通信站与通信设备供电系统探讨

施永刚 苗 琳

（1.浙江娇阳生物医疗科技有限公司 2.浙江众星志连科技有限责任公司）

0 引言

随着通信事业的飞速发展，通信站及通信设备大量的增加，通信设备更新换代，对供电系统的要求也越来越高，主要要求是可靠性高、稳定性强、电磁兼容性好、效率高、智能化、小型轻量、适用于分散供电、便于安装和维护、扩容灵活以及节能等［1］。本论文针对其可靠性与稳定性进行论述。

1 国内供电系统

1.1 电网与配电网

电力系统是由发电厂、电力线路、变电所、电力用户所组成的系统，它肩负着发电、输电、变电、配电与用电任务。在电力系统中，各级电压的电力线路及变电所称为电网［2］。通常用电压等级区分电网种类，如电压在220kV以上者称为区域网，电压在35～110kV时称为地方电网，而包含配电线路和配电变电所且电压在10kV以下的电力系统称为配电网。

1.2 发电、输电与配电

发电、输电与配电的过程如图1所示。

我国发电厂的输出额定电压为3.15～20kV。随着大型发电机组的建成与输电距离的增加，为了减小线路电压损耗，以节省有色金属和降低线路工程造价，所以必须经发电厂变压器升至35～500kV，再由高压线路传送至受电区域变压器，降至6～10kV输入到配电网，配电网输出端额定电压为380V。我国已于1985年建成500kV高压输电网，国外不少国家已建成750kV电网，国外正在开发1000～1500kV超高压电网。

对于用电设备来说，其额定电压与电网电压一致。发电机的额定电压比电网电压高5%，这是考虑到负荷电流会在线路上产生压降损失。而变压器二次绕组的额定电压比电网和用电设备的额定电压高10%，这个电压是针对变压器空载而言的，当变压器有额定负荷电流时，其绕组电压损失达5%电网额定电压，此时变压器一次电压符合比用电设备电压高5%的要求［3］。在变压器一次侧，因接地端与电网相连，故额定电压与电网相同。

2 通信站与设备

不能只是简单地认为通信设备只有数据服务器，还有为服务器正常连续运行所提供的电力保障、制冷保障与消防报警系统保障等，而这些保障设备需要用电，因此，能够对以上所有的设备提供安全可靠的供电就成为数据服务器连续可靠运行的关键。

2.1 设备类型

电力系统相关的设备有：变压器、柴油发电机、高压低压配电柜（配电箱）、ATS、UPS、HVDC等。制冷系统相关的设备有：冷冻机、冷却塔、冷却与冷冻储水罐、循环水泵、水质处理装置、精密空调、除湿加湿设备等。消防报警系统相关的设备有：消防主机、烟感与温感探头、极早期火灾预警系统、气体灭火系统等。

2.2 设备选用

电力设备选用原则如下：

（1）变压器：变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域，其利用电磁感应的原理来改变交流电压，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压 （磁饱和变压器）等。这里只介绍降压配电变压器，目前选用以下三种方式：方式一为110kV变10kV，再10kV变0.4kV（大型通信站用）；方式二为35kV变10kV，再10kV变0.4kV（中型通信站用）；方式三：10kV变0.4kV（小型通信站用）。以上可以根据通信站内所有设备所需用电量总和及通信站规模大小来进行选择［4］。

（2）柴油发电机：柴油发电机是一种发电设备，是指以柴油为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成，可用于各种家庭、办公室、大中小型企业日常发电以及应急发电。通信站目前主流选用的柴油发电机的输出额定电压有10kV（大型、中型通信站选用）、0.4kV（小型通信站选用）两种，发电机系统一般由两台柴油发电机并列运行。

（3）高压低压配电柜：在电力系统的末端负责分配电能和电力线路、监测用电设备、控制并集成电气元件的柜体被称为配电柜。

（4）自动转换开关（ATS）：ATS主要用在紧急供电系统，是将负载电路从一个电源自动换接至备用电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行，因此，ATS常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。此外，ATS在使用时，既具备双电源自动转换功能，又具有短路电流保护功能。

（5）不间断电源（UPS）：UPS是一种含有储能装置的不间断电源，主要用于为部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电源稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即通过逆变器切换的方法将电池的直流电能转换为交流电，来继续向负载供电，使负载维持正常工作并保护负载软硬件不受损坏［5］。在电压过高或过低时，UPS设备均能提供保护，通信站选择UPS应采用多台并联运行方式。

