秦棣祥 (武汉洲际通信电源集团公司 430035 武汉)
摘 要 从相控整流器的更新改造，名词、术语的规范化，整流器的输入电流谐波和阀控密封蓄电池的管理四个方面，阐述了目前我国通信电源领域中存在的问题，并作了探讨。
关键词 更新术语规范化电源谐波蓄电池的管理
作为通信设备的电源供给，有交流不间断供电(AC、UPS)和直流不间断供电(DC、UPS)之分。交流不间断供电系统常约定俗成的简称不间断电源(UPS)，而直流不间断供电系统则常简称直流供电。但二种系统通常均由变电站提供的市电或由自备的油机—发电机组提供能源保证，而由蓄电池作为电源不间断的基本保证。下面就二个系统中的有关问题作一些探讨。
1 相控整流器的更新改造问题
相控整流器、可控谐振整流器和高频开关整流器是通信整流器发展中的三个里程碑。可控谐振整流器在我国除引进美国交换设备时附带引进少量电源外，基本上跳过了这类整流器的生产阶段。但我国相控整流器的生产年限较早，从1969年即已开始。相控整流器由于重量体积大，消耗铜铁材料资源多，且其功率因数低需用电容柜对无功功率进行补偿。此外还没有浮充电压的温度补偿功能，不能很好适应阀控密封电池的温度补偿要求。故由高频开关整流器取代相控整流器是技术发展的必然。但功率等级较大、性能较完善、与程控交换机等先进设备配套的相控整流器则从1987年开始，直到1993年左右才逐步由高频开关整流器所取代。实际上，1993年后的新建通信局站由于高频开关整流器已日臻成熟而直接采用，一步到位。此外，有些局站在进行纵横制改造为电子程控交换机时，由于电力室位置有限，也有将原相控整流器更换为开关整流器的情况。最近，有些作者撰文［1］，从经济效益的角度论述了当前通信系统中原相控整流器改造的必然性，似值得商榷。首先文献［1］中认为通信用相控整流器的效率为0.7是不符合实际的，实际应为0.9左右。与高频开关整流器相比，仅低2%左右。其次，输入有功功率也即耗电量主要与整流器效率与输出功率的乘积有关，而与功率因数无关(无功电流会在输入线路上产生少量损耗)。因此，所谓对于1000 A的电源系统计算所得的每年可节省电费14.17万元的结论也是不符合实际的。换言之，要在一、二年内收回开关电源的成本是不可能的。当然，对于已安装使用的相控整流器在已使用到一定年限或在配合采用阀控密封电池和采用监控系统以达到无人值守等特殊要求下，可考虑提前更新。目前我国已安装使用的相控整流器有万余台，而我国毕竟在经济上还不十分富有，故对相控整流器的更新应有一个客观全面的认识为宜。顺便说一句，美国的可控谐振整流器也仍有在使用。此外，在大功率通信用UPS中，由于高压相控整流器的效率可高达98%，故目前也仍有采用的。
2 名词、术语的规范化问题
在典型的产品标准中通常都有名词术语这一节，明确阐明某些名词术语的定义,以免发生歧义。这在国外和国际一些标准中是比较重视的，但我国通信标准中有时相对采用较少。在当前热衷谈到国际接轨之际，对国际标准也常采用等同处理。那么对于一些在通信电源领域中出现的名词术语，也有必要与国际称谓相一致。例如在《通信局(站)电源系统总技术要求》(YD/T1051-2000)中出现了很多名词如交流供电、交流电源系统、交流供电系统、直流供电、基础电源、机架电源，还有集中供电、分散供电、一体化供电方式等，但似尚缺科学的缜密定义。
我们知道，根据通信设备对不间断供电的要求，通信电源系统可概分为交流不间断电源系统和直流不间断电源系统。同时各个电源系统又可划分为三级，如图1所示。
第一级是提供能源保证的，即通常由交流市电和油机发电机组提供的能源。第二级是保证供电不间断功能的，在直流不间断电源系统中是由整流器和蓄电池等设备组成来保证的。而交流不间断电源系统则由整流器、蓄电池、并联运行逆变器/旁路等设备组成。第三级电源是指通信设备内部的DC/DC，DC/AC，或AC/DC等变换设备而言，满足通信设备工作的特殊需要。《总技术要求》中对直流供电系统的第一级称作基础电源，而将交流不间断电源系统的第二级称为UPS，将第三级电源称为机架电源。这样的称谓，概念上比较混乱，不如直接采用上述国际上通用的称谓及概念，比较更为科学和明确。这对于贯彻执行一些国际标准(这些标准中引用了这些名词)或在国际上进行论文交流时更容易有共同语言。此外，对于集中供电和分散供电已经议论了很久，但却没有明确定义。仍以《总技术要求》为例，其分散供电的图例，就是局限于直流不间断电源系统的第二级供电，殊不知第三级电源也有分散、集中之分。而一体化供电方式不知与国际上的嵌入式电源(Embeded Power Supply)是否相一致，哪一种说法内涵更广、更明确也值得推敲。
类似的情况，例如蓄电池的保有容量(Retain Capacity)也有几种说法。一是电池自放电造成容量丢失后的余留容量。也有认为电池在高放电率放电后再作低放电率放电还能放出的容量。此外，保有容量和剩余容量(Residual/Remaining Capacity)二者是否相同或不同都不够明确。这些情况恐怕都缘于标准中缺乏名词、术语的明确定义的结果。由于查阅的资料不多，理解不深，谬误难免，欢迎指正。
