某体育场馆通讯电源系统的配置设计分析

曾照明

（中国人民解放军91919部队，湖北 黄冈438000）

随着电子科技飞速发展，通讯电源技术也不断向着系统集成化、线路简单化、操控智能化的方向发展［1］。为满足现代大型体育场馆赛事举办运营的通信负荷需求，根据某体育场馆的通讯设备用房条件，通讯负荷种类与特点，以及正常使用周期的运营维护方便，经对比分析综合考虑认为选用高频开关电源和阀控式密封铅酸蓄电池与该体育场馆的相关实际条件较吻合。

1 系统基础数据的选定

局部区域内的通信系统交流负荷总量的统计计算，具体到专用电力设备是指柴油发电机组、变压器容量估算，是通讯电源系统设计的重要原始资料组成，是确定相应的设备机房面积，选择相应功能、合适型号的通讯电源设备，计算匹配输送能力的电力线的主要参考依据［2］。具体项目中，通信系统交流负荷总量的估算科学性和合理性，将对整个通讯系统的配置设计和投资总额产生巨大的影响。

根据通信系统综合用房内各种通信设备的配置设计方案，以及参照建筑电气专业提供的该体育场馆内电气保证负荷、电气常用负荷、消防用电负荷，则可计算统计出相应的总容量，并根据总容量的统计计算结果确定各变压器、发电机组以及相关电力线路的容量，从而完成对不同功能、不同性质的用电负荷的合理配电［3］。根据分部工程项目通信相关专业提供的设计资料，该体育场馆设计比赛中通信负荷直流用电功率为18 000 W，交流电用量为2 400 W。

该体育场馆的交流电源采用三相TN－S系统，供电系统的输送电压范围设置为380 V±15%。根据该体育场馆各种通信设备的耗电功率，同时考虑通讯系统机房内空调设备、照明等生活用电及后期发展用电储备，并考虑蓄电池组充电功率，该电源系统的交流电引入容量至少应达到60 k W以上，应提供2路380 V／60 k W的市政供电线路，并且每条线路上级开关设置240 A的塑胶壳空气断路器，该断路器的警戒值设定为220 A。

2 通讯电源系统的配置设计

2.1 蓄电池组设计

根据该体育场馆建筑方案，场馆供电来源有两路市电，比赛中还可提供一路备用柴油发电机组，配备的蓄电池组按60 min放电率准备。在通信系统设备设定的最低工作电压使用条件下，蓄电池组放电结束时的最大直流供电放电电流为：18 000 W／38.4 V＝468.75 A（比赛中）；比赛中由于体育场馆可从市政供电线路中获取2路交流电源供电，其通讯系统本身也备用有1组柴油发电机组，所以该蓄电池组按60 min放电率可用选择：

根据上述分析，该体育场馆通讯电源系统配置安装的蓄电池组型号和数量应至少配置2组GFM－800 Ah／48 V型阀控式密封铅酸蓄电池组。

2.2 整流设备选择

选择通讯电源系统的整流器时，应综合考虑整流性能、线路容量、型号匹配原则和备用方式等影响因素。其中，整流器线路容量应依据直流供电方式中通讯系统的输送电压、电流和功率，以及考虑备用蓄电池充电工作等项目综合计算确定。该体育场馆中，实际选用的整流设备具体配置为：蓄电池组浮充充电时整流器工作电流为：18 000 W／53.5 V＝336.5 A，均充充电时其工作电流为：18 000 W／56.4 V＝319.2 A；通讯电源系统中蓄电池组放电后限流充电时整流器工作电流为：18 000 W／48 V＝375.0 A；蓄电池组充电电流总计为：80 A＋80 A＝160 A。

综合上述计算，整流器最大工作电流为：375.0 A＋160 A＝535.0 A。

根据上述分析数据，通讯电源系统中配置安装高频开关整流器1架，其中包括1个监控模块与7个整流模块（100 A），以及配置1台型号为380 V（240 A）的交流配电屏和1台型号为48 V（2 000 A）的直流配电屏。

