高壓直流供電系統(tǒng)在客服機(jī)房的應(yīng)用

余光佐

（中國移動上海公司網(wǎng)維中心動力監(jiān)控維護(hù)部）

1 建設(shè)虬江路客服機(jī)房高壓直流系統(tǒng)的背景

傳統(tǒng)UPS供電模式普遍采取UPS冗余，UPS雙系統(tǒng)供電保障，1＋1冗余UPS系統(tǒng)負(fù)載率控制在35%以內(nèi)，UPS系統(tǒng)輕載運(yùn)行，造成能耗浪費(fèi)。低負(fù)載率使UPS系統(tǒng)不僅占用了寶貴的機(jī)房空間，配電容量，還制約了機(jī)房裝機(jī)擴(kuò)容需求，導(dǎo)致整個(gè)電源系統(tǒng)的設(shè)備資源利用率低，可靠性差，系統(tǒng)擴(kuò)容、維修保障難度大，而且UPS供電系統(tǒng)存在著單點(diǎn)故障點(diǎn)的問題始終沒有得到很好解決，造成整局癱瘓的惡性通信事故屢屢發(fā)生。高壓直流作為一種新型的供電模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，克服了UPS系統(tǒng)供電存在的單點(diǎn)故障，系統(tǒng)安全性能大大提高，維護(hù)操作方法得到簡化，同時(shí)也提升供電效率和減少投資成本，為通信設(shè)備提供安全、節(jié)能、節(jié)材的新型供電系統(tǒng)，取得節(jié)能減排社會效益。

2 虬江路客服機(jī)房高壓直流系統(tǒng)概況

目前在上海移動虬江路客服中心已經(jīng)啟用的三層、八層話務(wù)機(jī)房內(nèi)的客服座席和通信設(shè)備均采用高壓直流電源供電，并在一層電力電池室內(nèi)新建了2套中達(dá)240 V／600 A高壓直流電源系統(tǒng)，其中：

高壓直流電源系統(tǒng)一主要負(fù)責(zé)承接三層話務(wù)機(jī)房內(nèi)的客服座席和通信設(shè)備，共計(jì)負(fù)荷容量約74k W／308 A。系統(tǒng)設(shè)備配置包括：2臺整流模塊機(jī)架（本期共配置23只240 V／20 A整流模塊，其中2只為備用），1只監(jiān)控模塊，1臺240 V／600 A直流屏以及2組240 V／500 Ah后備蓄電池。根據(jù)本期系統(tǒng)負(fù)荷容量，系統(tǒng)后備蓄電池放電時(shí)間約1小時(shí)（終止電壓1.8 V／節(jié)，環(huán)境溫度取15℃）。

高壓直流電源系統(tǒng)二主要負(fù)責(zé)承接八層話務(wù)機(jī)房內(nèi)的客服座席和通信設(shè)備，共計(jì)負(fù)荷容量約46k W／192 A。系統(tǒng)設(shè)備配置包括：2臺整流模塊機(jī)架（本期共配置17只240 V／20 A整流模塊，其中2只為備用），1只監(jiān)控模塊，1臺240 V／600 A直流屏以及2組240 V／500 Ah后備蓄電池。根據(jù)本期系統(tǒng)負(fù)荷容量，系統(tǒng)后備蓄電池放電時(shí)間超過1小時(shí)（終止電壓1.8 V／節(jié)，環(huán)境溫度取15℃）。

當(dāng)市電電源正常工作時(shí)，兩路獨(dú)立、可靠的市電電源通過交流屏切換后向240 V高壓直流電源系統(tǒng)輸入1路三相交流電源。高壓直流電源的整流模塊把380 V交流電源轉(zhuǎn)換為240 V直流電源送至直流輸出屏。直流輸出屏輸出分路饋送至直流列頭柜及其后級負(fù)載（二級配電屏采用同一套高壓直流電源的A，B路熔絲雙路供電的方式），同時(shí)對蓄電池進(jìn)行浮充電。

當(dāng)市電電源停電時(shí)，由蓄電池組進(jìn)行放電維持通信設(shè)備正常運(yùn)行。市電電源恢復(fù)后再由整流器將轉(zhuǎn)換的直流電源送至負(fù)載，同時(shí)整流器對蓄電池進(jìn)行充電，充電電流不大于10%蓄電池容量。240 V高壓直流電源系統(tǒng)的工作原理圖以及二級配電屏結(jié)構(gòu)簡圖如圖1，圖2所示。

