通信機房電源系統的開放性設計

熊朝陽

（中信網絡有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430070）

0 引 言

通信機房由傳輸系統、數據系統、電源系統、消防系統、空調系統以及監控系統等組成，電源系統是基礎。隨著通信業務的快速發展，機房內通信設備的快速增加，尤其是新增設備的不可預見性，導致現在的通信機房對電源系統提出了更高的要求，其不僅要安全可靠，還要易維護、易管理、易擴容且易割接。其中，易擴容和易割接必須在設計階段就充分重視，要運用開放性思維，將電源系統設計成靈活度高、調度方便、擴展容易且易于更換的開放性系統[1]。

1 某小型傳輸中繼機房分析

為說明電源系統開放性設計的必要性，以某小型傳輸中繼機房的電源系統為例進行分析。

1.1 某小型傳輸中繼機房電源系統簡介

該機房位于市郊居民樓二樓，用于長途傳輸系統的中繼,有人值守。電源系統由一個直流開關電源柜和兩組65 Ah蓄電池組成，不配備直流分配柜，傳輸設備電源輸入直接與直流開關電源柜輸出空開相連，系統結構如圖1所示。市電為220 V，同時配備了一臺5 kW小型發電機。

圖1 小型傳輸中繼機房的電源系統

1.2 運行狀況

建成之初，這套電源系統完全能夠滿足需要，且有一定富余容量。隨著業務快速發展，機房內通信設備迅速增加，直流供電設備由1套增加到了9套，還增加了數十臺交流供電設備。為應對通信設備數量和負荷的增加，電源系統也數次擴容，市電由220 V改為380 V，兩組65 Ah蓄電池替換成了200 Ah蓄電池，同時增加了1套在線式UPS系統，加裝了交流分配柜和直流分配柜。但由于未預留足夠的獨立擴容空間，新增的電源設備只能與機房內數據傳輸設備混合布置，這樣既不符合相關規范，留有安全隱患，同時還難以滿足數據傳輸設備的供電要求，加之建設初期未做承重加固處理，因此該機房最終不得不搬遷新址，重新設計建造，造成較大的經濟損失。

1.3 設計中存在的問題

該機房設計缺乏合理的布局規劃，后期改造困難。具體到電源系統，設計時未預留出足夠的獨立擴容空間，同時忽略了電池擴容對機房承重的要求，造成了后期擴容困難。

對于大中型的通信節點機房或是IDC機房，由于它們建成后就要長期運行，改造成本較高，搬遷困難，因此在設計階段就要充分考慮電源系統的易擴容性和易割接性。

2 通信機房電源系統

電力負荷根據供電可靠性要求及中斷供電所造成損失程度被分為3級，通信機房一般為一級負荷或二級負荷[2]。一個典型的通信機房電源系統主要由變電站、備用發電機組、市電油機轉換屏、交流配電屏、直流不間斷電源設備以及交流不間斷電源設備（Uninterruptable Power System，UPS）等組成，具體見圖2[3]。

圖2 通信機房電源系統原理圖

通信機房電源系統設計一般是根據業務部門提出的通信設備種類和負荷以及市電的等級，計算出直流不間斷電源設備、UPS以及電池的容量，然后根據直流不間斷電源設備和UPS的容量、加上空調、照明以及消防等負荷容量，計算出變電站和發電機組的容量。根據上述參數亦可計算出各類轉換屏和UPS配電屏的容量與端口數量以及各類電纜的規格。此外，設計必須符合相關國家標準[4,5]。

3 電源系統的開放性設計

3.1 變電站

對于大中型通信機房，電源系統必須引入兩路（特殊情況時可為一路）獨立10 kV市電，且至少配置一臺變壓器[6-8]。變電站配置方式一般有兩種，分別如圖3（a）和圖3（b）所示。

圖3 通信機房變電站

3.1.1 干式和油式變壓器

干式變壓器和油式變壓器各有優缺點，油式變壓器容量大，價格便宜，空間較大時可使用，而空間有限時宜選擇干式變壓器。通信電源系統一般選擇干式變壓器。

3.1.2 變壓器容量

變壓器容量要合理選擇，即要留有富余量應對未來用電負荷的增長，還要避免容量過大導致效率下降、損耗增加以及基礎電費增多。比較穩妥的方案是根據業務部門提出的發展規劃來設計變壓器容量，預留出安裝新增變壓器的空間。

3.2 發電機組

發電機組的數量要結合市電統一考慮，當引入兩路市電時可配備1臺發電機組，當只有1路市電時宜配備兩臺。發電機組的容量應能同時滿足通信負荷功率、電池充電功率以及機房空調功率的需求，并留有一定余量。此外，發電機組應有自啟動功能，以減少響應時間。

3.3 低壓電力室

一般通信機房都會設置低壓電力室，用于布置市電油機轉換屏、交流配電屏、直流配電屏、UPS、直流不間斷電源設備以及直流電池組等設備。這些設備如何配置，技術上已經較為成熟，本文不再過多贅述。設計時一定要有前瞻性，布置要合理，并預留足夠的空間和容量應對未來的擴容改造。

3.3.1 電池承重

現有的電力室樓板不能滿足電池承重的要求時，需要對其進行局部加固，加固時要考慮將來電池是否會增加。因為電力室一旦投入使用，再對其進行基礎性改造幾乎不可能，因此在設計階段就要規劃好。

3.3.2 配電屏

各類配電屏如交流配電屏、直流配電屏以及UPS配電屏等設計時應留有足夠的接線端子，并預留新增配電屏的空間。此外，各類配電屏需具備故障告警和計量統計功能，計量統計配電屏上每一路負載消耗的電能。

3.4 UPS系統

宜選用模塊化UPS，即UPS中各類功率、旁路以及控制模塊均能熱插拔，方便維護和擴容。功率模塊應有冗余，UPS應1+1或N+1配置。

3.5 直流系統

直流系統宜選用模塊化設計，并能熱插拔，以方便維護和擴容。根據維護經驗，冷備份+熱備份是應用效果較好的方案，即除了配備一定數量的熱備份整流模塊外，還配備一定數量的冷備份整流模塊。電池組應根據市電的等級和負載情況綜合考慮。

3.6 通信設備的供電方式

3.6.1 集中式供電方式

當通信設備距離電力室較近或通信設備較少時，宜采用集中供電方式，即直流電源設備和UPS集中布置在電力室，UPS集中供電方式如圖4所示[9]。

圖4 集中式UPS供電方式

3.6.2 分布式供電方式

當通信設備距離電力室較遠或通信設備較多時，可采用分布式供電方式，即在通信設備附近布置多套小型直流電源設備或UPS，UPS分布式供電方式如圖5所示[9]。除此之外，也可根據機房實際情況和業務需求同時使用集中與分布式的供電方式。

圖5 分布式UPS供電方式

3.7 維護與管理

設計通信機房電源系統時，要充分考慮設備的日常維護和管理。選購的設備要易維修、易更換且易擴展，相關參數和數據要易采集、易查詢并易統計[10]。

4 結 論

本文重點強調設計電源系統時應有開放性和前瞻性思維，結合機房定位和技術發展充分考慮長期運營與維護中的各種需求。一個好的設計絕不僅僅是滿足目前通信設備的需求，也不是只要滿足可預見的將來的需求即可，而是要滿足未來某些不可預見的需求，具有開放性、前瞻性以及彈性。