現代通信電源設備的新發展

2019-11-03 09:59:19

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供稿：網友

望松

　　通信電源是向通信設備提供交直流電的電能源，在通信網中的位置極其重要，被喻為通信網和通信設備的“心臟”。如果一個電話局的供電系統發生故障而中斷供電，就發使整個電話局癱瘓，造成地區政治、經濟的損失；如果一個長途干線通信站或通信樞紐局因供電故障而癱瘓，就會造成更廣泛的經濟損失和不良的政治影響。

　　自２０世紀８０年代以來，我國通信事業得到了飛速的發展，通信網和通信設備在質與量的方面都發生了巨大的變化和提高，這種質與量的變化也給通信電源的發展提出了新的要求。因此本文主要對現代通信設備對電源與供電系統的要求及電源設備與供電系統發展的趨勢進行了討論。

　　一、現代通信設備對電源與供電系統的要求

　　與傳統的機電制的通信設備比較，現代通信設備提高了對電源供電系統的要求，具體體現在下面幾個方面：

　　首先，傳統的機電制電話交換機、載波機等通信設備，由于設備內部采用了很多繼電器元器件，一般都由－２４Ｖ或－６０Ｖ等直流電源直接供電，而現代程控電話交換機，移動電話設備和光纖傳輸設備等，一般都由交流市電經整流器整流成直流后供電，只有衛星設備和計算機等由交流市電經交流不間斷電源設備進行供電。但不論是整流直流供電還是交流不間斷電源供電，均因現代通信設備是由微電子集成電路或晶體管等元器件構成的，需要通過變換器模塊變為直流低壓，即將－４８Ｖ或－２４Ｖ直流變換民５Ｖ、１２Ｖ等低電壓、大電流來供電。這種供電方式由于工作電壓較低，會使集成電路的工作狀態，乃至整個通信設備的運行，受到供電電壓脈動、電磁干擾以及電浪涌等方面的影響。而且，集成電路芯片對電壓變化的影響時間非常敏感，響應速度要比繼電器快１０４倍，因此對電壓穩定性的要求就很高，在脈動電壓和抗電浪涌等方面也比傳統的通信設備有更高的指標要求。

　　其次，傳統的機電制電話交換機采用的是集中銅（鋁）母線排低阻配線的供電方式，而現代通信設備為了減小因電壓瞬變和負載短路使整個供電系統電壓下降和通信設備不能正常運行的情況，在直流配線系統中采用了新的配線方式，如有國家采用電纜饋線配線，有的國家采用“高阻配線”方式等等。

　　再次，為了保護通信設備不受雷電或電磁干擾，現代通信設備采用了新的接地方式（這是非常重要的），如程控交換機－４８Ｖ直流供電的正極饋線采用了單點接地的方式，交流三相饋線采用了三相五線制的方式，整個通信局（站）采用了工作、保護和防雷聯合接地的方式等等。

　　在機電制交換設備的局間中繼電路中，由于可以采用大地作回路，因此對接地電阻值的要求很高，而在現代程控交換設備中，特別是數字中繼模塊上根本不存在以大地作回路的控制電路，因此對其接地電阻值的要求就可以放寬。

　　二、現代通信電源的發展趨勢

　　為了適應現代通信對電源設備與供電系統提出的新要求，通信電源設備與供電系統有以下發展趨勢：

　　１．交換技術與高頻化

　　２０世紀６０年代中期，美國研制成功了１２ｋＨｚＤＣ／ＤＣ變換器及半導體開關管（用于微波通信），到７０年代初期被先進國家普遍采用。特別是由這種半導體開關管和變換技術組成的整流電路，能使三相交流電源不超過５０Ｈｚ工頻變壓器直接進行整流，然后由逆變器變成高頻交流及再一次整流，即變成通信設備所需的各種直流電源，是十分有成效的。

　　由于用２０ｋＨｚ高頻變壓器取代了５０Ｈｚ工頻變壓器，整流器中的關鍵元件“工頻變壓器和濾波電感”大為縮小，進而減小了整個整流器的重量體積，消除了噪聲，提高了功率因數，并改善了可控硅對電源波形造成的畸變。

