高速公路通信电源的设计与运行维护

江辉明

中通服咨询设计研究院有限公司 江苏 南京 210019

引言

高速公路收费一般都是在电力供应良好状态下完成，如果电力供应不足，则会导致整个通信电源系统无法正常工作；另外，如果收费站工作人员关闭电源，或人工开启护栏，让车辆通行的情况下，也不能将收费数据录入计算机。因此，除了要确保电力供应外，还要加强日常的运行维护工作。

1 通信电源基本结构

通信电源通常包括交流电模块、直流电模块、整流模块和监控模块。

目前，在高速公路通信电源的设计中，大部分都使用了开关电源技术，主要涉及以下方面。

1.1 均流技术

均流技术，主要指的是让许多部件串联起来，从而提高系统的可靠性，进而构建前所未有的高压输配电网络，还能提高整个网络的稳定性。

1.2 开关线路

随着开关线路的发展，其使用频率越来越高，效率越来越高，同时各组件的转换功率也越来越大。

1.3 功率因数校正技术

功率因数校正技术，主要指的是一种能有效改善开关电源功率因子的技术。开关电源电路中存在的整流环节，会引起电网电流波形失真，谐波含量增大，从而引起功率因数降低（未经处理，功率因数只有0.65左右），给电网环境带来污染。因此，要提高电力系统的功率因数，减少电力系统的污染。

1.4 智能化

智能化，智能为维修工作提供了很大的便利，提高了维修质量，也为用户的经营管理带来了很大的便利。

2 设计基本要求

通信装置的故障通常只会出现在一片非常小的区域。然而，当通信电源发生故障时，整个通信系统将陷入瘫痪状态。为了保证电源设备的正常运行，需要备有备品备件[1]。应该提供两路或多路输入，以应对交流和直流电源的备用需求。根据通信电源的要求，应该具备良好的防雷措施，并且电压波动范围应该符合设备的要求。此外，需要建立多重备用系统，以防止电源系统发生故障导致完全中断。由于不同区域的电网结构和用电量差异，许多地方的电压波动范围都比较大。特别是在一些变电站、微波站、光纤通信站、模块站等场所，交流电压的波动甚至可以超过±30%。在保证电网稳定的前提下，必须在电网中增加稳定的电压，才能使电网稳定。

3 高速公路通信电源的设计

3.1 高速公路通信电源的框架设计

不间断电源（UPS）是通信电力系统的最主要动力来源，它是提高可靠性的最有效途径。通信电源由交流配电单元，UPS主机单元，UPS电池组单元，直流稳压单元，电源监测单元，防雷模块单元。它的工作原理是：由交流配电网向UPS主电源供电，经整流、滤波后，由UPS主电源供电，由UPS主电源供电，再由UPS整流、滤波，得到稳定的直流电压[2]。这一电压被用来进行浮充，并被逆变器转换成交流脉冲波，再经过滤波和整形，输出一个稳定的工频交流电，为通讯电源系统提供电力。在输入电源断电的情况下，通过蓄电池为逆变器提供动力，从而保证了交流电源的正常工作。在逆变器发生故障的情况下，通过旁路的交流电源，使输出电源开关打开，使旁路电源开关关闭，并使负荷由一旁路的交流电源提供。由UPS输出的AC工频电流，经UPS输入到DC稳压器，再由DC稳压器输出到通信设备。在直流稳压模块的基础上，应进行备用模块的设计，一次使用一次，一次使用一次，条件允许使用多次。电源监测器主要监测系统的温度、输出的电压、输出的电流、交流输入的电压等参数，使维修人员能够在任何时间对电源运行状态进行监测。利用UPS电源供应，可确保通信器材获得正常供电于市电失灵的情况下；UPS充电的时间不会超过两小时。在此基础上，提出了一种新型的防雷技术，以防止通信电力系统因雷击事故而无法正常工作，提高通信电力系统的可靠性。在电源输入方面，如果条件允许，可采用市电双路电源，多路电源。

3.2 高速公路通信电源的防雷接地设计

交、直流接地系统：AC/DC接地系统按其特性及应用范围，可以划分为工作接地及保护性接地[3]。① AC工作接地，即把中性点的不对称电流释放到地面，来减小中性点的电位偏差值，保证各相正常运行；②为了避免因设备绝缘受损而发生的触电风险，在受电设备的壳体、电力电缆的金属层和接地装置之间建立起一条线路；③为保证通信装置的正常运行，保证通信质量，提供了一个直流工作接地；④ DC保护接地，即把 DC装置的某些部位，如金属箱、电缆的金属箱与地面相连接。在通信直流电源中，工作和保护接地是结合在一起的。直流工作接地是将-48V的蓄电池组正极连接到地面上，这样可以减少直流接触器或电缆金属外皮绝缘不良时引起的电蚀作用，从而保护直流接触器和电缆金属外皮不受损坏。

防雷系统：通信电源交流系统防雷划分为四级，第一级的防雷措施采用低压电缆的供电线路；第二级则使用交流电源分配单元；第三级利用整流器的输入端；而第四级则把目光投向了整流器的直流输出电路。

通信电源的防雷属于强电防雷设计，它的重点在于当电网接入交流配电单元和电网接入UPS主机时，对其进行防雷模块的设计，采用了二级防雷。在电网接入交流配电装置之前，将电源防雷器安装到交流配电装置，并经该防雷器输出至交流配电装置，再将其输入UPS中的防雷器。在避雷装置的选用上，应使避雷装置的保险丝电压、保险丝电流均高于系统额定运行电压及电流。

