鄭大永 鄭宏劍 宋波
通信電源作為通信系統的“心臟”，其重要性已越來越被各級電信部門所認識，而且對相關設備和技術提出了更高的要求。近年來，隨著技術的進步，特別是功率器件的更新換代，新型電磁材料的不斷使用，功率變換技術的不斷進步，控制方法的不斷改進，以及相關學科的不斷融合，通信電源在系統的可靠性和穩定性、電磁兼容性、消除網側電源諧波、提高電源利用率、降低損耗、提高系統的動態性能等方面取得長足的進步。通信電源正向高頻化、高功率密度，高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向發展。
一、通信電源市場的現狀
通信的發展促進了通信電源技術的發展，而電力電子學和化學等技術的發展，又使通信電源技術提高到一個新的水平。從２０世紀９０年代開始，電源系統和設備進入到一個更新換代的時期。
在通信局站供電系統方面，我國已完成了以直流－４８Ｖ為基礎電壓的供電系統的統一工作，原有－６０Ｖ的供電系統已被淘汰，長途干線光纜局和移動通信局－２４Ｖ和＋２４Ｖ系統已被改造或統一成－４８Ｖ供電。集中監控、無人值守、同室安裝和分散供電制度得到發展。在長途光纜無人值守局站中，試用太陽能電池效果很好，供電可靠，電壓穩定，是理想的節能、無污染的新能源，已被推廣使用。
新一代的通信電源設備，如高頻開關整流器、閥控式密封鉛酸蓄電池、太陽電池、通信電源和空調監控設備、自動化或無人值守柴油發電機組、自動化燃氣輪發電機組等設備相繼投入使用，使通信電源設備面貌煥然一新，技術水平上了一個新的臺階。與舊設備相比，這些設備采用新器件、新工藝，增大了供電容量，降低了能源損耗，提高了可靠性指標，自動化程度高，具有遙控功能，便于實現少人或無人值守維護。
高頻開關整流器由于性能優越，很快代替了傳統晶閘管整流器。國產高頻開關整流器利用ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ管或ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ管并聯作為 高頻電子器件、軟開關ＰＷＭ控制技術，具有功率 因素校正電路和模塊化結構，不斷提高效率，改善交流諧波損耗，提高設備可靠性，便于維護和擴建。
在模塊和整機的監控性能方面得到了不斷改進，如對蓄電池組管理，其性能有很大改善，具有蓄電池組電壓的溫度補償性能、自動定期均充電和帶負載放電性能，給用戶維護工作帶來很大方便。根據蓄電池組帶負載放電數據，維護人員可人工核算蓄電池組的實際容量，以評估電池組的品質。
閥控式密封鉛酸（ＶＲＬＡ）蓄電池與防酸隔爆式電池相比，具有優良的性能，在通信局站中得到廣泛應用。
通信局站的備用發電設備以柴油發電機為主，但柴油發電機組的質量大、體積大、振動和噪聲也大，所以有些大型通信局采用了固定式燃氣輪發電機組和移動式車載燃氣輪發電機組。燃氣輪發電機組由燃氣輪機和發電機組成，其主要優點是：發電品質高，尤其適用于計算機 的供電；啟動和運行可靠性高，失效率約為４×１０－５／ｈ（柴油發電機組為１４×１０－５／ｈ），體積和質量小，１６００ＫＷ僅為６００ｋｇ（柴油機則在６０００ｋｇ以上）；可用柴油機燃料，工作時不需要冷卻水系統；維修成本低，操作簡便，維修方便；振動小、噪聲低、排放有害氣體少，有利于環境保護。但燃氣輪發電機也有缺點：材料成本高，設備價格貴；消耗燃油量大，一般在０．３６－０．４２ｋｇ／ｋｗ．ｈ而柴油機只需０．２３－０．２６ｋｇ／ｋｗ．ｈ。
二、通信電源市場的發展
計算機、服務器和路由器等大都采用２２０Ｖ交流不間斷供電，需安裝ＵＰＳ或逆變器供電，因此在一個電信局站內需要安裝兩套電源設備。但不論什么信息技術設備，其最終電路板芯片都是低壓直流供電，如１２Ｖ、５Ｖ、３Ｖ、１．１Ｖ等，只有用戶的話機由電話局的－４８Ｖ供給，而且－４８Ｖ供給用戶話機的電流比例將越來越小。移動通信局等－４８Ｖ電源只起到過渡電壓作用。相反，將來使用交流電壓供電的通信設備將越來越多，因此需要交流功率也越來越大。目前的供電系統如圖１所示。
對交流來說，不論是采用ＤＣ／ＡＣ或ＵＰＳ設備，都要經過市電整流和逆變換器二級換流。而國際上，以瑞典為代表者認為：－４８Ｖ供電是最可靠、安全和經濟的方案；主張互聯網和數據設備的用戶以購買和安裝直流電設備作為首選方案；采用以ＤＣ／ＤＣ變換這種更有效和簡單的方案，而不采用逆變器方案。以法國為代表者認為：對電信和數據通信融合的新供電應統一到市電２２０Ｖ整流后的高壓直流供電，采用如圖２所示的系統，稱為ＴＥＮＯＲ供電。
