開關電源插框嵌入式在線節能改造解決方案

韓 嘯，伍德磊，王義和，陳利榮

（1.中國電信亳州分公司，安徽 亳州 236800；2.中國電信安慶分公司，安徽 安慶 246001；3.中國電信合肥分公司，安徽 合肥 230031；4.國家電網安徽供電公司亳州公司，安徽 亳州 236800）

0 引 言

超期服役的開關電源運行效率遠低于現在的電源，老型號的設備能耗高，導致電費投入較高，經濟性較差，資源浪費嚴重。電子元器件壽命達到極限，高故障率導致高維修成本。開關電源所承載的網絡設備運行存在安全隱患，因此需要對超期服役的開關電源進行更新替換。傳統替換方式整體割接工程量大、對施工及管理人員要求高、割接過程中風險大且不可控、非原地割接給機房帶來占地面積的新需求。在線開關電源降本增效更新改造方案，可使割接難度、風險、工作量等大幅降低，節約投資的同時，提高設備的運行效率。

1 傳統和節能的對比

1.1 傳統解決方案

傳統的解決方案是通過工程投資進行更新改造，以整體機柜割接替換的方式，用一套新的開關電源對原有老舊設備進行替換，但存在割接工程量大等問題。

1.2 節能解決方案

可以采用定制插框配高效節能電源模塊的方式來解決上述問題。插框在保證物理尺寸的一致性和電氣兼容性的前提下，將新模塊直接插入定制的插框內替換原整流器，完成開關電源整流模塊、監控模塊等核心部件的替換。

2 節能解決方案實施實例

2.1 實施步驟

（1）取樣現場開關電源尺寸，定制外插機框。由于各廠家開關電源的基本工作原理相通，因此該外插機框適用于所有廠家電源型號。該插框主要包括監控磨模塊和連接電纜，且監控模塊具備模塊休眠功能。

（2）根據負載電流大小配備合適的整流模塊。由于高效整流模塊的價格較高，一般根據負載電流配備和電池充電電流配備普通模塊，以節約投資成本。

（3）根據現場設備情況和負載性質，確定割接更新時間并實施。

（4）斷開原開關電源交流電，整流模塊停止工作，通信負載將由蓄電池組供電。

（5）取出所有整流模塊，拆除監控單元。剪斷原電源模塊背板的所有交流進線和直流出線后，將原插框拉出。

（6）在全機柜中固定支撐架，插入新插框，新插框前面板通過四顆螺釘固定。

（7）將模塊交流電纜轉接端子導軌裝于插框后方左右支撐架上，將接線端子安裝在導軌右側，將新插框和原機柜交流進線一一對應接在轉接端子上。

（8）將直流輸出電纜每2根套上OT端子后，接至模塊插框后方的匯流排上，如圖1所示。

（9）拆除原信號轉接板，換上新轉接板并接好信號端子。

（10）在原監控單元處用“3U”封板封上，完成設備改造。測試后上電正常，告警正常，休眠節能功能正常。

（11）整個割接過程全程耗時3 h，順利完成設備升級改造。期間，所有負載電纜保持不動，網絡穩定未受任何影響。

圖1 直流輸出接線

2.2 節能改造成效

2.2.1 經濟成效

合肥分公司復興站點開關電源已經使用12年，故障頻發，嚴重影響供電安全。因此，采用插框嵌入式方案進行改造，根據現場設備外框尺寸定制了新的機框，內嵌新型帶休眠功能監控模塊。根據負載電流配備了50 A高效節能模塊1塊和4塊普通模塊，成本對比如表1所示。

通過比較成本可知，插框嵌入式改造方案和傳統割接方式相比，降低成本投資約23%。另外，由于采用高效模塊，節能效果顯著。該站點直流負載電流47 A，改造前交流輸入功率2.874 kW，改造后交流輸入功率2.592 kW，節電率達9.8%，年節約2 424 kW·h，按照0.9元/（kW·h）電費計算，全年可以節約電費2 181元。

目前，全省在網運行超期服役組合開關電源共計4 164套，2015年全年完成插框嵌入式改造共計1 275套，節約成本投資362萬元，年節約電費約278萬元。2017年底，全部完成4 164套超期服役組合開關電源插框嵌入式改造，可節約成本投資1 182萬元，年節約電費約908萬元。

2.2.2 優缺點對比

傳統方式采購新開關電源，通過工程割接方式替換老舊設備。這一過程中，主要存在以下弊端。

（1）工程浩大。替換基本步驟包括拆除機柜、模塊、拆除輸入線纜、拆除負載線纜、重新布線、連接負載線纜以及安全上電等，程序復雜。

（2）管理復雜。多方參與，割接工程需要廠家、施工單位等參加，周期長且費用高。

（3）風險性大。因為業務影響和割接風險等原因，大部分施工都在深夜進行，對操作人員的要求和操作水平均有很高要求。

（4）成本較高。綜合考慮設備成本、施工成本、材料成本、安全風險評估、業務損失、管理成本等，整個替換成本較高。

插框嵌入式改造方案的優點如下。

（1）機架利舊。盡管老電源接近使用壽命，但是主要老化部件為電容、功率器件、風扇等，只需更換整流模塊，即可實現設備性能的升級，而原設備的整體架構、銅排、線纜等均可利舊。

（2）安全性。根據新的解決方案升級電源監控，使其兼容早期的交流屏和直流屏。分析原設備電力電纜的可靠性和電纜數據，確保電纜無需更換和安全使用，避免浪費。此方案實施難度和日常更換模塊的風險相同，避免了工程施工對網絡安全的威脅。

（3）經濟性。采用新型方案無需割接，大大降低了工程施工和設備運行成本。

采用最新技術的整流模塊，明顯改善了功率因素和效率，顯著降低了運行成本。

表1 傳統式電源割接和插框嵌入式改造方案成本對比

3 結 論

采用插框嵌入式改造方案對在網超期服役的開關電源進行改造，既可以確保新更換的開關電源整流模塊性能和監控模塊性能，也可以降低整流機架整體割接時的安全風險和人力成本，提高工作效率和設備使用率，減少資源浪費，實現綠色環保。同時，提供了一種嶄新的工作思路，在目前主流開關電源廠家均可完成。輔以定制插框、交流輸入線和同廠家的監控模塊等，設備易得、替換理念新穎，適用各種老舊開關電源替換割接，具備適應性廣、成本小、快速復制的優勢，能夠有效解決機房空間受限的難題。