壁掛式開關電源在小型通信機房的應用場景研究

劉 毅

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 運營商小型通信機房現狀分析

1.1 機房空間狹小和條件差

按照相關標準要求，通信機房的選擇需要考慮諸多因素，如溫度、濕度、潔凈度、噪聲、電磁干擾以及防雷接地等。一般站址不應選擇在易燃、易爆的倉庫和材料堆積場或者在生產過程中容易發生火災和爆炸危險的工廠、企業附近，不宜選擇在軍事、機場等重要設施的周圍。目前，通信運營商在通信機房的選擇上受到諸多限制，如周邊用戶投訴擾民、地理位置、周邊環境、外市電條件等。而在用戶較為集中的城區，很多小型通信機房存在空間狹小、通風不暢、進入困難等問題。而機房存在的上述諸多問題，極大地限制了機房內各種通信設備的選型范圍。由于機房為小型通信機房，受限于機房裝修、通信設備到貨、系統建設及聯調等問題，小型通信機房的部署周期一般較長。

1.2 機房內后備供電能力不足，日常維護不方便

通信設備在使用過程，如果出現供電電源供電不足的現象，則會導致通信設備處于停止運行狀態，嚴重時會引發通信故障。為保證通信設備的正常運行，且保障其良好的通信效果，為周邊用戶帶來便捷的服務，需要確保通信電源的可靠性和抗干擾能力，運行功率消耗量相對比較低[1]。在小型通信機房內，由于受到機房本身條件的限制，部分機房在使用交轉直供電設備進行供電。而許多在居民區內的通信機房，依靠供電公司的轉供電提供輸入電源，占用居民區的供電容量，本身就存在一定的斷電風險。再加上機房內無蓄電池、油機等后備電源，一旦發生斷電情況，將造成周邊業務停斷，將極大地影響用戶在網體驗。對于機房的日常維護人員來說，增大了工作強度與難度，不利于機房的日常維護工作。

1.3 機房內承重條件差

對機房設備進行增容改造時，在考慮設備性能、耗電量、布線方式以及成本的前提下，往往忽略了設備重量因素。一般情況下，小型通信機房多由民用建筑改造而成，有的建筑本身建造年代比較久遠，承重條件較差，地面可使用面積小。在機房擴容設備時應根據設計圖紙所提供的電子設備的重量，底面積的大小，計算并確定建筑物地板的均布活荷載標準值。通過計算通信設備的重量，布置方式和建筑內各種梁板布局，確定機房建筑物地板的等效均勻分布活荷載值。通常，小型通信機房在設備擴增問題上，需要考慮采用對地負荷小、占地面積小的機柜和設備方案，從而保證機房內樓板承重的可靠性和后期擴增的可連續性。

1.4 機房內防雷接地條件差

目前，部分通信設備存在著絕緣強度低，過電壓耐受能力差等致命弱點。一旦遭受雷擊等過壓的沖擊，輕則造成通信系統的運行中斷、設備的永久性損壞，重則系統所承載的實時運行的數據設備發生癱瘓，造成不可估量的直接與間接的巨大經濟損失和影響[2]。由于小型通信機房有的是年代久遠的民用建筑改造而成，很多機房本身無防雷接地母線可用。改造機房時需新建接地網，改造成本加大。部分機房由于建筑本身年久失修造成墻體返潮，環境濕度大，對于開關電源產品的防雷接地系統的質量要求就更為嚴格。

2 壁掛式開關電源的產品優勢分析

2.1 占用面積

組合式開關電源占用面積無論是在平面上還是空間上比壁掛式開關電源要大。以某廠家產品為例，組合式開關電源產品尺寸為600 mm×400 mm×2 000 mm。壁掛式開關電源產品尺寸為545 mm×250 mm×550 mm，且不占用地面空間。在小型通信機房場景下，無論是從后期設備維護角度，還是從設備占用面積和散熱情況等角度，壁掛式開關電源的優勢都較為明顯。