　　８０年代初英國采用上述原理，研制出了第一套完整的４８Ｖ電源設備，即目前所稱的開關電源（ＳＭＲ：ＳｗｉｔｃｈＭｏｄｅＲｅｃｔｉｆｉｅｒ）。

　　在開關電源中，通過使用關斷時間和存儲時間大大縮短的場效應晶體管，又使開關頻率一下子從２０ｋＨｚ提高５０ｋＨｚ，甚至達到５００ｋＨｚ。

　　因此，目前用于通信設備中的機駕電源或組成基礎電源系統的ＤＣＤＣ變換器，變換頻率一般在５００ｋＨｚ以下，輸出功率在３００Ｗ以下。這種ＤＣＤＣ變換器技術比較成熟，可靠性高，效率也高，因而被國內外廣泛應用。

　　２．時控（ＴＲＣ）化

　　隨著開關電源的誕生，對輸出電壓的控制，將由ＴＲＣ完全取代相控和鐵磁諧振控制等方式。ＴＲＣ的方式分為：

　　ａ．脈頻調制（ＰＦＭ：ＰｕｌｓｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ），即用脈沖頻率改變空占比來調整和控制輸出電壓和穩定性。

　　ｂ．脈寬調制（ＰＦＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ），即用脈沖寬度調節空占比來控制輸出電壓的穩定性。

　　３．分散化

　　通信電源供電體制正在從集中供電向分散供電方式發展，特別是發達國家均已開始采用分布式的電源設備和分散式的供電方式，分散式供電主要有以下三種形式：

　　ａ．在通信機房內設一個集中的電源系統（包括整流、配電設備和蓄電池），為本機房內的通信設備供電。

　　ｂ．在通信機房內設多個較小的供電系統（每個系統包括整流、配電設備和蓄電池），每個較小的供電系統為本機房內一部分通信設備供電。

　　ｃ．在通信設備每個機架內分設獨立的小電源系統（包括整流器和蓄電池），為本機架內的通信設備供電。

　　以上三種分散供電方式各有利弊，但均取消了電力室和電池室，使直流供電設備更接近通信負荷，不僅減小了直流輸電的損耗，也提高了系統的可靠性，使安裝、運行的費用也大大減小。

　　４．集中監控化

　　通信系統的集中監控，就是把同一樞紐通信大樓內或雖不在同一大樓，也不在同一城市，但在同一管理范圍內，分布在各局所的通信電源設備集中在一個監測中心內，實行統一的管理和監測，即對其實行所謂的集中遙信，遙測和遙控。其中，遙信是指將正在運行著的通信電源設備的各種狀態信息，如哪一路交流電在工作（包括自備油機發電），電壓、頻率是否正常，直流輸出是否正常，電池處在浮充還是均充狀態，以及Ｎ＋１臺整流器是否都正常運行等依靠反饋到監測中心。遙測是根據遙信獲得的信息資料來判斷所發生的情況，或對一些必要的技術數據進行定期測試，如停電時間、故障歷時和次數、油機運行時間等等，進行自動記錄、顯示和打印，為故障分析提供參考。

　　三、我國現代通信電源設備與供電系統發展的回顧與展望

　　隨著現代通信電源設備與供電系統的發展，我國的通信電源設備與供電系統也在不斷地變革，即隨著現代通信設備的發展也在不斷地進步。我國已幾乎對所有現代通信電源設備和供電手段都有應用。例如，２０世紀８０年代初期，為應用衛星地球站和用戶電報通信設備，我國引進了交流不間斷供電的電源設備（ＵＰＳ），當時是繼儲能飛輪柴油機發電機組后的一種新型設備，到２０世紀９０年代，我國對通信電源設備進取整體的更新換代，特別是在高頻開關整流器的生產方面，我國的民族工業取得了可喜的成果。隨著光通信的發展，我國建設了西蘭烏（西安—蘭州—烏魯木齊）、蘭西蘭（蘭州—西安—拉薩）等長途光纜干線，在干線工程無人站中試用了太陽能和風力發電設備。通過試用，證明了太陽能電池供電可靠、電壓穩定、是一種比較理想的節能、無污染的新能源，目前已被廣泛推廣和使用。可見我國在采用現代通信電源和供電系統方面已有了飛速發展和巨大的進步，想念在眾多通信工作者的共同努力下，通信電源事業一定能適應我國現代通信發展的要求，走在世界的前列。

----《通信世界報》