圖1 240 V高壓直流電源系統(tǒng)工作原理圖

圖2 二級屏配電結(jié)構(gòu)簡圖

根據(jù)中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會印發(fā)的YDB 037—2009《通信用240 V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求（》，考慮到虬江路客服機(jī)房的負(fù)載設(shè)備主要是額定電壓為交流220 V的IT服務(wù)器類設(shè)備和座席用終端，目前IT服務(wù)器類設(shè)備的電源普遍采用全波整流方式，因此采用直流輸出“正”極，對應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“N”端，直流輸出“負(fù)”極對應(yīng)于設(shè)備輸入電源線的“L”端，設(shè)備輸入電源線的“地”端與系統(tǒng)保護(hù)地可靠連接。直流輸出方式采用“懸浮供電”，即系統(tǒng)輸出與機(jī)架、工作地、保護(hù)地隔離（正極、負(fù)極均不允許接地），走線時(shí)與交流電纜和低壓直流電纜分開。由于高壓直流系統(tǒng)嚴(yán)禁帶電插拔直流電源輸入（會導(dǎo)致直流拉弧），所以在虬江路客服機(jī)房3F，8F的設(shè)備電源引入處進(jìn)行了警示。

3 虬江路客服機(jī)房高壓直流系統(tǒng)的測試情況

為保證虬江路客服機(jī)房的高壓直流系統(tǒng)能順利的投入運(yùn)行，先對虬江路3F計(jì)費(fèi)機(jī)房準(zhǔn)備使用的IT服務(wù)器（工控機(jī)1臺，HP服務(wù)器DL380 G6 1臺）進(jìn)行了測試，具體測試項(xiàng)目、數(shù)據(jù)和結(jié)果如下。

3.1 測試設(shè)備

工控機(jī)1臺、HP服務(wù)器DL380 G6 1臺。

3.2 測試儀器

高壓直流電源1套、萬用表FLUK1871臺、接插件、電纜若干。

3.3 測試環(huán)境

常溫，23度。

3.4 測試方法

先將負(fù)載設(shè)備用220V交流電上機(jī)測試，觀測設(shè)備是否正常工作運(yùn)行。再將負(fù)載設(shè)備用240V直流電上機(jī)測試，觀測設(shè)備是否與交流供電時(shí)工作狀態(tài)一致，如果是一致，則判斷用240V直流電能正常使用，不一致則判斷用240 V直流電不能正常使用。

3.5 測試過程

工控機(jī)1臺，內(nèi)部二次電源是磐石355。用交流220 V供電和直流240 V供電工控機(jī)工作狀態(tài)一致，直流電測試范圍是200 V—290 V。

HP服務(wù)器DL380 G6 1臺，內(nèi)部二次電源是臺達(dá)HSTN－PD14。用交流220 V供電和直流240 V供電工控機(jī)工作狀態(tài)一致，直流電測試范圍是200 V～290 V。

3.6 測試結(jié)果

根據(jù)測試過程的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)判斷，工控機(jī)和HP服務(wù)器DL380 G6用DC240 V供電都能正常工作。

4 高壓直流系統(tǒng)的優(yōu)勢和應(yīng)用前景

4.1 高壓直流系統(tǒng)的優(yōu)勢

優(yōu)化了整個(gè)供電系統(tǒng)的配置，在供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與直流－48V開關(guān)電源系統(tǒng)相同，系統(tǒng)合理，穩(wěn)定性高，輸入諧波電流下降，輸入功率因數(shù)提高，減少了諧波電流對系統(tǒng)和電網(wǎng)的污染。

蓄電池組與負(fù)載之間消除了UPS系統(tǒng)中的逆變器，直接并聯(lián)在直流饋電側(cè)，電池供電不需要經(jīng)過DC／AC轉(zhuǎn)換，電池能量利用率提高，提供給負(fù)載真正無后顧之憂的后備電源。

整流模塊冗余，整流模塊方便的N＋1備份模式。直流系統(tǒng)擴(kuò)容靈活，建設(shè)初期投資合理，隨系統(tǒng)負(fù)荷同步擴(kuò)展。

系統(tǒng)可靠性高，由于不存在交流電源振幅、頻率、相位等要求，直流電源的系統(tǒng)控制較UPS系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)設(shè)備和元器件減少，減小了系統(tǒng)的故障概率；系統(tǒng)的核心部位為整流模塊，便于維護(hù)；系統(tǒng)中沒有自動靜態(tài)旁路開關(guān)，不存在單點(diǎn)瓶頸故障隱患；也不存在環(huán)流問題和三相電流不平衡的問題。

