高速公路通信電源的設計與運行維護

江輝明

中通服咨詢設計研究院有限公司 江蘇 南京 210019

引言

高速公路收費一般都是在電力供應良好狀態下完成，如果電力供應不足，則會導致整個通信電源系統無法正常工作；另外，如果收費站工作人員關閉電源，或人工開啟護欄，讓車輛通行的情況下，也不能將收費數據錄入計算機。因此，除了要確保電力供應外，還要加強日常的運行維護工作。

1 通信電源基本結構

通信電源通常包括交流電模塊、直流電模塊、整流模塊和監控模塊。

目前，在高速公路通信電源的設計中，大部分都使用了開關電源技術，主要涉及以下方面。

1.1 均流技術

均流技術，主要指的是讓許多部件串聯起來，從而提高系統的可靠性，進而構建前所未有的高壓輸配電網絡，還能提高整個網絡的穩定性。

1.2 開關線路

隨著開關線路的發展，其使用頻率越來越高，效率越來越高，同時各組件的轉換功率也越來越大。

1.3 功率因數校正技術

功率因數校正技術，主要指的是一種能有效改善開關電源功率因子的技術。開關電源電路中存在的整流環節，會引起電網電流波形失真，諧波含量增大，從而引起功率因數降低（未經處理，功率因數只有0.65左右），給電網環境帶來污染。因此，要提高電力系統的功率因數，減少電力系統的污染。

1.4 智能化

智能化，智能為維修工作提供了很大的便利，提高了維修質量，也為用戶的經營管理帶來了很大的便利。

2 設計基本要求

通信裝置的故障通常只會出現在一片非常小的區域。然而，當通信電源發生故障時，整個通信系統將陷入癱瘓狀態。為了保證電源設備的正常運行，需要備有備品備件[1]。應該提供兩路或多路輸入，以應對交流和直流電源的備用需求。根據通信電源的要求，應該具備良好的防雷措施，并且電壓波動范圍應該符合設備的要求。此外，需要建立多重備用系統，以防止電源系統發生故障導致完全中斷。由于不同區域的電網結構和用電量差異，許多地方的電壓波動范圍都比較大。特別是在一些變電站、微波站、光纖通信站、模塊站等場所，交流電壓的波動甚至可以超過±30%。在保證電網穩定的前提下，必須在電網中增加穩定的電壓，才能使電網穩定。

3 高速公路通信電源的設計

3.1 高速公路通信電源的框架設計

不間斷電源（UPS）是通信電力系統的最主要動力來源，它是提高可靠性的最有效途徑。通信電源由交流配電單元，UPS主機單元，UPS電池組單元，直流穩壓單元，電源監測單元，防雷模塊單元。它的工作原理是：由交流配電網向UPS主電源供電，經整流、濾波后，由UPS主電源供電，由UPS主電源供電，再由UPS整流、濾波，得到穩定的直流電壓[2]。這一電壓被用來進行浮充，并被逆變器轉換成交流脈沖波，再經過濾波和整形，輸出一個穩定的工頻交流電，為通訊電源系統提供電力。在輸入電源斷電的情況下，通過蓄電池為逆變器提供動力，從而保證了交流電源的正常工作。在逆變器發生故障的情況下，通過旁路的交流電源，使輸出電源開關打開，使旁路電源開關關閉，并使負荷由一旁路的交流電源提供。由UPS輸出的AC工頻電流，經UPS輸入到DC穩壓器，再由DC穩壓器輸出到通信設備。在直流穩壓模塊的基礎上，應進行備用模塊的設計，一次使用一次，一次使用一次，條件允許使用多次。電源監測器主要監測系統的溫度、輸出的電壓、輸出的電流、交流輸入的電壓等參數，使維修人員能夠在任何時間對電源運行狀態進行監測。利用UPS電源供應，可確保通信器材獲得正常供電于市電失靈的情況下；UPS充電的時間不會超過兩小時。在此基礎上，提出了一種新型的防雷技術，以防止通信電力系統因雷擊事故而無法正常工作，提高通信電力系統的可靠性。在電源輸入方面，如果條件允許，可采用市電雙路電源，多路電源。

