基于動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)強(qiáng)化無人值守局房節(jié)能的技術(shù)實現(xiàn)

馬 波，趙鳳琴，薛善斌，冷偉光，董志強(qiáng)

（1.中國電信山東分公司運(yùn)維部；2.中國電信濟(jì)南分公司運(yùn)維部；3.艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司山東辦事處）

0 引 言

動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過各種采集器和通信模塊對無人值守局站內(nèi)的通訊電源、蓄電池組、UPS、發(fā)電機(jī)、空調(diào)等智能、非智能設(shè)備以及溫濕度、煙霧、地水、門禁等環(huán)境實現(xiàn)“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”等功能，并實現(xiàn)對動力配套系統(tǒng)的網(wǎng)管監(jiān)控，使局站無人值守成為可能，減少了運(yùn)行維護(hù)投入，降低了運(yùn)營成本。

但目前動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要側(cè)重對以上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行質(zhì)量的監(jiān)控，從通信設(shè)備能否可靠運(yùn)行的角度來講，發(fā)揮了重要作用，提升了質(zhì)量效益，由于其上報大量動力環(huán)境系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行信息和故障告警，提高了設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，從節(jié)能的角度來講追求的則是經(jīng)濟(jì)效益。可以說，由于動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)原因、組網(wǎng)的考慮，在當(dāng)前動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的使用上，運(yùn)營商更注重動力環(huán)境設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性的提高，而在高效性方面的工作開展不多。當(dāng)前，隨著通信網(wǎng)絡(luò)對能源的需求越來越大，各運(yùn)營企業(yè)正努力爭取在能量流動的各個環(huán)節(jié)中達(dá)到最高效率的利用。通信行業(yè)的節(jié)能問題已越來越受到人們的關(guān)注，這無疑對通信系統(tǒng)的運(yùn)營提出了更高的要求。由于出于投資的考慮，提出了對現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的設(shè)備如何挖潛的新課題，因此動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)作為監(jiān)控能耗、動力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的手段也將發(fā)揮著更重要的作用。

1 無人值守局房能耗的特點及面臨的問題

無人值守通信局房由于分布廣、供電條件復(fù)雜、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控條件差，一直是能耗管控的重點和難點。

1.1 無人值守局房能耗特點

無人值守局房能耗分布主要在空調(diào)、電源能耗（供電給各主設(shè)備）等，由于技術(shù)能力，對局房內(nèi)的通信設(shè)備在維護(hù)中干預(yù)能力較弱。某常規(guī)無人值守局房實測耗電單元情況如表1。

從表1可以看出，從空調(diào)、開關(guān)電源節(jié)能入手，節(jié)能空間巨大。

1.2 無人值守局房能耗過高原因分析及解決措施

（1）局房空調(diào)工作溫度設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致壓縮機(jī)長時間運(yùn)行。根據(jù)機(jī)房設(shè)備維護(hù)要求，合理設(shè)置局房內(nèi)外環(huán)境溫度和局房空調(diào)制冷溫度，可以有效降低空調(diào)能耗。

表1 無人值守局房能耗表

（2）開關(guān)電源空載損耗過大、效率偏低。由于投資原因和延長設(shè)備使用年限的原因，在無法全面更換高效、休眠功能的開關(guān)電源系統(tǒng)的條件下有效控制開關(guān)電源整流模塊的負(fù)荷，提高其工作效率也可以大大降低空載損耗。

（3）電池維護(hù)力度不夠?qū)е缕鋼p壞率過高，增加了廢舊金屬的排放量和電池更換成本，同時導(dǎo)致了應(yīng)急發(fā)電成本的增加。通過維護(hù)手段提高電池的運(yùn)行質(zhì)量，不僅可以延長電池壽命，大大降低廢舊金屬的排放，也可以節(jié)約大量的應(yīng)急發(fā)電的人工和油料成本。

（4）同時，大量節(jié)能設(shè)備的投入使用，其可靠性、有效性也需要動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的支撐。

