通信設備雙系統(tǒng)供電解決方案探索

韓 嘯，陳利榮，羅竣曦

（1.中國電信亳州分公司；2.國家電網安徽亳州分公司；3.廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司（東莞）第一分公司）

0 引 言

隨著我國通信事業(yè)飛速發(fā)展，通信網和通信設備在質與量的方面不斷提高，這種質與量的變化也給通信電源的發(fā)展提出了新的要求。為有效解決通信站內各種設備單一電源系統(tǒng)供電可靠性低的狀況，現(xiàn)提出了通信站電源系統(tǒng)雙電源配電解決方案。

1 傳統(tǒng)普遍采用的供電方式

目前通信設備供電主要分交流和直流兩種供電方式，對于一般的模塊局、接入局所非核心的通信設備我們通常都采用單系統(tǒng)供電方式。下面就介紹一下當前的兩種典型的單系統(tǒng)供電方式。

1.1 交流單系統(tǒng)供電方式

交流單系統(tǒng)供電方式，即從一個單一的變壓器引出低交流壓電源，再通過交流分配屏進行二次分配。為提高交流供電的可靠性，通常我們都會再引入UPS供電，UPS提供的220／380 V交流不間斷電源主要為服務器、路由器、數(shù)據等設備供電，如圖1。

圖1 單UPS系統(tǒng)供電方式示意圖

1.2 直流單系統(tǒng)供電方式

直流單系統(tǒng)供電方式，就是只從一套開關電源系統(tǒng)中引出直流電源再通過直流分配屏進行二次分配。主要為傳輸、交換等通信設備供電，如圖2。

圖2 單直流系統(tǒng)供電方式示意圖

1.3 單系統(tǒng)供電方式存在的問題

可以看出單系統(tǒng)供電方式都為單點接入，任何一臺設備故障、任何一條線纜故障、任何一個熔絲或開關中斷都將影響其下帶通信設備的安全運行，若一些核心的通信設備（如MCE移動配套CE等設備）使用該單系統(tǒng)供電方式，一旦出現(xiàn)電源故障，將可能影響到本地區(qū)乃至全省通信網絡的正常運行，由此可見單系統(tǒng)供電方式會遇到很大的供電安全瓶頸問題。

2 雙系統(tǒng)供電方式

由于通信行業(yè)的特殊性，特別是通信核心設備不允許有瞬間中斷現(xiàn)象。為了解決單系統(tǒng)供電網絡安全瓶頸問題，我們引入了雙系統(tǒng)供電方式。中國電信安徽公司明確要求對安徽電信A級網絡要求必須采用雙節(jié)點、雙配置、雙路供電，對B級網絡的重要業(yè)務設備若無冗余的也要納入安全隱患整治計劃?？梢娡ㄐ藕诵脑O備的雙系統(tǒng)供電改造是勢在必行的?，F(xiàn)就目前幾種交、直流雙系統(tǒng)供電方式做以下介紹，并重點對三種直流雙系統(tǒng)供電作以闡述。

2.1 交流設備雙系統(tǒng)供電方式

為保證網絡安全，核心局站設備的交流部分應當采用兩路10 k V高壓市電供電方式，兩路市電取自不同的變電所，高低壓配電系統(tǒng)分別具備兩段獨立母線，配置母聯(lián)開關，每個低壓配電系統(tǒng)配置1臺固定油機，市電和油機經過ATS切換后，接入低壓配電母線；具備應急油機快速接口，如圖3。

圖3 雙路高低壓配電系統(tǒng)示意圖

2.2 直流設備雙系統(tǒng)供電方式

真正的直流設備雙系統(tǒng)接入是一種非常理想的供電方式，是指同一個通信設備可同時引入兩個系統(tǒng)的電源，并且可保證下帶設備安全穩(wěn)定的運行。但實際中要實現(xiàn)理想意義上的直流雙系統(tǒng)供電，還存在著壓差等一些技術難題。下面就三種直流雙系統(tǒng)供電方式情況作分析說明。