（6）高压直流输电（HVDC）：HVDC常被用于传统远距离输电，由于其安全可靠，因此被应用于通信站设备领域。由于HVDC比传统UPS在运行上可靠性高、故障概率低、维护成本低，同时还有部分节能作用，故目前新建的中大型通信站正在用其逐步替代UPS或将其与UPS混合配套使用。

3 通信站与设备适用的供电系统

3.1 通信站高压供电系统

高压供电系统由高压供电线路、高压配电设备及变压器组成。根据通信站的建设规模及用电负荷而建设不同类型的变电所。变电所从结构上分为室外和室内独立变电所，室内独立变电所包括小型独立变电所和配有成套高压开关柜的变电所。

高压变配电所从电力系统受电，经过变压后送至低压配电所。用户使用的时候要求变电所尽量接近负荷中心，使之减少电能损失，并且主接线应简单、运行可靠，同时要便于施工和维护［6］。

3.2 高压供电系统配电的连接方式

高压供电系统配电的连接方式有单母线、双母线两种。配电系统的基本接线方式有放射式、树干式、环状式三种。

（1）放射式（35kV举例）。放射式是通过区域变电所降压变压器将35kV及以上的高压降为10kV或6kV，经专线直接接至通信站的配电变电所，放射式线路有两种：单回路和双回路，本文选择双回路形式，如图2所示。应用双回路的好处是，当一个回路发生故障时，由另一个回路为全部负荷继续供电，提高了供电的可靠性。

图2 双回路放射式线路

（2）树干式。可采用一路或两路市电供电，在变电所的高压母线上连接一台或多台变压器，高压的进线与出线均装有断路器或负荷开关及熔断器。在变压器的低压侧，变压器间设有母联开关，当其中一台变压器出现故障时，由另外N-1台变压器供全部负荷用电［7］。其供电的可靠性稍低于双回路放射式，但投资较省，一般用于二、三级负荷。当供电电源可靠时，也可供给一级负荷。

（3）环状式。环状式可以采用一路、两路或三路市电供电，采用两路市电供电的环状配电接线方式。当干线上的任何地方出现故障时，只要将故障相邻近的断路器、隔离开关断开而切断故障，便可恢复供电。因此，这种线路供电可靠性高，并且运行灵活，较适用于通信站与设备使用。

采用环状式为通信站与设备供电时，还需要配套使用柴油发电机、UPS、ATS等设备，这种供电方式是目前较为安全可靠的供电方式之一。环状式供电具体如图3所示。

图3 环状式供电

根据图3可知，系统采用两台35kV主变压器的双路供电，在其二次侧（10kV侧）配置有N＋1台的高压柴油发电机，当双路市电掉电的时候，发电机组并列运行，当其中一台发电机组出现问题的时候，问题机组退出发电，不影响其余发电机组正常运行。在二次侧设有母联开关，当一路进线的一台主变压器出现故障时，切除该故障变压器，之后由10kV母联开关投入，为下一级各变压器供电。

当10kV变压器出现故障的时候，故障变压器退出运行，后方低压母联开关投入运行，为后方低压设备供电。

数据服务器由市电与UPS混合供电，当双路市电出现问题的时候，全部负荷可由柴油发电机、UPS（或HVDC）供电，当市电恢复后，服务器恢复至市电与UPS（或HVDC）混合供电。

UPS（或HVDC）供电由双路市电经ATS切换后供给，这里要求ATS既具备高带负荷分断电流能力，又具备短路电流保护能力。

冷冻机及其配套的水泵水塔设备由双路市电经ATS切换后供电，这里要求ATS也要既具备高带负荷分断电流能力，又具备短路电流保护能力。此外，还需要设置一套冷却设备由市电与UPS混合供电，当一路市电掉电时，由另一路市电为其供电；当双路市电掉电时，可由柴油发电机、UPS供电。冷媒载体需要有相应冷却冷冻保温储水罐体，以支撑通信站使用。

消防报警系统可以采用市电与UPS混合供电方式，当一路市电掉电时，另一路市电可以切换；当双路市电掉电时，由柴油发电机、UPS为其供电。

4 结束语

随着通信站在国内的壮大发展，其站内的设备能够连续安全稳定地可靠运行显得非常的重要。供电方式参考采用作者文章内的所述方式，根据其自身建设的规模大小来选择合理的供电方式，以达到理想状态。