綜上所述，需要依靠現(xiàn)有條件加大對動環(huán)系統(tǒng)的使用，以解決存在的問題。

2 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，山東電信動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過升級改造，監(jiān)控系統(tǒng)為三級結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下：1臺SC服務(wù)器（建1個SC數(shù)據(jù)庫），17臺SS服務(wù)器（每個SS服務(wù)器建一個SS數(shù)據(jù)庫，共建17個SS數(shù)據(jù)庫，每個SS數(shù)據(jù)庫對應(yīng)一個地市分公司），其中SC服務(wù)器在省電信樞紐樓，各地市電信的SS數(shù)據(jù)服務(wù)器在各地市機(jī)房，PSMS歷史告警數(shù)據(jù)存儲在SC的數(shù)據(jù)庫中，SS數(shù)據(jù)庫中有備份，歷史數(shù)據(jù)存儲在各SS服務(wù)器上，各端局的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)可分別在各地市的業(yè)務(wù)臺的監(jiān)控終端顯示，全省17個地市電信分公司建設(shè)的基站及模塊局加上聯(lián)通劃歸電信的C網(wǎng)基站，共計6050個左右。

無人值守局房的動環(huán)監(jiān)控包括：門禁系統(tǒng)、空調(diào)、開關(guān)電源、環(huán)境量（溫濕度、紅外、煙感、水浸）、空調(diào)室外機(jī)防盜；部分地市自配的智能電表也接入到系統(tǒng)中。

3 基于動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)用于節(jié)能改造的技術(shù)實現(xiàn)方案

通信局房的能耗控制和維護(hù)成本控制是密不可分的，因此，降低能耗和維護(hù)成本要并舉，同時實現(xiàn)這兩個目標(biāo)，動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著不可替代的作用。以下是山東電信已經(jīng)實施和正在實施的基于動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)用于節(jié)能改造的技術(shù)實現(xiàn)方案。

3.1 基于開關(guān)電源的優(yōu)化方案

山東電信在提供可靠供電的同時，一直致力于通信電源整流模塊的高效率維護(hù)和節(jié)能降耗工作，從控制整流模塊的工作方式出發(fā)，提出了一種新的節(jié)能方案。

開關(guān)電源在一定工作模式下，整流模塊的空載損耗是固定不變的，帶載損耗隨著負(fù)載的增加而增加，但效率通常會增加，那么可以通過控制模塊工作模式及單個模塊的帶載情況，減少空載損耗并提高工作效率，達(dá)到節(jié)能目的。

根據(jù)西安市教育局發(fā)布的《“名校+”工程行動計劃（2018—2021年）》，該市將通過實施“名校+”工程，運(yùn)用一長多校（一所名校校長兼多所薄弱學(xué)校校長）、委托管理、兼并融合、結(jié)對提升等4種管理模式，做到6個統(tǒng)籌，即統(tǒng)籌組建“名校+”，統(tǒng)籌改善辦學(xué)條件，統(tǒng)籌配備管理團(tuán)隊，統(tǒng)籌配置教師隊伍，統(tǒng)籌開展教育教學(xué)，統(tǒng)籌施行質(zhì)量監(jiān)測。

表2為部分基站全天直流負(fù)荷變化統(tǒng)計表。

表2 某市分公司部分基站全天直流負(fù)荷變化統(tǒng)計表

在充分了解基站開關(guān)電源性能、基站直流負(fù)荷變化規(guī)律以及全網(wǎng)基站直流負(fù)荷、整流模塊配置情況的基礎(chǔ)上，我們制定了基站開關(guān)電源節(jié)能測試方案，測試重點是：根據(jù)基站直流負(fù)荷、模塊配置實際情況，通過監(jiān)控模塊進(jìn)行智能邏輯控制，動態(tài)調(diào)整整流模塊開啟數(shù)量，使整流模塊工作在最佳的效率區(qū)間內(nèi)，這種新的控制思路，最大限度的減少了開關(guān)電源整流模塊空載損耗，使整流模塊始終工作在高效率區(qū)，從而提高了整個通信電源的效率；同時由于模塊的更替關(guān)閉，亦可以提高整體的使用壽命，節(jié)約了模塊維修、折舊成本，由于減少了整流模塊的開啟數(shù)量，整流模塊發(fā)熱量也隨之降低，空調(diào)耗電量也同比降低。

3.2 底端空調(diào)控制方案

如果無人值守局房沒有智能新風(fēng)系統(tǒng)，可以通過底端動環(huán)采集器控制空調(diào)開關(guān)機(jī)，達(dá)到節(jié)能目的如圖1。