2.2 供電能力

壁掛式開關電源具有體積小、結構簡單、獨立構成系統等特點。一般具有重要負載開關及非重要負載開關，可以保障通信機房的某些重要業務在一定時間內不發生中斷情況，且有些產品具有搭載蓄電池的能力，提高通信機房的供電保障能力[3]。而傳統的交轉直供電設備，無一次、二次下電能力，且無法搭載蓄電池，無抗風險能力。一般的壁掛式開關電源，整流模塊采用有源功率因數補償技術，且整流模塊采用無損傷熱插拔技術，即插即用，更換時間小于1 min，提高了其供電保障能力。其電源系統一般具有完善的電池管理。有電池保護功能和負載下電功能，能實現溫度補償、自動調壓、無級限流、電池容量計算以及在線電池測試等功能[4]。

2.3 承重問題

在小型通信機房內，大部分的傳統組合式開關電源和交轉直供電設備存在給樓層建筑承重增加負荷的問題。而壁掛式開關電源不需要占用地面空間，減少了樓層承重負荷，給后續機房業務提供了發展空間。但在安裝之前，需核實墻體承重是否符合相關標準要求，墻體也應做好防水處理。

2.4 容量問題

一般情況下，組合式開關電源的容量要比壁掛式開關電源要大。以某廠家產品為例，組合式開關電源分為600 A、900 A 這2 種型號規格，而壁掛式開關電源分為100 A、150 A、200 A 這3 種規格，其規格劃分區間更為貼近小型通信機房的應用場景。

2.5 防雷接地問題

目前，壁掛式開關電源產品大多具有完善的接地設計，交流、直流系統防雷以及浪涌保護措施。對于在部分特殊環境下的機房條件（如環境濕度偏大），在做好墻體防水處理的前提下，能夠起到保護供電系統的作用。

3 壁掛式開關電源的場景應用分析

某通信運營商小型通信機房平面布置如圖1所示。

機房外市電為220 V 三相供電，交流配電箱負荷開關為交流30 A。現有機房直流電負載為10 A，機房內現有設備為1 臺光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設備，綜合機柜內使用1 臺交轉直設備為OLT 供電。該機房場景目前擬需要進行電源配套改造，場景分析如下。

（1）梳理機房內各類負荷需求。總負載電流為

式中：Ia為總負載電流；Ib為設備總電流；Ic為電池平均充電電流。結合配置原理，得出容量。

（2）整流模塊算法。模塊數n的計算方法為

整流模塊的數量應根據當前負荷考慮，電流負載應根據實際負載電流確定（不考慮電池充電電流）。數量按照n+1 配置：當n≤8 時，備用1 個；當n≥9時，備用2 個。

（3）蓄電池組算法。依據蓄電池組公式，總容量為

式中：Q為蓄電池組總容量，Ah；K為安全系數，取1.25；I為負荷電流，本次取50 A（現有負載10 A+后續發展預估40 A）；T為放電小時數，本次取4 h；η為放電容量系數，取0.79；t為實際電池所在地最低環境溫度數值，本次取15 ℃；α為電池溫度系數，本次取0.008。將以上數值帶入計算，得出Q≥344 Ah。因此本次選用2 組200 Ah 蓄電池組可滿足本次擬改造要求。

（4）通信設備電流需求。通信設備電流需求為直流（10 A）加后續發展（40 A），共50 A。空調電流需求為交流9 A。照明、監控等電流需求為交流7 A。蓄電池充電為直流40 A。直流負荷需求合計90 A，交流負荷需求合計16 A。

（5）根據直流負荷需求以及機房條件限制（空間狹小、地面面積不足），擬配套改造方案如下。選擇壁掛式開關電源150 A 或200 A 規格作為開關電源，2 組200 Ah 規格蓄電池組作為后備電源。對于交流配電箱容量應做適量擴容處理，對應外市電上口電容量也需進行擴容。新增動環監控系統以完善機房動力環境配置。

