。通信局（站）电源系统的组成方式三种比较典型的系统
29、组成方式：集中供电、分散供电、混合供电。,2023/7/20,44,本章小结4,市电引入为什么说市电仍是通信用电的主要能源如上图，由于市电比油机发电等其他形式电能更可靠、经济、环保，所以市电仍是通信用电的主要能源。如何提高市电的可靠性为了提高市电的可靠性，大型通信局（站）的电源一般采用高压电网供电，为了进一步提高可靠性，一些重要的通信枢纽局还采用两个区域变电所引入两路高压市电，并且由专线引入一路主用，一路备用。市电引入部分组成市电引入部分通常包含有局站变电所（含有高压开关柜、降压变压器等）、低压配电屏（含有计量、市电油机电转换、电容补偿、防雷、分配等功能）等，通过这些变、配电设备，将高压市电（
30、一般为10KV）转为低压市电（三相380V），然后为交、直流不间断电源设备及机房空调、建筑负荷提供交流能源。,2023/7/20,45,本章小结5,配线方式（供电方式）三相五线制（即TN-S系统）配线方式，如下图,相线（A、B、C）三根；中线（零线）N：有电流流过，保证负载三相电压平衡。保护地线PE：无流零线，保证人身和设备的安全。,颜色规定：相线为U相（A相）黄色、V相（B相）绿色、W相（C相）红色，零线为黑色，保护地线为黄、绿双色。注意事项：严禁在零线和保护地线中加装开关或熔断器；严禁采用零线作为保护地线。,2023/7/20,46,本章小结6,通信电源的系统组成交流供电系统、直流供电系统
31、、接地系统、监控系统。通信电源系统原理包括（1）市电正常时的供电情况；（2）市电停电备用发电机未供电前的系统供电情况；（3）备用发电机供电情况。各组成设备作用包括变压器、备用发电机、UPS、交流直流配电屏、整流器、蓄电池等交流直流系统的设备及作用。通信电源供电要求稳定、可靠、安全供电电，供电不中断，供电质量达到规定指标的要求，电磁兼容性符合相关标准的规定。,2023/7/20,47,本章小结7,供电质量交流基础电源质量通信设备用交流电供电时，电压允许变动范围为：额定电压值的+5%-10%，即相电压231V198V、线电压399V342V。通信电源设备及重要建筑用电设备用交流电供电时电压允许变动
32、范围为：额定电压值的+10%-15%，即相电压242V187V、线电压418V323V当市电供电电压不能满足上述规定时，应采用调压或稳压设备来满足电压允许变动范围的要求。交流电的频率允许变动范围为额定值的4%，即48Hz52Hz；电压波形正弦畸变率*应不大于5%。功率因数值要求：应根据供用电规则的要求安装无功功率补偿装置。,2023/7/20,48,本章小结8,直流基础电源质量（1）-48V电源允许电压变动范围为：-40V-57V。（2）高频开关整流器的输出电压应自动稳定，其稳压精度达到0.6%（3）杂音电压 维护方式的变革长期以来，通信电源是人员密集型的分散维护，是一种有人值班，定时抄表，包机，预检预修的维护方式，这在当时设备技术档次低、可靠性差的情况下为了保证供电是必要的。进入90年代以来，随着通信网络规模的不断扩大，电源设备的种类、数量也大幅增加，同时，计算机被广泛的应用，电源设备和系统的技术层次和可靠性大大提高，在这种情况下，为提高电源维护的效率、降低维护运行成本、进一步提高电源设备运行的稳定性和可靠性，要求电源供电系统、机房空调和环境实现计算机集中监控管理。与集中监控相适应的技术维护方式必需是集中维护，要求维护人员一专多能，既有比较全面的理论知识，更要有丰富的实践经验。,
