遙控靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)在傳輸匯聚機(jī)房中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

唐智文

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司河源分公司，廣東河源517300）

0 引 言

在當(dāng)前的信息化時(shí)代，傳輸匯聚機(jī)房和VIP基站主要承載著2G／3G／4G以及集團(tuán)客戶等重要網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，屬于通信網(wǎng)絡(luò)的重要站點(diǎn)，特別是傳輸匯聚機(jī)房，往往下帶著上百個(gè)2G／3G／4G基站，其一旦出現(xiàn)故障，可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，傳輸匯聚機(jī)房運(yùn)行的安全性與可靠性非常重要，應(yīng)急保障要求較高，停電后需要馬上組織發(fā)電，但由于噪聲、功率、搬運(yùn)、安全等原因，發(fā)電工作存在一定的難度：

（1）市區(qū)發(fā)電噪聲擾民問題：大部分站點(diǎn)晚上無法發(fā)電，被當(dāng)?shù)鼐用裢对V甚至驅(qū)趕，造成傳輸機(jī)房或VIP站點(diǎn)存在退服的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）功率不足問題：目前基站使用的便攜式汽油發(fā)電機(jī)功率在10 k W左右，無法承擔(dān)市區(qū)站點(diǎn)和傳輸機(jī)房的設(shè)備，特別是共站址的機(jī)房，只能分別負(fù)擔(dān)基站設(shè)備或傳輸設(shè)備，有的空調(diào)無法帶載，停電時(shí)傳輸機(jī)房溫度告警，風(fēng)險(xiǎn)較高。

（3）搬運(yùn)問題：如果采用20 k W以上的發(fā)電機(jī)，功率能夠滿足要求，但因重量問題導(dǎo)致搬運(yùn)困難，無法便攜使用。

（4）發(fā)電安全問題：汽油揮發(fā)性強(qiáng)，易燃易爆，化學(xué)特性不穩(wěn)定，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、發(fā)電過程中安全隱患較高。

鑒于傳輸節(jié)點(diǎn)和VIP站點(diǎn)均面臨發(fā)電困難問題，有必要探討新的發(fā)電模式和工具，以更好地保障網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急供電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。本文研發(fā)的遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組，緩解了噪音擾民、功率不足、搬運(yùn)困難、便攜發(fā)電機(jī)安全隱患等問題，有利于節(jié)能減排，滿足了重要機(jī)房的發(fā)電保障需求，提升停電保障能力。

1 傳輸匯聚機(jī)房供電的特點(diǎn)

如圖1所示，傳輸匯聚機(jī)房或VIP基站動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多采用標(biāo)準(zhǔn)化配置，正常時(shí)由外部市電供電，在市電中斷時(shí)由開關(guān)電源或應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電，至于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)間則由開關(guān)電源蓄電池的后備時(shí)長及傳輸匯聚機(jī)房及基站的重要等級(jí)決定。

由于傳輸匯聚機(jī)房及VIP基站承載的業(yè)務(wù)都比較重要，其安全和可靠性要求較高，一般一個(gè)傳輸匯聚機(jī)房或VIP基站負(fù)荷在20～30 k W左右，通常采用50 k W拖掛車式柴油發(fā)電機(jī)或整車式柴油發(fā)電機(jī)為傳輸機(jī)房發(fā)電，但存在噪聲、成本較高、容量過剩、運(yùn)輸安全隱患等問題，難以普及應(yīng)用。

圖1 傳輸匯聚機(jī)房動(dòng)力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化配置

柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示［1，2］。柴油機(jī)供給發(fā)電機(jī)原動(dòng)力，而調(diào)速系統(tǒng)通過檢測(cè)實(shí)際轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)柴油機(jī)的輸出動(dòng)力大小，構(gòu)成轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，在一定負(fù)載變化范圍內(nèi)保證發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，保證電壓的頻率穩(wěn)定［3］。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)端電壓和負(fù)載電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，構(gòu)成電壓的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)其輸出無功功率，保證發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量［4，5］。

圖2 柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 便攜柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

將柴油發(fā)電機(jī)、液壓升降系統(tǒng)、降噪、控制系統(tǒng)、散熱裝置、電纜盤等集成在箱體里面，形成一體化遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)單人對(duì)1噸多的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制發(fā)電，解決噪聲、搬運(yùn)、安全等問題。

（1）液壓升降支腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠性出發(fā)，4個(gè)旋轉(zhuǎn)支腿采用轉(zhuǎn)軸方式，軸套采用免維護(hù)的無油軸套，此種方式可靠性高，基本上不用額外的保養(yǎng)，如圖3所示。

圖3 液壓升降支腿結(jié)構(gòu)示意

左右旋轉(zhuǎn)支腿時(shí)撥動(dòng)棘輪卡位，便可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)到任意位置。在轉(zhuǎn)軸中心加裝重型棘輪結(jié)構(gòu)，左右旋轉(zhuǎn)時(shí)只需輕輕撥動(dòng)卡位便可輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)物及原理如圖4所示。

