直流雙系統(tǒng)供電模式可靠性分析及建設(shè)維護建議

張少文

（中國移動通信集團安徽有限公司合肥分公司，安徽 合肥 238000）

0 引 言

為提升通信網(wǎng)絡(luò)供電安全可靠性，對于重要的直流通信設(shè)備均采取雙系統(tǒng)雙路由供電（主備供電模式）。直流供電系統(tǒng)雙路供電的架構(gòu)模式可分為單系統(tǒng)雙路由供電和雙系統(tǒng)雙路由供電。雙系統(tǒng)雙路由供電因兩套系統(tǒng)獨立供電，供電路由全程隔離，可克服單系統(tǒng)供電的瓶頸問題[1]，理論上安全性、可靠性更高。但是雙系統(tǒng)雙路由供電由于兩套直流開關(guān)電源系統(tǒng)之間存在壓差，使得雙系統(tǒng)供電不均衡，因此要求雙系統(tǒng)雙路由供電的通信設(shè)備能夠承受雙系統(tǒng)供電帶來的壓差。

1 直流雙系統(tǒng)雙路由供電結(jié)構(gòu)原理

對于重要通信設(shè)備，要求采用直流雙系統(tǒng)雙路由供電方式來提高供電的可靠性，輸入電源來自兩套不同的直流電源系統(tǒng)，兩套直流電源系統(tǒng)的供電路由全程隔離，解決了直流單電源系統(tǒng)的供電瓶頸問題，實現(xiàn)了雙電源雙路供電模式，供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2 直流雙系統(tǒng)雙路由供電模式應(yīng)用場景

根據(jù)雙系統(tǒng)雙路由供電模式原理圖可知，通信設(shè)備內(nèi)電源模塊的輸入來自兩套不同的開關(guān)電源系統(tǒng)。由于兩套開關(guān)電源系統(tǒng)的輸出控制、電纜線徑長度等很難保持一致，因此在通信設(shè)備的輸入端將不可避免存在壓差問題。由于壓差的存在，電壓高的直流電源系統(tǒng)承擔(dān)負載的電流大，當(dāng)壓差大于一定值時甚至承擔(dān)全部負荷電流。對于通信設(shè)備電源模塊內(nèi)部2路輸入沒有隔離措施的情況，電壓高的直流電源系統(tǒng)甚至?xí)霈F(xiàn)向電壓低的直流電源系統(tǒng)倒灌電流，造成供電回路中的空開可能跳閘、熔絲熔斷及電纜過熱進而引起火災(zāi)等危險情況發(fā)生。因此，雙系統(tǒng)雙路由供電模式主要應(yīng)用于通信設(shè)備內(nèi)部具備雙路輸入隔離措施的場合[2]。

3 雙系統(tǒng)供電模式通信設(shè)備雙路輸入隔離原理

為防止兩套直流電源系統(tǒng)壓差導(dǎo)致電流的倒灌竄流風(fēng)險，雙系統(tǒng)雙路由供電模式的通信設(shè)備在雙路供電合并前需采取隔離措施（一般采取隔離二極管和隔離模塊），即在通信設(shè)備電源模塊內(nèi)部設(shè)置了一個重要器件——橋堆（隔離二極管）。橋堆的作用是隔離并使兩路-48 V直流電源合二為一，防止倒灌。為了安全起見，常使用兩個橋堆并聯(lián)使用互為備份。

4 直流雙系統(tǒng)供電模式安全性測試驗證

4.1 測試環(huán)境、對象及方法

安裝兩套獨立的直流開關(guān)電源系統(tǒng)，關(guān)閉自動均充功能，將待測試的通信設(shè)備兩路供電分別接入兩套開關(guān)電源系統(tǒng)。測試對象為愛立信BSC AXE810（212-55）APG43、愛立信 MGW R5.1 Alcatel-、愛立信SmartEdge800 M-、華為BSC6900、華為OptiX PTN 3900、華為OptiX OSN 6800/8800、中興ZXMP S385、中興ZXMP S380以及卡特BSC Lucent9103共9種要求供電方式，均為雙系統(tǒng)雙路由的通信設(shè)備，如表1所示。

通過手動調(diào)整兩套開關(guān)電源輸出電壓，使通信設(shè)備的兩路供電輸入產(chǎn)生壓差，測試負荷轉(zhuǎn)移特性、壓差影響特性以及兩套電源系統(tǒng)輸出電流的變化（電流倒灌特性）情況，驗證通信設(shè)備內(nèi)部電源隔離措施的安全性能，利用通信設(shè)備測試終端分析設(shè)備的安全運行情況。

表1 測試對象型號及隔離方式

4.2 測試場景及其特性分析

4.2.1 兩套開關(guān)電源系統(tǒng)均正常運行狀態(tài)

當(dāng)兩套電源系統(tǒng)均處于浮充運行狀態(tài)時，兩套電源系統(tǒng)的輸出電壓和電流基本一致，總輸出電流為109 A。其中，開關(guān)電源1系統(tǒng)電壓為53.5 V，電流為57 A；開關(guān)電源2系統(tǒng)電壓為53.5 V，電流為52 A。通過現(xiàn)場手動調(diào)整兩套開關(guān)電源線系統(tǒng)的輸出電壓，當(dāng)兩套開關(guān)電源的輸出電壓不一致產(chǎn)生壓差時，兩套電源系統(tǒng)和后端通信設(shè)備均運行正常，沒有告警等異常情況發(fā)生。