2.2.1 “經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式

（1）“經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理

“經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的組網結構：是由兩路輸入經過隔離保護二極管及控制開關后匯總到一起，建立輸出總線，從輸出總線建立起各分路輸出。其工作原理是利用二極管的單向導電特性，在兩路電源系統(tǒng)接入前各串接了二極管，之后又完全并按在一起，形成公共母排向設備供電，當輸入1系統(tǒng)電壓高時，由輸入1系統(tǒng)承擔負荷，當輸入2系統(tǒng)電壓高時，由輸入2系統(tǒng)承擔負荷，當系統(tǒng)電壓相近或一致時，則由兩個系統(tǒng)同時承擔負荷。工作原理如圖4。

圖4 “經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理圖

（2）“經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的優(yōu)點

a.沒有機械式切換，不存在切換時間；

b.實現(xiàn)了同一臺設備引接兩路直流系統(tǒng)供電；

c.具有防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

d.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作。

（3）“經濟型”直流雙系統(tǒng)供電方式的缺點

a.由于兩系統(tǒng)存在壓差和浮動，其兩系統(tǒng)負荷電流波動頻繁；

b.總隔離保護二極管被擊穿后，可能造成系統(tǒng)全部崩潰。由于維護和運行需要，不同的直流供電系統(tǒng)往往會存在壓差和浮動，這樣會引起兩系統(tǒng)負荷大電流頻繁變化，當二極管被擊穿時，電壓相對低的系統(tǒng)將通過設備的小線徑導線變成電壓相對高的系統(tǒng)的負荷，此情況下極易引發(fā)系統(tǒng)癱瘓等嚴重的安全事故；

c.需要更換專用的二次直流分配屏，增加了投資成本。

2.2.2 “增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式

（1）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的工作原理

“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的組網結構：是由兩路系統(tǒng)輸入經過控制開關后分別建立兩路母線，每個分路輸出均各自從兩路母線經分路開關和隔離保護二極管后匯合輸出。其工作原理同樣利用二極管的單向導電特性，也解決了雙系統(tǒng)電壓差問題，但同經濟型相比，增強型的隔離保護二極管被徹底分散化，從而徹底消除了因總隔離保護二極管失效而導致系統(tǒng)全部崩潰的風險，原理如圖5。

圖5 “增強型”并機直流雙系統(tǒng)供電方式的工作原理圖

（2）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的優(yōu)點

a.無系統(tǒng)全部崩潰的風險；

b.沒有機械式切換，不存在切換時間；

c.實現(xiàn)了同一臺設備引接兩路直流系統(tǒng)供電；

d.具有防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

e.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作。

（3）“增強型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式的缺點

a.由于兩系統(tǒng)存在壓差和浮動，其兩系統(tǒng)負荷電流波動頻繁；

b.工藝相對復雜，增加了一定的維護工作量。

c.要更換專用的二次直流分配屏。

2.2.3 “穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式

（1）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式工作原理

對于“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式，雙電源系統(tǒng)供電的含義是指必須要從同一套開關電源系統(tǒng)的不同分路熔絲接電，通常我們將此種供電方式叫做雙回路供電。這種供電方式要求核心的通信設備具有主備用冗余工作的功能，主備用設備的供電分別從兩套不同的開關電源系統(tǒng)引接。也是目前通信行業(yè)采用的一種主流組網方式，是按雙直流系統(tǒng)供電要求各大運營商折中選擇的辦法，如圖6。

圖6 “穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式工作示意圖

（2）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式優(yōu)點

a.兩路系統(tǒng)負載電流變化相對穩(wěn)定；

b.具有一定的防止單路電源失壓和單路電源短路的功能；

c.對輸入電源無特殊要求，原有的電源系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，從而可以節(jié)約投入經費；兩套電源可以獨立操作，可以對電池進行獨立充放電操作；