2.3 逆变器选用

通讯电源系统中的逆变器模块，根据N＋1冗余原则进行配置，其中N为主用逆变模块数量：实际项目中可根据如下计算公式［4］求得：

式中，PLOAD1为区域内原有交流通信设备实际交流用电总功率，该通讯电源系统为新建项目，故无此项内容；PLOAD2为区域内新增交流通信设备负荷用电总量估算值；0.8为考虑逆变器安全储备的功率因数；SINV则为1个逆变器模块的额定容量。因此，2 k VA逆变器模块数量的计算公式为：

根据上述结果，体育场馆通讯电源系统中配置安装1架逆变器，包括1个监控模块，1个静态开关，3个额定容量为2 k VA的逆变模块。

2.4 直流供电系统

体育场馆内通讯电源系统中，直流供电模块主要由高频开关整流器、直流配电屏、交流配电屏、相应的铅酸蓄电池组以及上述设备之间的连接导线组成；且直流供电模块为全浮充的充电方式，实际使用时2组蓄电池组均需经软铜电缆线连接进入直流配电屏并联供电。

当市电正常时，由直流配电屏分别对2组铅酸蓄电池组进行浮充充电，浮充充电电压为53.5 V；同时，市电通过直流配电屏还需向通讯系统用电负荷供电；当市电中断时，由铅酸蓄电池组通过直流配电屏放电向通讯系统用电负荷供电，蓄电池组允许的最低放电电压为38.4 V；当市电恢复正常时，通过直流配电屏对铅酸蓄电池组进行限流充电，充电限流电流值为0.1C ；当铅酸蓄电池组的电压均达到53.5 V时，再采用均充方式充电，均充电压设置为56.4 V，充电至电池组容量满；当铅酸蓄电池组均充充电完成时，直流配电屏的工作电压则会自动恢复至浮充电压53.5 V继续对铅酸蓄电池组充电。

2.5 逆变器供电系统

通讯电源系统配置的并联逆变电源系统设计有直流、交流两种线路供电。比赛中市电正常供电时，通过并联逆变模块可将直流电源变换为与市电同相位的交流电，再通过供电输出配电模块供电给相应的通讯系统用电负载。

对于N＋1并联冗余式逆变器模块，当整个逆变器模块系统出现故障时，通过静态开关模块可瞬间完成将负载切换到旁路操作，整个操作过程不会导致通讯系统的供电中断；逆变器故障解除恢复正常工作状态后，供电负载也可在连续不间断供电状态下切换回并联逆变模块。

根据《通信电源设备安装工程设计规范》的相关规定，体育场馆通讯电源系统按l0 k VA交流容量配置，当在特殊比赛中通讯电源系统的交流负荷容量超过10 k VA时，还需采用UPS供电系统增强。

3 电力线的选用

电力线的选择，包括电缆线的型号与材料截面等，是通讯系统电源配置设计的重要内容，其材料截面、功能型号、敷设方式等都将直接关系到通信电源系统的供电质量和可靠性［5］。在综合考虑线路压降量、电缆导线发热、项目成本控制等因素下，应分别对直流、交流供电条件下的电力线进行在满足设计使用年限条件下的导线截面积计算，并参照选用适当的电力线型号及其敷设方式。另外，还应采取有效的防雷电保护措施等。

4 结束语

基于体育场馆的通信电源系统设计要求和赛事对通信电源的特殊要求，针对通讯供电系统基础数据的选定，以及通讯电源系统的配置设计全过程进行了总结，并针对体育场馆比赛的通讯用电需求对通信电源系统配置设计提出了相关建议。

［1］ 张艳霞，姜惠兰.电力系统保护与控制［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［2］ 张雷霆.通信电源［M］.北京：人民邮电出版社，2005.

［3］ 周炯磐，庞沁华.通信原理（第3版）［M］.北京：北京邮电大学出版社，2008.

［4］ 电源厂家通讯电源系统培训讲义［Z］.2003.

［5］ 电力通讯技术论文集［C］.黑龙江电机工程学会电力通讯专业委员会，2002.