4.2.2 故障運行狀態(tài)（包括供電側(cè)故障和用電側(cè)故障）

除模擬兩套電源均處于正常運行狀態(tài)外，還模擬雙系統(tǒng)供電模式的兩套電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障（供電側(cè)和設(shè)備側(cè)出現(xiàn)故障）的情況，通信設(shè)備運行均正常，沒有受到影響。

4.2.2.1 供電側(cè)故障時通信設(shè)備運行情況

單套開關(guān)電源輸入性故障時（模擬開關(guān)電源2系統(tǒng)交流輸入故障），負荷全部轉(zhuǎn)移至開關(guān)電源1系統(tǒng)，并且2套蓄電池均無放電電流。開關(guān)電源1系統(tǒng)電壓為53.5 V，電流為108 A；開關(guān)電源2系統(tǒng)電壓為51.7 V，電流為2 A。

單套開關(guān)電源輸出性故障時（模擬開關(guān)電源2系統(tǒng)輸出故障），其輸出電壓和電流均為0；開關(guān)電源1系統(tǒng)輸出電壓為53.5 V，電流為110 A。

4.2.2.2 設(shè)備側(cè)單側(cè)供電故障通信設(shè)備運行情況

模擬通信設(shè)備單路短路時，采用32 A短路開關(guān)模擬CE設(shè)備單路短路。在開關(guān)電源側(cè)測量結(jié)果為：系統(tǒng)一（短路系統(tǒng)）最低電壓為43 V，持續(xù)時間為3 ms；系統(tǒng)二電壓基本不受影響，瞬時電壓下降至51.4 V。在CE設(shè)備側(cè)測量結(jié)果為：系統(tǒng)一（短路系統(tǒng)）最低電壓為23.6 V，持續(xù)時間為3 ms；系統(tǒng)二最低電壓為47.4 V，持續(xù)時間為3 ms，CE設(shè)備運行正常，無告警發(fā)生。

模擬通信設(shè)備單路短路時，采用63 A短路開關(guān)模擬CE設(shè)備單路短路。在開關(guān)電源側(cè)測量結(jié)果為：系統(tǒng)一（短路系統(tǒng)）最低電壓為35.4 V，持續(xù)時間為3 ms；系統(tǒng)二電壓基本不受影響，瞬時電壓下降至50 V。在CE設(shè)備側(cè)測量結(jié)果為：系統(tǒng)一（短路系統(tǒng)）最低電壓為13.2 V，持續(xù)時間為4 ms；系統(tǒng)二最低電壓為44 V，持續(xù)時間為4 ms，CE設(shè)備運行正常，無告警發(fā)生。

4.3 測試驗證結(jié)論

模擬雙系統(tǒng)雙路由供電模式在正常運行狀態(tài)、故障運行狀態(tài)下9種型號通信設(shè)備運行情況可知，各通信設(shè)備內(nèi)部電源雙路輸入隔離措施可靠，雙系統(tǒng)雙路由供電模式安全。

5 雙系統(tǒng)雙路由供電模式下的維護建設(shè)注意事項及建議

5.1 注意雙系統(tǒng)因壓差導(dǎo)致的負荷轉(zhuǎn)移

雙系統(tǒng)供電中，單套電源系統(tǒng)故障時不影響對網(wǎng)元的正常供電，系統(tǒng)安全性更高；單套系統(tǒng)故障時留給維護人員搶修的時間相對較長。但是雙系統(tǒng)供電模式兩套電源系統(tǒng)不可避免存在壓差，日常維護中需要重點關(guān)注雙系統(tǒng)因壓差導(dǎo)致的負荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

5.2 注意蓄電池的充放電管理

由于兩套開關(guān)電源系統(tǒng)并列運行，為避免系統(tǒng)均充時負荷轉(zhuǎn)移，建議關(guān)閉兩套開關(guān)電源系統(tǒng)的自動均充功能，宜用采取手動人工定時均充管理。當(dāng)單個系統(tǒng)交流輸入停電時，系統(tǒng)負荷會進行轉(zhuǎn)移，蓄電池不會放電。只有當(dāng)兩套開關(guān)電源交流輸入同時停電時，蓄電池才會放電。建議不宜采用降壓核對性蓄電池測試方法，可采用電池離線放電法或者采用全在線式放電法，以保障蓄電池達到深度放電的效果。

5.3 注意供電系統(tǒng)容量配置要滿足負荷轉(zhuǎn)移要求

當(dāng)兩套開關(guān)電源系統(tǒng)出現(xiàn)壓差時，根據(jù)后端通信設(shè)備輸入端隔離方式及壓差大小，各系統(tǒng)間的負荷會不平衡，系統(tǒng)間的電流會進行轉(zhuǎn)移，電壓高的系統(tǒng)負荷較大，極限情況下時，電壓高的系統(tǒng)會承載原兩套開關(guān)電源總負荷。需要對現(xiàn)網(wǎng)雙系統(tǒng)供電模式的電源系統(tǒng)進行核查，確保滿足負荷轉(zhuǎn)移時，各環(huán)節(jié)能夠承載，不影響系統(tǒng)正常供電。在新建雙系統(tǒng)供電電源設(shè)備時需考慮交流輸入電纜、整流模塊容量及開關(guān)容量冗余配置要滿足負荷轉(zhuǎn)移后的電流要求，確保不會出現(xiàn)過載現(xiàn)象而影響設(shè)備供電。

6 結(jié) 論

本文分析了直流雙系統(tǒng)雙路由供電模式的工作原理及其應(yīng)用場景，并對目前要求雙系統(tǒng)雙路由供電模式的典型通信設(shè)備進行了測試驗證，以期為相關(guān)人員提供參考。