4 小型通信機房電源系統設計和建設階段需要注意的問題與優化建議

4.1 需要注意的問題

在通信機房電源建設的設計階段，應先對電源系統的可靠性進行勘察并確認。如果設計中沒有合理的電源備份情況，一旦發生斷電情況，就會發生長時間的業務中斷情況。勘察時，需要記錄配置開關電源的一些基礎數據。如本期通信設備的耗電量與端子需求，并適當考慮后期擴容的需求。根據機房的使用面積和供電系統確定終期需求。當進行系統擴容設計時，應詳細記錄現有開關電源的品牌、型號、尺寸、容量、端子占用情況、用電負荷情況以及電纜線徑等數據。針對機房內現有直流配電屏與蓄電池的現狀也應一并勘察并記錄相關數據情況，以便調整擴容方案。對于機房內現有地線排的位置與端子占用情況也需要了解并記錄。注意勘察設計時不應完全套用之前的機房平面數據材料，應在勘察階段對平面數據進行校核，對現有機房設備進行定位測量并記錄。對于機房樓板承重，需仔細核查并確認現有承重情況，計算擴容后樓板負荷情況，如不滿足樓板承重要求，應提出并要求相關責任方對樓板進行承重加固措施后方可進行建設環節。

4.2 優化建議

依據之前的場景分析，針對于小型通信機房的電源系統建設，提出以下優化建議。

（1）建議將小型通信機房100%納入動環監控系統，進而加強機房自管理能力，能夠及時發現機房內的風險因素，提高機房運營效率和水平，推動監控系統的建設，實現有人值守向無人值守的轉變。

（2）差異化選擇產品。對于小型通信機房，可選擇的開關電源有組合式開關電源（電流為600 A 和900 A）、柜內嵌入式電源（電流為50 ～200 A）、壁掛式開關電源（電流為100 ～200 A）。對于機房條件較為良好且預估后期周邊用戶業務發展趨勢較好的，建議使用組合式開關電源。對于機房地面空間較為狹小的，建議使用壁掛式開關電源。對于室外綜合柜的場景，建議使用柜內嵌入式電源。

（3）供配電系統應盡量靠近機房設備負荷，合理選擇電纜走向，降低線損。配置系統時應考慮技術的先進性和設備的可維護性，盡可能選擇可維護性高、智能化高、質量可靠、使用效率高以及壽命長的節能型產品[5]。

（4）考慮經濟性及合理性，提高交流主用電源的利用率及可靠性，延長備用電源的使用年限并縮短備用電源的容量。根據供電負載的重要程度采用不同的供電方案，區別對待重要負載和非重要負載[6]。

（5）考慮供電系統的適應性和擴展性[7]。直流電源供電方式應能符合交換機等通信設備對高阻或低阻供電要求，交流電源應能符合網管、計費、監控等系統的要求。同時，電源系統在配置時應便于擴展，以滿足通信設備擴容的需要[8]。

（6）開關電源的設置需與機房內負荷現場一致，不應使用設備的默認出廠配置。在選擇壁掛式開關電源的安裝位置時，可選擇在水泥面或其他不燃燒面，并和其他易燃物保持足夠的安全距離。應注意避免在潮濕或返潮比較嚴重的墻體上進行安裝[9]。核實安裝墻體是否為實墻，其墻體承重需符產品合安裝要求。在確定安裝位置時，也應考慮后期維護空間要求。

（7）注重節能減排技術的應用。目前我國通信行業年耗電量增長迅猛，通信行業的節能減排工作將大有可為。在通信電源設備層面，可采用諧波整治、開關電源模塊休眠技術等新技術，提升機房的節能減排效果[10]。

（8）在機房前期建設中，做好機房接地系統的勘測和設計，以保證機房的接地電阻值符合相關標準要求。由于小型通信機房的使用面積有限，在前期規劃設計中，應因地制宜地結合機房現有條件，合理地規劃機房設備布局。

5 結 論

作為通信機房內供電系統中的重要角色，開關電源的選擇是通信機房建設中極為重要的一個環節。壁掛式開關電源作為近年來使用率較高的電源設備產品，其應用場景較為廣泛。文章分析小型通信機房的開關電源選擇以及壁掛式開關電源產品優勢，對于小型通信機房內電源系統的建設方式提供了一種新的思路。