通信站與通信設備供電系統探討

施永剛 苗 琳

（1.浙江嬌陽生物醫療科技有限公司 2.浙江眾星志連科技有限責任公司）

0 引言

隨著通信事業的飛速發展，通信站及通信設備大量的增加，通信設備更新換代，對供電系統的要求也越來越高，主要要求是可靠性高、穩定性強、電磁兼容性好、效率高、智能化、小型輕量、適用于分散供電、便于安裝和維護、擴容靈活以及節能等［1］。本論文針對其可靠性與穩定性進行論述。

1 國內供電系統

1.1 電網與配電網

電力系統是由發電廠、電力線路、變電所、電力用戶所組成的系統，它肩負著發電、輸電、變電、配電與用電任務。在電力系統中，各級電壓的電力線路及變電所稱為電網［2］。通常用電壓等級區分電網種類，如電壓在220kV以上者稱為區域網，電壓在35～110kV時稱為地方電網，而包含配電線路和配電變電所且電壓在10kV以下的電力系統稱為配電網。

1.2 發電、輸電與配電

發電、輸電與配電的過程如圖1所示。

我國發電廠的輸出額定電壓為3.15～20kV。隨著大型發電機組的建成與輸電距離的增加，為了減小線路電壓損耗，以節省有色金屬和降低線路工程造價，所以必須經發電廠變壓器升至35～500kV，再由高壓線路傳送至受電區域變壓器，降至6～10kV輸入到配電網，配電網輸出端額定電壓為380V。我國已于1985年建成500kV高壓輸電網，國外不少國家已建成750kV電網，國外正在開發1000～1500kV超高壓電網。

對于用電設備來說，其額定電壓與電網電壓一致。發電機的額定電壓比電網電壓高5%，這是考慮到負荷電流會在線路上產生壓降損失。而變壓器二次繞組的額定電壓比電網和用電設備的額定電壓高10%，這個電壓是針對變壓器空載而言的，當變壓器有額定負荷電流時，其繞組電壓損失達5%電網額定電壓，此時變壓器一次電壓符合比用電設備電壓高5%的要求［3］。在變壓器一次側，因接地端與電網相連，故額定電壓與電網相同。

2 通信站與設備

不能只是簡單地認為通信設備只有數據服務器，還有為服務器正常連續運行所提供的電力保障、制冷保障與消防報警系統保障等，而這些保障設備需要用電，因此，能夠對以上所有的設備提供安全可靠的供電就成為數據服務器連續可靠運行的關鍵。

2.1 設備類型

電力系統相關的設備有：變壓器、柴油發電機、高壓低壓配電柜（配電箱）、ATS、UPS、HVDC等。制冷系統相關的設備有：冷凍機、冷卻塔、冷卻與冷凍儲水罐、循環水泵、水質處理裝置、精密空調、除濕加濕設備等。消防報警系統相關的設備有：消防主機、煙感與溫感探頭、極早期火災預警系統、氣體滅火系統等。

2.2 設備選用

電力設備選用原則如下：

（1）變壓器：變壓器是輸配電的基礎設備，廣泛應用于工業、農業、交通、城市社區等領域，其利用電磁感應的原理來改變交流電壓，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓 （磁飽和變壓器）等。這里只介紹降壓配電變壓器，目前選用以下三種方式：方式一為110kV變10kV，再10kV變0.4kV（大型通信站用）；方式二為35kV變10kV，再10kV變0.4kV（中型通信站用）；方式三：10kV變0.4kV（小型通信站用）。以上可以根據通信站內所有設備所需用電量總和及通信站規模大小來進行選擇［4］。

（2）柴油發電機：柴油發電機是一種發電設備，是指以柴油為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電的動力機械。整套機組一般由柴油機、發電機、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護裝置、應急柜等部件組成，可用于各種家庭、辦公室、大中小型企業日常發電以及應急發電。通信站目前主流選用的柴油發電機的輸出額定電壓有10kV（大型、中型通信站選用）、0.4kV（小型通信站選用）兩種，發電機系統一般由兩臺柴油發電機并列運行。

（3）高壓低壓配電柜：在電力系統的末端負責分配電能和電力線路、監測用電設備、控制并集成電氣元件的柜體被稱為配電柜。

（4）自動轉換開關（ATS）：ATS主要用在緊急供電系統，是將負載電路從一個電源自動換接至備用電源的開關電器，以確保重要負荷連續、可靠運行，因此，ATS常常應用在重要用電場所，其產品可靠性尤為重要。此外，ATS在使用時，既具備雙電源自動轉換功能，又具有短路電流保護功能。

（5）不間斷電源（UPS）：UPS是一種含有儲能裝置的不間斷電源，主要用于為部分對電源穩定性要求較高的設備提供不間斷的電源。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流式電源穩壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時，UPS立即通過逆變器切換的方法將電池的直流電能轉換為交流電，來繼續向負載供電，使負載維持正常工作并保護負載軟硬件不受損壞［5］。在電壓過高或過低時，UPS設備均能提供保護，通信站選擇UPS應采用多臺并聯運行方式。