（1）根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯控制規(guī)則開發(fā)邏輯控制軟件程序，動環(huán)采集器調(diào)用軟件程序運(yùn)行，并根據(jù)基站環(huán)境溫度，開關(guān)空調(diào)，減少空調(diào)運(yùn)行時間，如：可以設(shè)置室內(nèi)溫度低于25℃關(guān)閉空調(diào)，高于28℃開啟1臺空調(diào)，高于30℃開啟兩臺空調(diào)，如果直接控制空調(diào)電源，空調(diào)風(fēng)機(jī)都不用運(yùn)行，節(jié)能效果更佳。

圖1 底端空調(diào)控制方案圖

注意：布置溫濕度傳感器，重點關(guān)注主設(shè)備附近溫度（環(huán)境溫度），而不是空調(diào)本身測量溫度。

（2）設(shè)置合適的空調(diào)溫度設(shè)定值，使得空調(diào)能耗最佳。

（3）如果有兩臺空調(diào)，可以控制空調(diào)輪流工作，提高空調(diào)壽命。

3.3 底端空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)綜合控制方案

圖2 底端空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)綜合控制方案圖

（1）根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯控制規(guī)則開發(fā)邏輯控制軟件程序，動環(huán)采集器調(diào)用軟件程序運(yùn)行，并根據(jù)基站內(nèi)外環(huán)境溫度，開關(guān)智能新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)，減少空調(diào)運(yùn)行時間，如：室外環(huán)境溫度低于10℃，采用控制新風(fēng)系統(tǒng)電源的方式調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；當(dāng)室外溫度高于10℃時，采用上述控制空調(diào)電源的方式來調(diào)節(jié)室溫以達(dá)到節(jié)能的目的。

注意：布置溫濕度傳感器，重點關(guān)注主設(shè)備附近溫度（環(huán)境溫度），而不是空調(diào)本身測量溫度。

（2）設(shè)置合適的空調(diào)溫度設(shè)定值，使得空調(diào)能耗最佳。

（3）根據(jù)室內(nèi)外溫度情況，關(guān)閉空調(diào)，使用新風(fēng)系統(tǒng)。

（4）如果有兩臺空調(diào)，可以控制空調(diào)輪流工作，提高空調(diào)壽命。

3.4 電池遠(yuǎn)程監(jiān)控與測試改造

部分無人值守局房供電條件較差，市電停電頻繁，使用動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測放電電流I、電池電壓V和放電時長T，基于上述三個參數(shù)編制放電蓄電池電壓電流曲線，同時根據(jù)電池的不同使用年限、放電電流等因素編制電池放電擬合曲線，可以大致判斷電池容量、預(yù)測放電時長，利用局房電池隨機(jī)（不確定的放電時長、實際放電電流）放電作為電池容量測試過程，對于判斷出的容量異常的電池組進(jìn)行重點維護(hù)，同時為應(yīng)急發(fā)電提供依據(jù)，實現(xiàn)對應(yīng)急發(fā)電設(shè)備的調(diào)度，減少無效發(fā)電，有效延長電池壽命和降低維護(hù)成本。

4 結(jié)論與展望

由于本文篇幅所限，同時部分改造時間較短，對一些節(jié)能數(shù)據(jù)分析沒有提供更為詳細(xì)的說明，但從以上分析和已完成的部分實驗數(shù)據(jù)來看，節(jié)能效果是明顯的。通過對動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)基于動力環(huán)境監(jiān)系統(tǒng)的改造，可以為無人值守局房的節(jié)能帶來新的方法和手段，具有重要意義。

從通信電源和空調(diào)本身的發(fā)展歷程看，從初期粗放型的技術(shù)實現(xiàn)，到現(xiàn)在的集智能化、高功率密度、高可靠性、高穩(wěn)定性、高轉(zhuǎn)化效率于一身的發(fā)展方向，可以預(yù)見，由于動力配套設(shè)備智能化的提高，動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)海量監(jiān)控數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制能力的有效應(yīng)用，會為無人值守局房節(jié)能減排工作提供更為靈活、更為有效的方法和技術(shù)實現(xiàn)。

［1］ 王兆安，黃 俊.電力電子技術(shù)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司通信電源節(jié)能方案，內(nèi)刊，2009.

［3］ 候振義，夏 崢，編著.通信電源站原理及設(shè)計.人民郵電出版社，2002.