通信電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

張勤虎

（62626部隊(duì)，甘肅 蘭州 732750）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，通信行業(yè)在不斷地升級(jí)換代，通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率獲得了巨大提高，通信傳遞的各種功能也在不斷提升和完善。2G到5G的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代已經(jīng)成為了人們生活中的重要組成部分，而電力作為通信行業(yè)中的重要一環(huán)，其使用的意義非常重大。電力是通信電源設(shè)備順暢運(yùn)行的關(guān)鍵，如何保證其在通信各級(jí)設(shè)備中的順暢運(yùn)行是各級(jí)人員需要重視的重要內(nèi)容。

電源通信主要使用的設(shè)備是搭載程控交換機(jī)、微波通信、光纖通信以及電力載波通信等搭載電力的直流電源。隨著我國技術(shù)的不斷升級(jí)換代，電源設(shè)備舊接口導(dǎo)致的事故問題已經(jīng)大大減少，而新接口和新功能產(chǎn)生的問題更復(fù)雜且難度更大。這些問題不但存在人為的因素，也有新設(shè)備的的因素，甚至有些是運(yùn)行兼容性的問題，因此在各種不同設(shè)備電源供電的方案上進(jìn)行更靈活地調(diào)整與切換，確保電源的保障功能非常重要。本文就電力電源主要存在的問題進(jìn)行一些探討和分析。

1 通信網(wǎng)絡(luò)電源的現(xiàn)狀及其未來發(fā)展的趨勢(shì)

通信電源作為通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，雖然在整個(gè)行業(yè)所占的份額較小，但它卻是整個(gè)通信系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是通信網(wǎng)中一個(gè)不可或缺的專業(yè)組成部分[1]。近年來，我國的科技水平日益提高，通信電源的系統(tǒng)可靠性和安全穩(wěn)定性都得到極大提高，使得在該應(yīng)用方面取得的成就也越來越大[2]。

通信電源是為電力通信系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)、高效、安全以及穩(wěn)定的能源輸出設(shè)備，因此在其今后的開發(fā)研究道路中將會(huì)將創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)、安全、高性能的能源設(shè)備作為重要目標(biāo)[3]。當(dāng)今正處于互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的普遍發(fā)展和運(yùn)用也為通信行業(yè)的發(fā)展帶來重大契機(jī)。電力系統(tǒng)作為通信行業(yè)的保障，也會(huì)隨著時(shí)代的需求而不斷升級(jí)換代。

2 通信網(wǎng)絡(luò)電源中常見開關(guān)電源分析

通信網(wǎng)絡(luò)中的電源采用多種方式進(jìn)行供電工作，常見的電源供應(yīng)由直流電供電系統(tǒng)、交流電供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)以及各種電源使用監(jiān)控系統(tǒng)組成[4]。電力系統(tǒng)主要應(yīng)用的通信電源根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同會(huì)采用不同的電源方式，如高頻電源、變電一體轉(zhuǎn)化電源、線性直流電源以及相位控制電源等。而由于在通信使用過程中電源使用較為頻繁，因此采用一種能夠具備反復(fù)使用、高頻功能以及智能化等特性的電源模式能夠讓網(wǎng)絡(luò)通信電力系統(tǒng)更好地運(yùn)行。其中最常見的兩種電源模式為高頻開關(guān)電源和變電一體化電源，下文將著重介紹這兩種電源的特性[5]。

2.1 高頻開關(guān)電源

高頻開關(guān)電源是一種使用高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，主要是通過一個(gè)位準(zhǔn)的電壓將各種形狀的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端需要的電壓或者電流。其主要開關(guān)的頻率為50～100 kHz，具有一定的高效性和穩(wěn)定性[6]。

高頻開關(guān)電源主要由主電路、控制電路、檢測(cè)電路以及輔助電源燈4大部分組成。其中，主電路主要是通過濾波器、整流功能以及濾波功能等將高頻電路轉(zhuǎn)換成為較低頻率的直流電路，其能夠提供穩(wěn)定可靠的電源。控制電路是保證穩(wěn)定輸出的重要設(shè)備，其通過逆變器改變整個(gè)高頻的頻率或者脈寬等，將經(jīng)過的電流轉(zhuǎn)換成為穩(wěn)定的輸出功率，并且在轉(zhuǎn)換過程中提供各種保護(hù)性的功能。檢測(cè)電路主要是通過保護(hù)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和儀表燈信息的顯示。而輔助電源是提供各種電源所需的輔助幫助設(shè)備[7]。

高頻開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理主要是通過主電路過濾電網(wǎng)中存在的各種雜波，并通過反復(fù)降濾波的方式將電網(wǎng)中的交流電直接整流為較為平穩(wěn)、安全的直接電，以便后期進(jìn)行更多的變換。通過整流后的直流電再次轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，如果連接的設(shè)備需要更多不同的頻率或者帶寬輸出，則可以通過控制電路來進(jìn)行逆變器的轉(zhuǎn)換，最終根據(jù)整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)載實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的直流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和控制。高頻開關(guān)整流模塊主電路原理電路如圖1所示。