4.2 高壓直流系統(tǒng)的應(yīng)用前景

根據(jù)后端服務(wù)器類型的不同，目前國內(nèi)高壓直流技術(shù)的應(yīng)用有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一是針對目前的交流服務(wù)器，直接采用直流供電。采用此技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱電壓為240 V，電池組為120節(jié)2 V電池串聯(lián)。服務(wù)器采用交流服務(wù)器不做改動。由于大部分交流服務(wù)器為不控整流和PFC整流方案，采用240 V標(biāo)稱電壓，輸出電壓變化范圍在210 V到290 V之間，在此范圍之內(nèi)，交流服務(wù)器電源可以正常工作。由于服務(wù)器部分不用做大的更改，因此采用240 V標(biāo)稱電壓的系統(tǒng)即將進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段。

另一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱電壓為336 V，電池組采用168節(jié)2 V電池串聯(lián)的方式。因336 V標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓大于240V標(biāo)準(zhǔn)，所以相比240 V標(biāo)準(zhǔn)，它具有系統(tǒng)效率高，電池利用率高，工作電流可進(jìn)一步降低，同時(shí)可以進(jìn)一步降低配電開關(guān)容量和配電設(shè)備容量以及有色金屬消耗等優(yōu)點(diǎn)，因此采用336 V標(biāo)稱電壓的系統(tǒng)即將進(jìn)入逐步應(yīng)用階段。此外，大部份的電子零件﹙Caps，MOSFET等﹚耐壓450～500 Vdc，此耐壓范圍的元器件技術(shù)成熟且價(jià)格低廉。考慮故障排除和啟動時(shí)的電壓脈沖峰值，高壓直流供電系統(tǒng)最高工作電壓不宜超過400 V。

不是所有IT設(shè)備都能使用高壓直流電源，在使用高壓直流電源前必須進(jìn)行測試。IT設(shè)備電源輸入部分有交流變壓器的不能采用高壓直流供電（老式的傳統(tǒng)電源、CRT顯示器、部分音響設(shè)備）；有輸入頻率檢測啟動的IT設(shè)備不能直接采用高壓直流供電；部分IT設(shè)備電源內(nèi)部為半波整流，輸入電源的正負(fù)極要連接正確，不能接反；部分IT設(shè)備的電源具有啟動過壓保護(hù)功能，需要降壓啟動。另外，服務(wù)器是否可用高壓直流供電，主要取決于服務(wù)器內(nèi)部的電源模塊，與服務(wù)器本身并無必要關(guān)系，同一型號的兩臺服務(wù)器，采用不同型號的電源模塊，可能出現(xiàn)一臺可以用高壓直流供電，另一臺不能用高壓直流供電的情況。

相對于UPS電源系統(tǒng)和48 V電源系統(tǒng)，高壓直流配電對滅弧要求很高，必須采用具有直流滅弧裝置的保護(hù)電器（高壓直流熔絲或高壓直流斷路器）。從系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)便利性三重性考慮，高壓直流一次配電宜采用熔絲，直流二次配電采用斷路器。高壓直流熔絲和高壓直流斷路器串級使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)熔絲和斷路器的安－秒特性曲線來確定上下級之間的級差，使其滿足動作選擇性的要求。因高壓直流輸出具有對地懸浮的特性，所以除了在高壓直流一次配電側(cè)外，在高壓直流二級屏內(nèi)的斷路器的正負(fù)極均應(yīng)具有過流，絕緣保護(hù)等功能。另外，在網(wǎng)絡(luò)機(jī)架內(nèi)每一個(gè)分路空氣開關(guān)控制通信設(shè)備電源輸入端的一臺電源模塊。一臺通信設(shè)備內(nèi)部配置多個(gè)電源模塊時(shí)，必須對應(yīng)多個(gè)分路開關(guān)控制，禁止一個(gè)分路空氣開關(guān)通過多用插座接入多個(gè)電源模塊。

5 結(jié)束語

總而言之，UPS供電模式因起步早，成熟度比較高，目前已廣泛應(yīng)用于各通信機(jī)房。新型的高壓直流供電系統(tǒng)具有可行、可靠、維護(hù)方便、高效節(jié)能、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，必定能在將來的通信機(jī)房供電模式中占據(jù)越來越重要的地位。

［1］ 強(qiáng)生澤.現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)［M］.北京：中國電力出版社，2009.