（2）液壓升降結(jié)構(gòu)及同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)采用2.2 k W直流DC 12 V液壓驅(qū)動(dòng)單元，為不影響機(jī)組正常啟動(dòng)，特單獨(dú)配一組200 Ah的動(dòng)力型蓄電池作為動(dòng)力單元的電源。機(jī)組啟動(dòng)電池與液壓單元的動(dòng)力型電池分別配備市電充電器。考慮機(jī)組的移動(dòng)型，市電充電器的電線加裝一只自動(dòng)卷線器提升用電安全。

根據(jù)實(shí)際工況，要使系統(tǒng)安全平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)上下車，升降系統(tǒng)必須滿足：四個(gè)支腿既可單獨(dú)工作，又可雙向同步工作，且同步精度越高越好。在每個(gè)油缸分別配備一組保壓閥、三位四通換向閥、防爆閥、組合閥塊，讓每個(gè)油缸與驅(qū)動(dòng)單元間形成單獨(dú)的回路，通過三位四通換向閥配合雙作用油缸，便可實(shí)現(xiàn)每個(gè)油缸單獨(dú)雙向控制。為了確保支腿能在任意高度停止，每個(gè)油缸加裝了液壓鎖，即油缸停止時(shí)液壓鎖馬上鎖住液壓油使油缸保持在即時(shí)位置；油缸采用穩(wěn)定可靠的集流分流閥來調(diào)節(jié)油缸同步。考慮在支腿工作時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)單元與油缸之間的連接軟管有破裂的可能，造成安全隱患，在油缸的進(jìn)回油出口處加裝了防爆閥，控制原理為當(dāng)防爆閥的兩端壓力差過大時(shí)防爆閥立即鎖住油缸里的液壓油而使之停留在即時(shí)位置。

圖4 液壓升降支腿結(jié)構(gòu)原理

四組液壓元件均為單獨(dú)的回路，再另加一組相同閥塊，該組油路的出油口接一組一分二的分流集流閥（同步閥），先把流量泵的液壓油均勻地分成兩份后，再把等分后的油路后分別接一組分流集流閥，即把流量分成了四等分，再分別接入每個(gè)支腿的油缸中，控制該組閥塊便可以使四個(gè)支腿同步工作，系統(tǒng)選用組合調(diào)節(jié)式分流集流閥可把同步精度調(diào)節(jié)在3%以內(nèi)。機(jī)組在升降的過程中，為了避免因機(jī)械故障造成傷害，采用工業(yè)級(jí)的無線遙控進(jìn)行人與設(shè)備不直接接觸的操作方式，完成所有的升降動(dòng)作。液壓自動(dòng)升降支腿的同步控制原理如圖5所示。

（3）靜音降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

柴油發(fā)電機(jī)裸機(jī)的實(shí)測(cè)噪聲達(dá)到1 m處103分貝，目前常用靜音箱的噪聲為1 m處80 d B左右，通過優(yōu)化方案將靜音箱與便攜式柴油發(fā)電機(jī)整合為一體達(dá)到降噪效果。

便攜式柴油發(fā)電機(jī)的靜音箱分為進(jìn)風(fēng)消音室、油機(jī)消音室、排風(fēng)消音室三部分，三個(gè)消音室各形成一個(gè)阻抗復(fù)合消音器，油機(jī)消音室依靠一個(gè)300 mm×300 mm的方窗來進(jìn)風(fēng)，排風(fēng)完全通過風(fēng)機(jī)完成，進(jìn)風(fēng)利用中壓風(fēng)機(jī)較大的吸力來增加風(fēng)量并加快風(fēng)速從而衰減噪聲在空氣中逆向傳遞，靜音箱的內(nèi)壁均貼上新一代的防水防油阻燃吸音棉。三個(gè)消音室在結(jié)構(gòu)上把進(jìn)、排氣噪聲分別經(jīng)過兩個(gè)阻抗復(fù)合消音器后再傳出箱體外面。便攜式柴油發(fā)電機(jī)靜音箱的阻抗消音結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 液壓自動(dòng)升降支腿的同步控制原理

圖6 便攜式柴油發(fā)電機(jī)靜音箱的阻抗消音結(jié)構(gòu)示意圖

（4）其它輔助設(shè)施設(shè)計(jì)

腳輪：箱體的底部加裝四個(gè)進(jìn)口重型萬向工業(yè)腳輪，該腳輪可靠耐用，單只額定承重1.5 T，還可通過扳手來調(diào)節(jié)腳輪的螺栓來達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組水平和剎車作用。

電纜：機(jī)組還配備了手動(dòng)電纜絞盤，絞盤可絞4×102電纜線30～50 m。絞盤集成在箱體里面加裝防盜門鎖。電纜兩頭接上IP67的航空工業(yè)插頭，方便應(yīng)急發(fā)電時(shí)的快捷接線。