圖1 高頻開關(guān)整流模塊主電路原理電路圖

高頻開關(guān)電源一般使用通信網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景在于需要直流供應(yīng)電路的設(shè)備。這類設(shè)備一般由國內(nèi)外進(jìn)口的精密儀器所組成，需要提供穩(wěn)定和安全的直流電，加上需要附帶著各種遠(yuǎn)控裝置，遇到危險(xiǎn)時(shí)具有預(yù)警和自動(dòng)保護(hù)功能。該類設(shè)備采用直流電供應(yīng)，節(jié)省了傳統(tǒng)整流器不斷調(diào)壓和主變電器的損耗，能夠直接節(jié)約能源在35%以上，從而大大提升了整個(gè)設(shè)備的使用成本和壽命[8]。

2.2 變電一體化電源

變電一體化電源是多種電源方案結(jié)合在一起而形成的，主要包括直流電源、交流電源以及逆變電源等。通過一定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理和控制、完整監(jiān)控后集中輸出的電力方案。

變電一體化主要原理是利用現(xiàn)有電力系統(tǒng)電源的方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)電源設(shè)備的需求進(jìn)行組合分析，最終找到一種實(shí)現(xiàn)電源管理控制的方案。該方案包含了直流配電電源、通信電源以及交流不間斷電源等多種供電方案。其中，直接配電電源主要是將各個(gè)內(nèi)部電源進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)，按照通信所需要的供電模式直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里包含了原先交流電源和直流電源等的轉(zhuǎn)換。直流配電模塊原理如圖2所示。通信電源主要使用直流操作電源轉(zhuǎn)換后的電流，如果在使用中通信系統(tǒng)發(fā)生故障，交流電無法直供給通信設(shè)備使用，那么此時(shí)交流不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）將直接補(bǔ)充電力需求[9]。

圖2 直流配電模塊原理框圖

變電一體化的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，但由于通信網(wǎng)絡(luò)的位置和管理方式非常復(fù)雜，因此要有針對(duì)性地進(jìn)行使用，需要有專門人員設(shè)計(jì)并進(jìn)行搭配處理。例如，針對(duì)山區(qū)、山地的通信網(wǎng)絡(luò)需要考慮到輸送電流不變的情況，UPS需要搭配較大存儲(chǔ)容量的電力系統(tǒng)，以便在出現(xiàn)故障，發(fā)生斷電等事故時(shí)，設(shè)備依然能夠正常工作，也保證這些區(qū)域的手機(jī)信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)能夠正常使用。

3 電力通信電源存在的問題分析

通信電源在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中經(jīng)常會(huì)存在著不少的問題，且這些問題對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的影響較大，甚至有可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或部分區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)中斷、無法運(yùn)行等。下文將根據(jù)常見的情況分別舉出5個(gè)方面的問題進(jìn)行分析。

3.1 蓄電池提供電力不足的問題

蓄電池在通信網(wǎng)絡(luò)中是經(jīng)常使用的網(wǎng)絡(luò)電源設(shè)備之一，這不僅是因?yàn)槠淠軌蛟跀嚯姇r(shí)提供一定時(shí)間的電力，而且使用過程中還能夠在電力系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)（電壓、電流不穩(wěn)定時(shí)）提供穩(wěn)壓的功能[10]。但是蓄電池的使用也存在著一些致命的情況，在高溫、高壓的環(huán)境下工作容易縮短其壽命，而且在一定高溫下，電池溶液容易達(dá)到燃點(diǎn)而燃燒從而損壞設(shè)備和儀器。

3.2 電源系統(tǒng)參數(shù)不穩(wěn)定

現(xiàn)實(shí)中，使用設(shè)備所設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)往往隨著區(qū)域的不同也各有不同。在電力較為穩(wěn)定的區(qū)域電源系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置就較簡易，而電力不穩(wěn)定區(qū)域電源系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置就較為復(fù)雜，預(yù)警機(jī)制也更精確。這導(dǎo)致了各個(gè)區(qū)域電源系統(tǒng)參數(shù)的不一致，使得電源的管理非常復(fù)雜，難以控制，也間接影響了通信網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

3.3 通信設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷工作

由于城市的人口不斷增加，一些重點(diǎn)時(shí)段和重點(diǎn)區(qū)域的人口聚集區(qū)域也很難控制具體的流量，導(dǎo)致了通信網(wǎng)絡(luò)不得不經(jīng)常在某些時(shí)間節(jié)點(diǎn)上超負(fù)荷、超時(shí)段工作。而通信網(wǎng)絡(luò)的超負(fù)荷運(yùn)行很容易讓網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生巨大的損耗，從而犧牲壽命。

