通信电源系统设计及运行维护中的节能方案分析

范新杰

（中国联合网络通信有限公司安康分公司，陕西 安康 725000）

0 引 言

随着电子信息技术的不断发展和更新，通信系统有了更加完善的技术支撑和运行体系。采用科学合理的技术手段对通信电源系统的设计进行优化，是通信系统正常运行的基本保障。通信系统的电源形式较为多样，常见的分类有交流供电系统和直流供电系统。由于新技术的不断开发电源设计的形式可以做出更多变化，同时结合节能减排的理念，对通信电源系统的设计有了更多的要求。另外，在通信电源系统的运行和维护阶段，如何做好节能控制措施也是较为关键的，是在保证通信电源系统正常工作的前提下兼顾节能。

1 通信电源系统的基本内容

1.1 通信电源系统的基本组成

作为通信系统正常运行的保障，通信电源系统能够通过自身的电源组成形式，使得通信系统的功能性得以体现，并使它可靠运行。一般来说，通信电源系统的组成依赖交流引入部分、开关整流部分、直流分配部分、蓄电池组和监控系统5 个基本单元，如图1 所示。

1.2 通信电源系统的基本要求

通信电源系统与通信设备的功能性密切相关。因此，系统的稳定性和可靠性是对通信电源系统最主要的两点要求。当通信系统正常运行时，出现了小规模的个别设备的故障运行问题，是基础故障对通信系统产生的局部影响。采用对应于不同设备的应对措施，能够及时有效地使得故障被成功处理。但是，如果换成通信电源系统出现了故障，就不再单单可以在第一时间采取应急措施来解决，故障将会直接影响整个系统的运行。为了保障通信的可靠性，通信电源系统的备用电源和其他备用供电设施需要完善起来。特别对于直接接入市电部分的通信系统，备用电源的重要性不亚于系统本身。要配备备用电源的同时完成蓄电池的设计，使得通信系统在市电不可用时，依然能满足提到的稳定可靠运行的要求。由于设备的电压不稳定，交流电压本身存在波动，因此需要设置一定的稳压装置，以保证通信电源系统的稳定运行[1]。

图1 通信电源系统的基本组成部分

2 通信电源系统设计中的节能方案

2.1 设计通信电源系统中的设备配置

不同的设备选型方案，节能性能有所不同。在通信电源系统中，设备的能耗是系统节能优化的关键节点。通过科学合理的设备选型，可以达到优化能耗情况的目的，从而实现通信电源系统的节能减排，还能在一定程度上优化设备的基础投资成本。第一，变压器的选择。目前，通信电源系统中所用的变压器很多都没有依据实际系统情况进行选择，基本统一使用容量大于1 600 kVA 的型号，经过系统的长期使用，会使得运行能耗由于电压不匹配造成不必要的电能损耗。变压器变压效率、变压器的容量以及变压器在系统中采用的运行方式，很大程度上都与变压器的节能性相关，需要结合系统的实际情况一一确定变压器的容量和个数。第二，电容补偿设备，是与系统功率因数补偿相关的设备。在设计过程中，可以计算确定导线的横截面积、导线的敷设方法以及导线的用量，做好合理的规划，降低电能的损耗和导线发热带来的损耗，同时要注意谐波的干扰情况，加以减震措施。第三，系统的无功功率补偿设备。通信电源系统通常要连接较多的负载，无功功率的补偿在这一方面的节能起到了决定性作用，很大程度上提高了电源的有效利用率，并且使电源在高功率状态下的运行更加稳定。

2.2 设计开关电源的安装

将直流电源设备的具体位置和电缆的短路由做出合理规划，是设计开关电源安装的重要环节。在确定这些条件前将电源安装在通信机房附近，可以较好地适应安装的基本要求。另外，采用负荷中心安装法能在降低电缆损耗的同时帮助控制电缆的发热。对通信电源系统实际案例进行分析，案例中机房为占地800 m2的大型通信机房，为了满足对应区域的通信要求，需要采用2 200 A 的直流电源为系统供电，以相同的原理计算系统的损耗和发热。比较前文的两种电源开关布置方案可以清楚确定，通信电源系统的电源开关布置方案中有较为长远的效益的是将其布置在通信机房内的方案，可以有效将电源损耗降到最低。另外，对于电开关故障后的局部维修也相对比较方便，检修时产生的能耗相对较小[2]。