通信电源需接地的部位包括：输入网络的接地，UPS外壳的接地，安装支架的接地等等。一般情况下，电脑房的地线都是采用综合地线，并且必须在接点处焊得结实、不受腐蚀；接地排的地线一定要紧密相连。使用地阻仪测试接地电阻较大的时候，要注意选择测量辅助地极点，确保每次测量取点一致，以减小由于测量方法的差异而产生的偏差。当接地电阻过大时，应立即采取措施，并应满足设计的综合接地电阻不超过1Ω。

3.3 高速公路通信电源的散热部分设计

在实际设计优化阶段时，重视通信电源系统设计工作，并充分了解电流电压的情况，避免受其影响而导致出现问题。因此，在设计阶段必须要通过控制单元，规范操作，对各个数据有着一定了解。针对不能正常散热的情况，进行科学有效的分析，了解通信电源出现的问题，才能确保设备安全稳定运行。

因此，在设计系统的过程中，了解各项工作标准，以便于提升设计效果，而且空调温度设计作为重要工作，需要将其控制在25℃左右，这样可以通过安装三个风扇的方式，以便于达到额定温度。

4 高速公路通信电源日常运行维护的措施

通信与电源密不可分，而电源又是通信的保障。因此，确保通信电源的正常运行，尤为重要。通信网络的稳定运行与电力系统的可靠性、稳定性密切相关。与此同时，随着通信行业的快速发展，通信电源的发展也得到了极大的促进。这就导致了维修人员对于厂商的依赖性越来越强，设备故障所造成的损失风险也随之增加。通信电源是通信系统的核心。因此，在此背景下下，通信电源的运行维护与管理也就有了新的要求[4]。

4.1 结合厂家实力，科学选择电源设备

目前，市场上的电源设备品牌非常复杂，虽然都符合入网检查标准的各项性能指标。但在结构、人性化设计、智能化监控以及售后服务保障等方面，不同品牌之间的差异很大。如果不能正确地选择这些品牌的设备，将会给后期维护带来困难，更难以获得制造商的担保等诸多问题。品牌的数目不过多，尽可能地单一，这样有利于提高人员的技术水平。同时，选择的设备具有一定的规模，也便于为客户争取更好的售后服务条件；对于同一种型号的设备，尽可能的将其配置在相同的区域，以便维修人员能够进行单一的、深入的维修。

在电力系统中，对电力系统的安装与验收工作也起着至关重要的作用。经生产厂家检验合格的产品，经过运输、颠簸，到达安装地点时，内部和外部的电接触点有可能发生松脱或脱落；另外，厂商给出的参数设置，也有可能与现实不符，为今后的运行留下了隐患。通过对这些问题的排除和纠正，使该电力装置在未来的使用中安全稳定运行有重大意义。

4.2 建立健全新的维护机制和制度

要保证大规模的通信网络的安全、可靠的电力供应，保证通信的不中断，在少数人员的条件下，还需要对种类繁多、数量多、分布广的电力设施进行日常的维护和故障抢修。所以，应该建立一个科学的，健全的通信电源维修系统，提高维护工作的效率，提高维护工作的科学性，不断提高管理水平，以此来适应工业的快速发展，是最主要的任务。当前，应以“集中维护，集中管理，集中监视”为特色，以电环监视系统为平台，结合地方实际情况，因地制宜，不断改革维护制度。建立以“集中式维护、集中式管理、集中式监控”为主的维护制度，形成“集中式报障、闭环处理”的运行机制。在日常的管理工作中，一定要提倡主动维修，预防维修故障的发生；同时，要尽早地发现故障，充分运用各类监控手段，保证用最快的速度来处理问题，做到及早、及时，以降低故障带来的损失。

4.3 维持良好的备件状况，逐步推行自动倒换装置

随着自动倒换装置的逐步普及，以及具备机械式人工换向器的特点，建议在紧急情况下使用大容量的交流电源。该系统由两个子系统组成，一个是变压器，另一个是发动机。高压开关联络柜用于备份各子网之间的电源，尽可能不使用电动机。当发生断电时，该系统可以迅速启动发电机，以防止电池没电。如果条件允许，各个主要通信机房点应该引进两条不同变电站提供高压电力的高压线路，以提高供电的可靠性。

在电力系统的维修和管理工作中，自动倒换装置扮演着重要的角色。除了记住开启和关闭的步骤之外，当使用自动倒换装置时，还需注意输入的电压、电流、频率等重要参数，以确保自动倒换装置的正常工作[5]。按照维护规定，应该建立对蓄电池容量进行测试和验证的操作流程，并购置与之相适应的蓄电池容量测试仪器，例如：蓄电池容量测试仪、移动式假负载、移动式充电机和蓄电池单体活化仪，并配有维修人员。此外，定期检查电池的正常使用也是必要的，通常每三个月进行一次。

4.4 加强专业人才建设

当前，由于企业技术人员的专业水平薄弱，一旦设备出现故障时不能及时的解决。在这种情况下，需要建立一个由技术专家、技术骨干、日常维护人员、厂家技术人员组成的技术维护系统。在该团队中，需要讨论典型的故障，对各种有代表性的故障进行讨论分析，然后将分析的数据归档处理，实现信息资源的共享，为维修团队的技术迅速提高提供了一个很好的平台。

5 结束语

高速公路通信系统中，通信电源具有无法替代的地位，要确保电源的稳定性，就必须要认识到设计重要性，科学、合理地进行维护与管理，才可以让技术人员对通信电源系统的结构有更多的了解，掌握先进的维修方式，并定期对通信电源展开维护与维修，从而提高运行效果。目前，在实际的设计维护阶段，因为涉及的内容比较多，为了避免在这个过程中出现的问题，就必须要对设计要点和维修标准有一个全面的了解，这样才能合理地制定设计和维修方案，以便更好地执行后续工作。