（6）高壓直流輸電（HVDC）：HVDC常被用于傳統遠距離輸電，由于其安全可靠，因此被應用于通信站設備領域。由于HVDC比傳統UPS在運行上可靠性高、故障概率低、維護成本低，同時還有部分節能作用，故目前新建的中大型通信站正在用其逐步替代UPS或將其與UPS混合配套使用。

3 通信站與設備適用的供電系統

3.1 通信站高壓供電系統

高壓供電系統由高壓供電線路、高壓配電設備及變壓器組成。根據通信站的建設規模及用電負荷而建設不同類型的變電所。變電所從結構上分為室外和室內獨立變電所，室內獨立變電所包括小型獨立變電所和配有成套高壓開關柜的變電所。

高壓變配電所從電力系統受電，經過變壓后送至低壓配電所。用戶使用的時候要求變電所盡量接近負荷中心，使之減少電能損失，并且主接線應簡單、運行可靠，同時要便于施工和維護［6］。

3.2 高壓供電系統配電的連接方式

高壓供電系統配電的連接方式有單母線、雙母線兩種。配電系統的基本接線方式有放射式、樹干式、環狀式三種。

（1）放射式（35kV舉例）。放射式是通過區域變電所降壓變壓器將35kV及以上的高壓降為10kV或6kV，經專線直接接至通信站的配電變電所，放射式線路有兩種：單回路和雙回路，本文選擇雙回路形式，如圖2所示。應用雙回路的好處是，當一個回路發生故障時，由另一個回路為全部負荷繼續供電，提高了供電的可靠性。

圖2 雙回路放射式線路

（2）樹干式?？刹捎靡宦坊騼陕肥须姽╇?，在變電所的高壓母線上連接一臺或多臺變壓器，高壓的進線與出線均裝有斷路器或負荷開關及熔斷器。在變壓器的低壓側，變壓器間設有母聯開關，當其中一臺變壓器出現故障時，由另外N-1臺變壓器供全部負荷用電［7］。其供電的可靠性稍低于雙回路放射式，但投資較省，一般用于二、三級負荷。當供電電源可靠時，也可供給一級負荷。

（3）環狀式。環狀式可以采用一路、兩路或三路市電供電，采用兩路市電供電的環狀配電接線方式。當干線上的任何地方出現故障時，只要將故障相鄰近的斷路器、隔離開關斷開而切斷故障，便可恢復供電。因此，這種線路供電可靠性高，并且運行靈活，較適用于通信站與設備使用。

采用環狀式為通信站與設備供電時，還需要配套使用柴油發電機、UPS、ATS等設備，這種供電方式是目前較為安全可靠的供電方式之一。環狀式供電具體如圖3所示。

圖3 環狀式供電

根據圖3可知，系統采用兩臺35kV主變壓器的雙路供電，在其二次側（10kV側）配置有N＋1臺的高壓柴油發電機，當雙路市電掉電的時候，發電機組并列運行，當其中一臺發電機組出現問題的時候，問題機組退出發電，不影響其余發電機組正常運行。在二次側設有母聯開關，當一路進線的一臺主變壓器出現故障時，切除該故障變壓器，之后由10kV母聯開關投入，為下一級各變壓器供電。

當10kV變壓器出現故障的時候，故障變壓器退出運行，后方低壓母聯開關投入運行，為后方低壓設備供電。

數據服務器由市電與UPS混合供電，當雙路市電出現問題的時候，全部負荷可由柴油發電機、UPS（或HVDC）供電，當市電恢復后，服務器恢復至市電與UPS（或HVDC）混合供電。

UPS（或HVDC）供電由雙路市電經ATS切換后供給，這里要求ATS既具備高帶負荷分斷電流能力，又具備短路電流保護能力。

冷凍機及其配套的水泵水塔設備由雙路市電經ATS切換后供電，這里要求ATS也要既具備高帶負荷分斷電流能力，又具備短路電流保護能力。此外，還需要設置一套冷卻設備由市電與UPS混合供電，當一路市電掉電時，由另一路市電為其供電；當雙路市電掉電時，可由柴油發電機、UPS供電。冷媒載體需要有相應冷卻冷凍保溫儲水罐體，以支撐通信站使用。

消防報警系統可以采用市電與UPS混合供電方式，當一路市電掉電時，另一路市電可以切換；當雙路市電掉電時，由柴油發電機、UPS為其供電。

4 結束語

隨著通信站在國內的壯大發展，其站內的設備能夠連續安全穩定地可靠運行顯得非常的重要。供電方式參考采用作者文章內的所述方式，根據其自身建設的規模大小來選擇合理的供電方式，以達到理想狀態。