3.2 高速公路通信電源的防雷接地設計

交、直流接地系統：AC/DC接地系統按其特性及應用范圍，可以劃分為工作接地及保護性接地[3]。① AC工作接地，即把中性點的不對稱電流釋放到地面，來減小中性點的電位偏差值，保證各相正常運行；②為了避免因設備絕緣受損而發生的觸電風險，在受電設備的殼體、電力電纜的金屬層和接地裝置之間建立起一條線路；③為保證通信裝置的正常運行，保證通信質量，提供了一個直流工作接地；④ DC保護接地，即把 DC裝置的某些部位，如金屬箱、電纜的金屬箱與地面相連接。在通信直流電源中，工作和保護接地是結合在一起的。直流工作接地是將-48V的蓄電池組正極連接到地面上，這樣可以減少直流接觸器或電纜金屬外皮絕緣不良時引起的電蝕作用，從而保護直流接觸器和電纜金屬外皮不受損壞。

防雷系統：通信電源交流系統防雷劃分為四級，第一級的防雷措施采用低壓電纜的供電線路；第二級則使用交流電源分配單元；第三級利用整流器的輸入端；而第四級則把目光投向了整流器的直流輸出電路。

通信電源的防雷屬于強電防雷設計，它的重點在于當電網接入交流配電單元和電網接入UPS主機時，對其進行防雷模塊的設計，采用了二級防雷。在電網接入交流配電裝置之前，將電源防雷器安裝到交流配電裝置，并經該防雷器輸出至交流配電裝置，再將其輸入UPS中的防雷器。在避雷裝置的選用上，應使避雷裝置的保險絲電壓、保險絲電流均高于系統額定運行電壓及電流。

通信電源需接地的部位包括：輸入網絡的接地，UPS外殼的接地，安裝支架的接地等等。一般情況下，電腦房的地線都是采用綜合地線，并且必須在接點處焊得結實、不受腐蝕；接地排的地線一定要緊密相連。使用地阻儀測試接地電阻較大的時候，要注意選擇測量輔助地極點，確保每次測量取點一致，以減小由于測量方法的差異而產生的偏差。當接地電阻過大時，應立即采取措施，并應滿足設計的綜合接地電阻不超過1Ω。

3.3 高速公路通信電源的散熱部分設計

在實際設計優化階段時，重視通信電源系統設計工作，并充分了解電流電壓的情況，避免受其影響而導致出現問題。因此，在設計階段必須要通過控制單元，規范操作，對各個數據有著一定了解。針對不能正常散熱的情況，進行科學有效的分析，了解通信電源出現的問題，才能確保設備安全穩定運行。

因此，在設計系統的過程中，了解各項工作標準，以便于提升設計效果，而且空調溫度設計作為重要工作，需要將其控制在25℃左右，這樣可以通過安裝三個風扇的方式，以便于達到額定溫度。

4 高速公路通信電源日常運行維護的措施

通信與電源密不可分，而電源又是通信的保障。因此，確保通信電源的正常運行，尤為重要。通信網絡的穩定運行與電力系統的可靠性、穩定性密切相關。與此同時，隨著通信行業的快速發展，通信電源的發展也得到了極大的促進。這就導致了維修人員對于廠商的依賴性越來越強，設備故障所造成的損失風險也隨之增加。通信電源是通信系統的核心。因此，在此背景下下，通信電源的運行維護與管理也就有了新的要求[4]。

4.1 結合廠家實力，科學選擇電源設備

目前，市場上的電源設備品牌非常復雜，雖然都符合入網檢查標準的各項性能指標。但在結構、人性化設計、智能化監控以及售后服務保障等方面，不同品牌之間的差異很大。如果不能正確地選擇這些品牌的設備，將會給后期維護帶來困難，更難以獲得制造商的擔保等諸多問題。品牌的數目不過多，盡可能地單一，這樣有利于提高人員的技術水平。同時，選擇的設備具有一定的規模，也便于為客戶爭取更好的售后服務條件；對于同一種型號的設備，盡可能的將其配置在相同的區域，以便維修人員能夠進行單一的、深入的維修。