它是一種新的供電概念，在一個電信樓內電信和計算機采用統一的電源。由圖２可知，從市電直接整流（稱為ｒＡＣ）獲取高壓直流，當市電為２３０Ｖ（＋１０％～２０％）時，直流最高電壓為３５８Ｖ，最低電壓為２６０Ｖ，可據此設計直流變換器輸入電壓和蓄電池的串聯只數。蓄電池組的充電另設小型充電器離線充電。供電系統中另有功率因素校正裝置，以降低諧波電流。
三、通信電源標準化
通信的快速發展對電源產品提出更多、更高的要求，促進了電源產業的發展；而電源產業的發展也促進了電源標準的制定工作。目前，我國通信電源產品標準研究所完成了相關標準的制修訂工作，其相關標準體系如圖３示。這些標準在指導電源產品的生產及規范市場等方面起到了重要的作用。
四、通信電源設備的保護
通信局站的電力系統在運行過程中，由于雷擊、操作、事故或運行參數配合不當等原因而使供電系統中某部分電壓升高，將超過電氣設備的額定電壓稱為過電壓，嚴重時會損壞通信電源設備。這就存在一個防護問題。對此提出系統防雷分區、防雷等級和接地要求。防雷分區為四區：雷電保護區ＬＰＺＯＡ（ＯＡ區）：該區內的各物體都可能遭受直接雷擊，同時在該區內雷電產生的電磁場能自由傳播，沒有衰減。雷電保護區ＬＰＺＯＢ（ＯＢ區）：該區內的各物體在接閃器保護范圍內，不會遭受直接雷擊，但該區內雷電電磁場的量級因沒有屏蔽裝置而與ＬＰＺＯＡ區一樣。雷電保護區ＬＰＺ１（１區）；該區內的各物體因在建筑內，不會遭受直接雷擊，流經各導體的電流比ＬＰＺＯＢ區更小，本區內的雷電電磁場可能衰減。雷電保護區ＬＰＺ２（２區）；當需進一步減小雷電流和電磁場時，應引入后續防雷區，并按照需要保護的系統所要求的環境選擇后續防雷區的要求條件。
根據上述防雷分區確定防雷的等級。０區與１區的交界處為Ｂ級防護，１區與２區的交界處為Ｃ級保護，２區內重要設備前端為Ｄ級保護。而對不同供電接地系統中的防雷方案是不同的：對ＴＮ—Ｃ—Ｓ系統：對其Ｎ線（中線）和ＰＥ線（地線）在變壓器的低壓側合為一條ＰＥＮ線，Ｂ級防雷只需在相線與ＰＥＮ之間加裝防雷器。進入建筑物內的配電屏后，ＰＥＮ分成Ｎ線和ＰＥ兩條線進行獨立布線。ＰＥＮ線接于建筑物總等電位接地母排并入地。因此，配電屏的Ｎ線對ＰＥ線需裝防雷器。對ＴＮ—Ｓ系統：ＰＥ線與Ｎ線在變壓器的低壓側出線端相連并入地，由于在后面的供電電路中，ＰＥ線與Ｎ線分開布線，因此需分別在相線與ＰＥ線、Ｎ線與ＰＥ線之間裝防雷器。對ＴＴ系統：Ｎ線只在變壓器的中性點接地，與設備的保護地是嚴格分開的，因此需在相線與Ｎ線、Ｎ線與地線之間進行保護。此外還要采用聯合接地方式，并使接地電阻嚴格達到：萬門以上程控局及樞紐樓的接地電阻值＜１Ω；２０００門以上、萬門以下程控局的接地電阻值＜３Ω；２０００門以下程控局、移動基站的接地電阻＜５Ω；動力機房電力電纜接口處的接地電阻＜１０Ω。
通信電源的防雷可采用如下解決方案。一是采用“３＋１”電路：９成以上的移動基站的低壓供電系統的接地方式都是ＴＴ或局部ＴＴ形式，因此，移動基站電源系統應采用“３＋１”電路。即選用３個３８５Ｖ／２０ＫＡ的ＺｎＯ壓敏電阻模塊分別接在Ａ／Ｎ、Ｂ／Ｎ和Ｃ／Ｎ間，用一個５００Ｖ／４０ＫＡ放電間隙模塊接在Ｎ／ＰＥ間，如圖４所示。
采用這種電路后，即使電力系統發生相線搭地的事故，一般也不會使之損壞；或者出現短路失效時，由于回路阻抗小，過流保護裝置動作，可以避免火災。由于４０ＫＡ氣體放電管置于Ｎ／ＰＥ間，因此不存在動作分散性、滅弧、響應速度和因兩相瀉放電流同時漏入Ｎ／ＰＥ而使放電元件損壞等問題，而且還會實現全模式保護，適應各種接地方式，是目前最好的電源防雷解決方案。二是等電位設計：電源系統內各模塊的保護地采取等電位連接，既可以保證良好的瀉放通道，也可避免導體間由于不同電位差異而產生的潛在危險。三是多級防雷保護：按ＹＤ／Ｔ５０９８－２００１《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》的要求，根據基站所處環境，就從電纜引入開始安裝多級防雷器。四是聯合接地：接ＹＤ／Ｔ１０５１－２０００《通信局（站）電源系統總技術要求》第８條要求，對通信局（站）內的各類設備進行聯合接地。
隨著通信網日趨龐大，通信設備的集成化、數字化程度不斷提高，但抗過電壓、過電流干擾的能力卻很低，同時隨著無人值守機房的增多和接入網的使用，過電壓、過電流防護在保證通信系統的正常運行中的作用日趨明顯。
