直流雙系統供電模式可靠性分析及建設維護建議

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

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

1 直流雙系統雙路由供電結構原理

對于重要通信設備，要求采用直流雙系統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，兩套直流電源系統的供電路由全程隔離，解決了直流單電源系統的供電瓶頸問題，實現了雙電源雙路供電模式，供電系統結構原理如圖1所示。

圖1 供電系統結構原理圖

2 直流雙系統雙路由供電模式應用場景

根據雙系統雙路由供電模式原理圖可知，通信設備內電源模塊的輸入來自兩套不同的開關電源系統。由于兩套開關電源系統的輸出控制、電纜線徑長度等很難保持一致，因此在通信設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承擔負載的電流大，當壓差大于一定值時甚至承擔全部負荷電流。對于通信設備電源模塊內部2路輸入沒有隔離措施的情況，電壓高的直流電源系統甚至會出現向電壓低的直流電源系統倒灌電流，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等危險情況發生。因此，雙系統雙路由供電模式主要應用于通信設備內部具備雙路輸入隔離措施的場合[2]。

3 雙系統供電模式通信設備雙路輸入隔離原理

為防止兩套直流電源系統壓差導致電流的倒灌竄流風險，雙系統雙路由供電模式的通信設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），即在通信設備電源模塊內部設置了一個重要器件——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使用互為備份。

4 直流雙系統供電模式安全性測試驗證

4.1 測試環境、對象及方法

安裝兩套獨立的直流開關電源系統，關閉自動均充功能，將待測試的通信設備兩路供電分別接入兩套開關電源系統。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，均為雙系統雙路由的通信設備，如表1所示。

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

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 兩套開關電源系統均正常運行狀態

當兩套電源系統均處于浮充運行狀態時，兩套電源系統的輸出電壓和電流基本一致，總輸出電流為109 A。其中，開關電源1系統電壓為53.5 V，電流為57 A；開關電源2系統電壓為53.5 V，電流為52 A。通過現場手動調整兩套開關電源線系統的輸出電壓，當兩套開關電源的輸出電壓不一致產生壓差時，兩套電源系統和后端通信設備均運行正常，沒有告警等異常情況發生。

4.2.2 故障運行狀態（包括供電側故障和用電側故障）

除模擬兩套電源均處于正常運行狀態外，還模擬雙系統供電模式的兩套電源系統出現故障（供電側和設備側出現故障）的情況，通信設備運行均正常，沒有受到影響。

4.2.2.1 供電側故障時通信設備運行情況

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

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

4.2.2.2 設備側單側供電故障通信設備運行情況

模擬通信設備單路短路時，采用32 A短路開關模擬CE設備單路短路。在開關電源側測量結果為：系統一（短路系統）最低電壓為43 V，持續時間為3 ms；系統二電壓基本不受影響，瞬時電壓下降至51.4 V。在CE設備側測量結果為：系統一（短路系統）最低電壓為23.6 V，持續時間為3 ms；系統二最低電壓為47.4 V，持續時間為3 ms，CE設備運行正常，無告警發生。

模擬通信設備單路短路時，采用63 A短路開關模擬CE設備單路短路。在開關電源側測量結果為：系統一（短路系統）最低電壓為35.4 V，持續時間為3 ms；系統二電壓基本不受影響，瞬時電壓下降至50 V。在CE設備側測量結果為：系統一（短路系統）最低電壓為13.2 V，持續時間為4 ms；系統二最低電壓為44 V，持續時間為4 ms，CE設備運行正常，無告警發生。

4.3 測試驗證結論

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

5 雙系統雙路由供電模式下的維護建設注意事項及建議

5.1 注意雙系統因壓差導致的負荷轉移

雙系統供電中，單套電源系統故障時不影響對網元的正常供電，系統安全性更高；單套系統故障時留給維護人員搶修的時間相對較長。但是雙系統供電模式兩套電源系統不可避免存在壓差，日常維護中需要重點關注雙系統因壓差導致的負荷轉移現象。

5.2 注意蓄電池的充放電管理

由于兩套開關電源系統并列運行，為避免系統均充時負荷轉移，建議關閉兩套開關電源系統的自動均充功能，宜用采取手動人工定時均充管理。當單個系統交流輸入停電時，系統負荷會進行轉移，蓄電池不會放電。只有當兩套開關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 注意供電系統容量配置要滿足負荷轉移要求

當兩套開關電源系統出現壓差時，根據后端通信設備輸入端隔離方式及壓差大小，各系統間的負荷會不平衡，系統間的電流會進行轉移，電壓高的系統負荷較大，極限情況下時，電壓高的系統會承載原兩套開關電源總負荷。需要對現網雙系統供電模式的電源系統進行核查，確保滿足負荷轉移時，各環節能夠承載，不影響系統正常供電。在新建雙系統供電電源設備時需考慮交流輸入電纜、整流模塊容量及開關容量冗余配置要滿足負荷轉移后的電流要求，確保不會出現過載現象而影響設備供電。

6 結 論

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