d.原二次直流分配屏設備直接可用。

（3）“穩(wěn)定型”雙直流系統(tǒng)引入供電方式缺點

a.沒有實現(xiàn)真正意義上的同一個設備進兩路直流系統(tǒng)供電，其安全性并未發(fā)揮到極致；

b.要求重要的核心通信設備自身要具備冗余備份功能，一套通信設備至少要有兩臺互為冗余，從而增加了設備的投資和能耗成本。

2.2.4 三種雙直流系統(tǒng)供電方式比較

下面根據三種雙直流系統(tǒng)供電方式特點做以下比較，如表1。

表1 三種雙直流系統(tǒng)供電方式比較

3 兩種單系統(tǒng)供電方式的雙系統(tǒng)改造案例

3.1 單UPS系統(tǒng)的雙系統(tǒng)改造方案

UPS雙系統(tǒng)改造原則（如圖7）：雙電源供電通信設備，應從兩套獨立UPS系統(tǒng)分別引接一路電源，并分別引接雙電源負載1、雙電源負載2；單電源供電通信設備，應采用主備用冗余備份工作模式，主備用設備的供電應分別從兩套獨立UPS系統(tǒng)引接，分別引接單電源負載1主用，單電源負載2備用。

圖7 交流雙電源供電改造原則圖

現(xiàn)以一套單UPS系統(tǒng)供電的雙系統(tǒng)改造實例做一說明（如圖8）。整改前：：雙電源設備和單電源冗余工作方式的設備供電都取自同一套UPS系統(tǒng)，一旦UPS系統(tǒng)出現(xiàn)宕機故障，所帶業(yè)務全部中斷。

整改后：雙電源設備供電分別取自兩套UPS系統(tǒng)，單電源冗余工作方式設備分別取自兩套不同UPS系統(tǒng)。任意一UPS系統(tǒng)故障，通信業(yè)務都不受影響，實現(xiàn)雙電源供電保障。

圖8 交流雙電源改造前后圖

3.2 單直流系統(tǒng)的雙系統(tǒng)改造方案

本次采用“穩(wěn)定型”直流雙系統(tǒng)方案，其改造原則（如圖6）：直流供電的單個通信設備，雙電源供電應從同一套開關電源引接；主備用冗余工作方式的通信設備，主備用設備的供電應分別從不同的開關電源系統(tǒng)引接?，F(xiàn)以一套通信用CE設備的雙系統(tǒng)改造實例做一說明（如圖9）。

現(xiàn)有一套具有冗余備份功能的CE設備，原采用單直流系統(tǒng)供電方式，整改前：CE－1和CE－2設備采用冗余工作方式，業(yè)務互相備份。供電問題分析：一對CE的供電均從同一套直流電源引入，當直流電源故障時，會導致兩個CE同時掉電，會引發(fā)業(yè)務全阻嚴重故障。由于前期的網絡規(guī)劃問題，目前有部分省市分公司仍存在這種供電模式。

整改后：兩個CE分別取電于兩套直流電源系統(tǒng)，當單個電源系統(tǒng)發(fā)生故障時，業(yè)務不會中斷，因此對于CE所帶的通信業(yè)務實現(xiàn)了雙電源供電保障，安全性極高。

圖9 直流雙電源改造前后圖

3.3 改造后的分析

通過以上兩種雙系統(tǒng)供電改造，實現(xiàn)了通信設備側雙電源供電保障，確保了任何一路電源故障不會影響通信業(yè)務的正常開展，網絡安全級別有了明顯的提升。目前大部份核心通信設備用的都直流電源，因此對一些核心設備的直流雙電源改造應作為當前迫在眉睫的事情來抓，這對于提高通信運營商服務的用戶感知度也有著很大的幫助，從而增強了運營商的業(yè)務競爭力。

4 結束語

通信電源是向通信設備提供交直流電的電能源，在通信網中的位置極其重要，被喻為通信網和通信設備的“心臟”。

如何有效提高供電安全，確保網絡安全、穩(wěn)定、可靠運行是當前的重中重。盡管目前雙系統(tǒng)供電解決方案還存在這樣或那樣的問題，但隨著動力專業(yè)維護及管理專家們對雙系統(tǒng)供電的廣泛關注，相信不久的將來通信網雙系統(tǒng)供電方式各種技術難題的解決也將成為可能，通信供電的網絡安全也將跨入一個全新的時代。

［1］ 佚名.通訊用直流雙電源配電柜系統(tǒng)技術要求.2011.

［2］ 韓 雷，陳創(chuàng)康.直流設備雙電源系接入［J］.電信工程技術與標準化.2007，（6）：66－68.