3.4 維護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致設(shè)備的問題

通信設(shè)備比不上其他的硬件設(shè)備，其需要維持長期的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，這個(gè)過程中需要運(yùn)維人員經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，否則一旦出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致無法正常使用。

3.5 蓄電池的穩(wěn)定性問題

長期以來，蓄電池作為一種電力的臨時(shí)設(shè)備，長期的充放電很容易造成蓄電池的虧電，而維修不及時(shí)很容易造成設(shè)備的故障。

4 解決對(duì)策

在通信電源使用過程中，通信電源的控制和穩(wěn)定性單純使用人員進(jìn)行管控的話很容易出現(xiàn)各種隱患問題，因此增加智能化的設(shè)備管理工具，并在電力系統(tǒng)中采用穩(wěn)壓、穩(wěn)流設(shè)備，進(jìn)一步提升控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.1 重視環(huán)境差異

常用的高頻開關(guān)對(duì)于溫度的需求并不大，一般在-5～40 ℃可以正常運(yùn)行，但對(duì)于塵土有著嚴(yán)格的要求，運(yùn)行設(shè)備的室內(nèi)要求是干凈整潔，無塵或者少塵狀態(tài)，并保持干燥。主要是因?yàn)榭諝鉂穸群蛪m土很容易產(chǎn)生靜電，從而造成主板受到靜電傷害。蓄電池是常用的穩(wěn)定設(shè)備，其對(duì)于環(huán)境中的溫度有著嚴(yán)格的需求，正常使用的溫度一般在15～30 ℃。溫度太低會(huì)造成電池蓄電容量減低，影響電力供應(yīng)，而溫度太高則會(huì)影響電池壽命的長短。此外，由于蓄電池本身已經(jīng)處于密封狀態(tài)，因此幾乎可以忽略由環(huán)境中灰塵和濕度造成的影響。

4.2 不能隨意添加大功率設(shè)備

不少通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在進(jìn)行變電一體化設(shè)計(jì)的過程中已經(jīng)核算清楚整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠支持的最大功率。因此在機(jī)房的管理和使用過程中，不能隨意添加或者更換已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)備，否則很容易使整個(gè)線路功率過高，從而導(dǎo)致整體設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，甚至有可能損壞機(jī)器設(shè)備。

4.3 電源的狀態(tài)符合輸入輸出要求

設(shè)備整個(gè)使用過程中對(duì)于電源的要求都很嚴(yán)格，不能經(jīng)常性出現(xiàn)高壓或者低壓的狀態(tài)，否則會(huì)直接影響到設(shè)備的輸出功率。特別是一些大功率的電力控制設(shè)備，一旦出現(xiàn)電壓或者電流不穩(wěn)定的情況，則直接會(huì)出現(xiàn)功率不穩(wěn)定的情況，影響到接收信號(hào)的穩(wěn)定性，為此會(huì)在設(shè)備電源處增加穩(wěn)壓、穩(wěn)流設(shè)備。

4.4 加裝斷聯(lián)電路和電池容量保護(hù)電路

變電一體化設(shè)備在設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)存在局限性，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)遺漏電池的深度放電問題，因此需要加裝斷聯(lián)電路和電池容量保護(hù)電路，提升電池的使用率。

4.5 及時(shí)檢修和維護(hù)蓄電池

蓄電池是通信網(wǎng)絡(luò)中臨時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)順暢重要設(shè)備之一，其在電力供應(yīng)系統(tǒng)中有著重要的意義。由于蓄電池在使用過程中一般都處于放電和充電的運(yùn)行過程中，這很容易造成電池正負(fù)兩極出現(xiàn)大量的熱量，導(dǎo)致兩極極板過熱而膨脹變形。熱量積蓄過大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池故障甚至燃燒。因此在使用一定時(shí)間后要及時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行檢修和維護(hù)，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié) 論

通信電源是整個(gè)電力系統(tǒng)的核心，既需要高強(qiáng)度的繁忙工作，又需要有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性，以保證其能夠順暢高效地工作。但在現(xiàn)實(shí)生活中，通信電源經(jīng)常由于各種事故的發(fā)生而被迫停止，這導(dǎo)致通信設(shè)備無法正常工作而中斷連接，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)出現(xiàn)大面積的癱瘓和崩潰。因?yàn)檫@類事故的產(chǎn)生將會(huì)給企業(yè)和個(gè)人造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)利益損失，所以保護(hù)通信電源有著非常重要的意義。隨著我國經(jīng)濟(jì)生活的飛速發(fā)展，人們對(duì)于通信質(zhì)量的要求也越來越高，因此有必要加強(qiáng)對(duì)于通信電源的研發(fā)和升級(jí)換代。