在電力系統中，對電力系統的安裝與驗收工作也起著至關重要的作用。經生產廠家檢驗合格的產品，經過運輸、顛簸，到達安裝地點時，內部和外部的電接觸點有可能發生松脫或脫落；另外，廠商給出的參數設置，也有可能與現實不符，為今后的運行留下了隱患。通過對這些問題的排除和糾正，使該電力裝置在未來的使用中安全穩定運行有重大意義。

4.2 建立健全新的維護機制和制度

要保證大規模的通信網絡的安全、可靠的電力供應，保證通信的不中斷，在少數人員的條件下，還需要對種類繁多、數量多、分布廣的電力設施進行日常的維護和故障搶修。所以，應該建立一個科學的，健全的通信電源維修系統，提高維護工作的效率，提高維護工作的科學性，不斷提高管理水平，以此來適應工業的快速發展，是最主要的任務。當前，應以“集中維護，集中管理，集中監視”為特色，以電環監視系統為平臺，結合地方實際情況，因地制宜，不斷改革維護制度。建立以“集中式維護、集中式管理、集中式監控”為主的維護制度，形成“集中式報障、閉環處理”的運行機制。在日常的管理工作中，一定要提倡主動維修，預防維修故障的發生；同時，要盡早地發現故障，充分運用各類監控手段，保證用最快的速度來處理問題，做到及早、及時，以降低故障帶來的損失。

4.3 維持良好的備件狀況，逐步推行自動倒換裝置

隨著自動倒換裝置的逐步普及，以及具備機械式人工換向器的特點，建議在緊急情況下使用大容量的交流電源。該系統由兩個子系統組成，一個是變壓器，另一個是發動機。高壓開關聯絡柜用于備份各子網之間的電源，盡可能不使用電動機。當發生斷電時，該系統可以迅速啟動發電機，以防止電池沒電。如果條件允許，各個主要通信機房點應該引進兩條不同變電站提供高壓電力的高壓線路，以提高供電的可靠性。

在電力系統的維修和管理工作中，自動倒換裝置扮演著重要的角色。除了記住開啟和關閉的步驟之外，當使用自動倒換裝置時，還需注意輸入的電壓、電流、頻率等重要參數，以確保自動倒換裝置的正常工作[5]。按照維護規定，應該建立對蓄電池容量進行測試和驗證的操作流程，并購置與之相適應的蓄電池容量測試儀器，例如：蓄電池容量測試儀、移動式假負載、移動式充電機和蓄電池單體活化儀，并配有維修人員。此外，定期檢查電池的正常使用也是必要的，通常每三個月進行一次。

4.4 加強專業人才建設

當前，由于企業技術人員的專業水平薄弱，一旦設備出現故障時不能及時的解決。在這種情況下，需要建立一個由技術專家、技術骨干、日常維護人員、廠家技術人員組成的技術維護系統。在該團隊中，需要討論典型的故障，對各種有代表性的故障進行討論分析，然后將分析的數據歸檔處理，實現信息資源的共享，為維修團隊的技術迅速提高提供了一個很好的平臺。

5 結束語

高速公路通信系統中，通信電源具有無法替代的地位，要確保電源的穩定性，就必須要認識到設計重要性，科學、合理地進行維護與管理，才可以讓技術人員對通信電源系統的結構有更多的了解，掌握先進的維修方式，并定期對通信電源展開維護與維修，從而提高運行效果。目前，在實際的設計維護階段，因為涉及的內容比較多，為了避免在這個過程中出現的問題，就必須要對設計要點和維修標準有一個全面的了解，這樣才能合理地制定設計和維修方案，以便更好地執行后續工作。