油箱：機(jī)組配置了滿足24 h運(yùn)行的油箱，滿足應(yīng)急發(fā)電的時(shí)長。

控制裝置系統(tǒng)：配置機(jī)組運(yùn)行控制裝置，滿足機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、告警保護(hù)等控制需求。

（5）系統(tǒng)制造工藝設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的每個(gè)部件先經(jīng)過設(shè)計(jì)人員畫出1∶1的立體三維圖，通過一系列的摸擬找出最合適的裝配圖，鈑金箱體經(jīng)過專業(yè)的軟件出具標(biāo)準(zhǔn)的展開圖，經(jīng)高精度的數(shù)控光纖激光切割機(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)拆加工成形后表面經(jīng)噴塑而成，為適應(yīng)室外惡劣環(huán)境，所有較鏈、門鎖、連接螺栓都采用不銹鋼。

3 實(shí)例與分析

某大學(xué)城傳輸匯聚機(jī)房位于大學(xué)城邊，與大學(xué)城相鄰，站點(diǎn)承載傳輸省干和本地網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)、下帶基站約130個(gè)。站點(diǎn)的通信設(shè)備和空調(diào)總負(fù)荷約15 k W，蓄電池的后備時(shí)長約6 h。每月停電一至兩次，停電時(shí)長6～10 h（含計(jì)劃、故障停電），平時(shí)保障存在兩個(gè)問題，一是負(fù)荷較大，常用便攜式汽油發(fā)電機(jī)容量不足（10 k W左右），需要分級(jí)保障，關(guān)掉空調(diào)、降低電池充電電流、對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行輪流供電等；二是常規(guī)發(fā)電機(jī)噪聲較大，影響學(xué)校上課及晚上休息，引起學(xué)校多次投訴。

采用上述遙控靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方案，使用慶鈴100P運(yùn)輸20 k W風(fēng)冷發(fā)電機(jī)，通過遙控升降裝置將發(fā)電機(jī)升起，將小貨車倒入后，通過遙控升降將發(fā)電機(jī)放置在小貨車上，運(yùn)輸?shù)桨l(fā)電現(xiàn)場(chǎng)，再通過遙控裝置，將機(jī)組放在地上，然后布放電纜并連接好進(jìn)行發(fā)電，為傳輸匯聚機(jī)房供電。整個(gè)保障過程，一個(gè)人遙控操作，一個(gè)人監(jiān)護(hù)，不需要進(jìn)行人力搬運(yùn)，快捷方便且安全可靠。具體優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）在噪聲方面：實(shí)測(cè)值在1 m外70 d B（7 m處53 d B），基本上不影響學(xué)校上課及晚上休息。

（2）在發(fā)電功率方面：功率20 k W，可以滿足站點(diǎn)的全部重要負(fù)荷使用，不需要再進(jìn)行分級(jí)保障。

（3）在經(jīng)濟(jì)方面，該方案以較低的投入實(shí)現(xiàn)了便攜式柴油發(fā)電機(jī)，替代了車載式移動(dòng)電源車，免去高昂的特種車輛改裝費(fèi)、復(fù)雜的審批流程、以及車輛后期日常開支及維護(hù)費(fèi)用，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。每套成本投入預(yù)算價(jià)格在13～18萬元（含發(fā)電機(jī)），相比相同功率、相同噪聲標(biāo)準(zhǔn)的車載式發(fā)電機(jī)組（約40～50萬元）節(jié)省了2倍以上費(fèi)用，且不支付后期車輛的維護(hù)費(fèi)用及相關(guān)經(jīng)費(fèi)。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)傳統(tǒng)便攜式發(fā)電機(jī)存在噪聲、功率、搬運(yùn)、安全等問題，提出了遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)升降液壓系統(tǒng)、支腿系統(tǒng)和靜音控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述，得到以下結(jié)論：

（1）該型機(jī)組特別適用于居民區(qū)、大負(fù)荷重要站點(diǎn)等場(chǎng)景，解決了市區(qū)發(fā)電噪聲擾民、便攜發(fā)電機(jī)功率不足、搬運(yùn)困難、汽油發(fā)電安全等問題。

（2）遙控液壓升降系統(tǒng)是完全根據(jù)應(yīng)急通訊的實(shí)際工況來設(shè)計(jì)的，可廣泛地推廣在應(yīng)急通訊的其它設(shè)備上，如把升降系統(tǒng)集成在集裝箱里，可替代移動(dòng)通訊車、移動(dòng)電源車、移動(dòng)數(shù)據(jù)中心等。

（3）在市區(qū)發(fā)電難的背景里，基站發(fā)電與業(yè)主形成了惡劣的矛盾關(guān)系，遙控升降式靜音型便攜柴油發(fā)電機(jī)組的使用，可以改善運(yùn)營商與小區(qū)業(yè)主的緊張關(guān)系、美化通信運(yùn)營商的形象。

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