基于智能模块化- 48V 通信直流电源的短路测试研究

田 佳，王雯婷，季明明，黄 玺

（1.维谛技术有限公司，广东 深圳；2.中国移动通信集团内蒙古有限公司，内蒙古 呼和浩特）

概述

近年来随着我国的通信行业高速发展，整个通信网络系统的可靠、稳定、不间断地运行，对民生和国防安全乃至国民经济方面有着越来越重要的影响。通信电源是通信网络系统的核心供电设备，作为备电的电池直挂通信电源直流母排，有着不间断直流供电的作用[1]。当系统局部发生短路故障时，如果配套不同种类电池，如铅酸电池、磷酸铁锂电池等，就会有着不同的故障现象和结果[2]。

1 模块化电源系统的组成

本文以系统容量为300 A 的模块化电源系统为研究对象，其主要组成为交流、整流、直流配电单元、监控单元、蓄电池组及用户负载组成。

其中，交流配电单元主要由两路交流输入断路器，防雷断路器及防雷模块组成。整流配电单元主要由模块断路器及整流模块组成[3]。直流配电单元分为负载直流和电池支路，均由63 A 和125 A 的智能断路器组成。交流、整流、直流配电单元均通过RS485 的通信方式连接监控，监控可对其进行实时监测与保护[4]。

蓄电池组直挂通信电源系统直流母排侧，与电源系统配套使用，有着不间断直流供电的作用[5]。

通信电源的用户负载大多为各种的通信和网络设备，数量多且分布相对密集，如果电源供电系统突发故障引起负载掉电，通信设备无法正常工作，将对用户造成严重的经济损失[6]。

2 模块化电源系统的实验方案梳理

针对系统短路测试方案需从用户的使用工况、使用模式、系统不同智能断路器、短路点进行分析，见表1。

表1 系统短路测试方案

3 模块化电源系统的实验验证

针对方案梳理进行实验验证，实验室满足6 组48 V/100 Ah 铁 锂 电 池，48 V/300 Ah 铅 酸 电 池，48 V/600 Ah 铅酸电池测试，实验平台方案原理图（见图1）及实验设备列表（见表2）。

图1 实验方案原理图

表2 实验设备列表目录

短路测试工装原理见图2，短路测试工装1-QFD断路器63A 正负极接入两根长度0.4 m 的25 mm2线缆，通过控制QF1 开关闭合接触器的控制线圈，将400 A 接触器进行短路短接。短路测试工装2-QFD 断路器125 A 正负极接入两根长度0.4 m 的35 mm2线缆，通过控制QF1 开关闭合接触器的控制线圈，将400 A 接触器进行短路短接。

图2 短路测试工装原理

智能插框短路测试方案部分测试结果整理，见表3。

表3 短路测试方案测试分析

以63 A 热磁开关- 带铅酸电池负载断路器短路测试数据为例：系统负载侧短路，300 Ah 铅酸电池提供1 940 A 短路电流2 ms 左右，63 A 热磁断路器在8 ms 左右跳开，此时间段系统掉电至50.4 V 左右，6.9 s 后系统恢复正常电压。

4 理论分析及验证

（1） 从直流供电系统等效的原理框图中见图3所示，可计算出在通信电源系统的供电模式下，直流侧短路时对母排电压的影响[7-9]。

图3 直流供电系统等效的原理框图

取Ub=54V，Ri=28mΩ，R11=2mΩ，那么Ishort和Ud分别见公式（1）、（2）：

如上计算可知，直流侧短路时，母排电压下降至3.6 V 左右，短路电流达到1 800 A 以上，和实测结果基本一致。显然对通信设备的供电条件不满足，设备测的瞬时短路问题将会引起整个通信系统的故障。

通过以上分析可知直流设备侧短路，引起直流侧母排电压下降的核心原因是直流侧的负载线缆内阻过小，若增大直流侧线缆的电阻，就可以从理论上解决此问题，故可以通过加长线缆及减小线缆的横截面积等方法用来增大线缆的内阻[10]。

（2） 由于智能断路器供电依赖于通信电源系统的直流输出母排，当发生短路时，直流输出母排电压为左右，智能断路器掉电无法正常运行。当对智能断路器单独供电时，无论是1 模块还是递增至4 模块，短路电流均可达到1 600 A 以上，此时母排电压因短路被拉低到1 V 左右，但因为智能断路器单独供电，此时热磁断路器MCU 可正常使用，通过过流下发指令将其断开，保护系统正常运行。

5 模块化电源系统的分析结果

从汇总的现象上看，得出结论见表4。

表4 模块化电源系统的分析结果

6 结论

文章描述了智能模块化-48V 直流电源在通信系统中短路故障的实验验证，并介绍了系统结构的框架及组成，通过对实际短路故障的电压、电流波形，分析了智能模块化电源系统的短路特性与其配套使用智能断路器、电池类型的保护时间及目前短路故障所存在的问题。

文章所提供通信直流电源目前存在的问题及如何改进的思路与方法，对通信用-48V 智能模块化系统的选型及设计均有着一定参考和指导意义。