2.3 通信电源系统充电、放电智能控制设计

通信系统的充电和放电是智能化控制室系统节能方案中最重要的一环。这个方面的设计可以与智能整流模块的休眠功能相结合。下面以某公司的通信电源配置情况举例说明，具体的通信电源系统设计参数如表1 所示。

表1 某公司通信电源系统设备配置

计算电源整流模块的负载率为47.4%，系统的效率理论效率为92%，相对较高。按照实际运行情况计算，负载率降低了很多，为13.9%，效率随之降低至85%。可见，公司的通信系统运行的效率并不高，如果结合智能整流模块的休眠功能计算，可以有效降低损失，并显著提高电源系统在运行时的整体效率。对于智能定时放电管理功能的分析，用电高峰期的放电操作非常不利于节能。智能放电管理通过对区域电能时间指派习惯设置相应的放电时间，很好地解决了这个问题。蓄电池组利用用电高峰期的余量完成充电，很好地节约了系统的能耗成本。

3 通信电源系统运行维护中的节能方案

3.1 变压器的节能运行工艺

通过合理分析变压器运行时工况后，确定变压器经济运行的条件。实际的运行维护过程中，变压器有两种形式的运行状态，分别为空载和负载。它们都伴随着能耗的产生，其中空载损耗和负载损耗的计算方法有所不同，空载时的损耗与变压器的负荷容量无关，计算时通过额定的空载电压和电流来计算。例如，损耗与对应工况下负载情况计算出来的负载率的平方成正相关关系，并由一定的功率、设备以及变压器型号的修正系数来决定比率大小。变压器的负荷情况需要通过计算变压器的临界负荷来确定。在确定运行方案时，必须在一定条件下选择变压器的启停时间。可以根据实际情况在对应的时候关闭对应的变压器，一方面使得变压器能够经济稳定运行，另一方面达到节能效果，提高变压器的工作效率。

3.2 合理分配变压器的负载

变压器的合理负载分配是通信电源系统运行维护中提高节能效益的重要手段。通过分析系统合理分配变压器的负载，可以使变压器在运行过程中很好地避免大电能损耗现象，并对其功能性起到了较好的保障。在分配某一特定电源系统的变压器负载时，要结合通信电源系统中用到的变压器台数，分析系统变压器群的负载结构情况，从而确定每一个变压器所需要承担的负载负荷对应型号变压器的标准条件。完成这些工作后，调节线路所产生的铜损，使得损耗得到平衡。当每一台变压器所承担的负载率相同时，变压器线路的铜损将降至最小值。在实际的通信电源系统中很难做到这一点，因此需要相关工作人员分析负载分配的极端情况，并尽可能让系统所处的状态向其靠近。

3.3 科学合理处理通信电源系统的谐波

谐波会很大程度影响通信电源系统的电能质量，使得电源在供出相同功率的电能情况下达到的效果明显下降，使得电能存在大量的浪费。对于谐波的处理主要依靠滤波器来完成，它们的滤波能力与系统的阻抗和滤波器自身的阻抗相关联。一般情况下，滤波器的阻抗比较固定，当系统阻抗发生变化时，滤波器的滤波能力受本身特性的变化也发生变化。无源滤波器对于次数较多的谐波处理效果很不理想，需要与有源滤波器配合使用。有源滤波器的滤波能力与安装位置有很大关系，为了达到较好的谐波处理效果，通常会将滤波器安装在变压器的低压侧或者谐波的波源附近，通过滤波器的外界互感作用，多谐波信号采集，并有效完成谐波的分离工作。针对不同的通信电源系统，滤波器的接线方式要做出合理的调整，在三相四线、三相三线以及闭环开环中选择最恰当的接线方式，以提高滤波效率，从而利于系统节能。

4 结 论

通信电源系统的设计和运行维护是改善通信系统能耗情况的两个切入点。作为通信系统功能性的基本保障，做好通信电源系统设计和运行维护中的能耗分析，选择合适的节能方案，对于整个通透性系统来说非常关键。在通信电源的系统设计方面要严格控制设备的选型、电源开关的安装和通信电源系统的整体智能化控制。在系统的运行和维护上，除了对变压器的经济运行要高度重视以外，谐波的处理对于通信电源系统的节能运行也至关重要。