3 整流器的输入电流谐波问题
随着EMC问题的日益被重视，整流器的谐波电流的谐波限值也已提到议事日程上来。谐波电流的限值有二方面标准的限制。一方面来自电力系统的限制，例如标准GB/T 14549《电能质量——公用网谐波》，它对一定短路阻抗的电网有一定的谐波电流注入的限值要求。但由于很多用户都共同连接在一个电网上，又有一个电流或容量分配问题。再则，谐波电流的限值最终还得由电网谐波电压是否超值来决定。另一方面是产品标准对谐波电流的限制要求。这方面标准如过去的IEC555-2《家用电器及其它类似电器的谐波电流限值》。此标准已在1993年废止并明确由IEC1000-3-2《接入交流低压电网设备的电流限值》代替。但其谐波电流限值基本未变，具体要求见表1。
IEC1000-3-2标准适用于输入电流小于16 A(含16 A)的产品。此标准的二个主要特点是：
(1)以各次谐波电流的最大允许值来对设备进行限制；
(2)当多台设备(例如多个模块)装于一个列架中，仍视为多台设备分别接入电网考虑。
1995年 IEC 又颁发 IEC1000-3-4。这是对输入电流大于16 A设备的谐波限值。但此标准对谐波限值分了几种情况和等级。此标准与 IEC1000-3-2的主要差别在：
(1)谐波电流限值以谐波系数(In/I1)%来表示；
(2)限值分几个等级，第一级限值可以不受限制地接入公共电网；
(3)对于列架的多台装置，其总输入电流也应符合限值要求。
第一级限值见表2。
现在的问题是如何正确理解和执行标准的限值。下面提出一种目前应用比较广泛的真实三相无源校正的高频开关整流器为例作如下阐述。
设现有同为三相无源校正电路而输出不同的48 V/50 A 模块；48 V/100 A 模块和由48 V/50 A 模块组成的500 A 列架电源三种产品。经实测和计算或推算可知：
48 V/50 A 整流模块的输入电流IR=4.7 A，基波电流I1=4.5 A，3次谐波电流I3=0.175 A，5次谐波电流I5=1.03 A，7次谐波电流I7=0.53 A，11次谐波电流I11=0.33 A，…。而相应的3次谐波系数K3=3.9%，5次谐波系数K5=22.8%，7次谐波系数K7=11.7%，11次谐波系数K11=7.5%…
48 V/100 A 整流模块的IR=9.4 A，I1=9 A，I3=0.35 A，I5=2.06 A，I7=1.06 A，I11=0.66 A。各次谐波系数均与48 V/50 A相同。
48 V/500 A 列架电源其IR=47 A，I1=45 A，I3=1.75 A，I5=10.3 A，I7=5.3 A，I11=3.3 A。其各次谐波系数仍与48 V/50 A相同。
将上述三种情况与相关标准对照考核，其结果为：
(1)48 V/50 A 和48 V/100 A 整流模块其输入电流IR均小于16 A，故用IEC1000-3-2标准考核。48 V/50 A各次谐波电流均符合要求，而48 V/100 A已超出限值要求；
(2)48 V/500 A 列架电源由于总输入电流为47 A，故以 IEC1000-3-4标准考核，其5次，7次，11次谐波系数均已超出标准。
由上可知，三种电路拓扑相同，功率不同的产品，其结果迥异。48 V/50 A 和48 V/100 A 虽同用 IEC1000-3-2考核 ，但48 V/100 A 因功率较大而不符合标准。48 V/50 A 虽然通过了IEC1000-3-2标准，但用48 V/50 A 模块组成的500A列架电源却不能通过 IEC1000-3-4标准。
因此，对于通常采用并联运行的通信用整流器而言，不论模块或列架电源，均宜采用 IEC1000-3-4一个标准考核 ，以避免产生上述那些不必要的矛盾。再则 IEC1000-3-2由于是由IEC555-2家用电器标准而来，家用电器一般是独立使用的，且电流一般小于16 A，因此采用IEC1000-3-2的方法及限值来考核也是合理的。不过，它不适合通信整流器实际使用情况而已。故将此问题的看法提出，供商讨。
顺便还提一点，对于无源校正的真实三相高频开关整流器，目前已用得较多，如朗讯的48 V/200 A 模块，洲际、中达、中兴的48 V/100 A 模块均属这种类型。当执行谐波电流标准后，是否也必须更新呢?还是在颁布新标准时说明已使用的设备不在此列，或者执行放宽标准为妥。
4 关于阀控密封电池的管理问题
近年来，阀控密封电池(VRLA)在通信领域被大量采用，但在使用过程中又发现了一些问题，主要是寿命较短和猝不及防地出现容量不足造成通信中断。因此，有些使用者又有回复采用富液式防爆密闭电池的想法。幸好，另一方面关于VRLA电池的充放电和检测方法，即VRLA的管理问题也取得了不少进展。所以，VRLA的采用应该是肯定的。首先，通信用蓄电池组为48 V，而单体电池为2 V，因此电池的串联运行是不可避免的。同时，系统要求的容量大于单体电池容量时，则电池的并联运行也是必然的。对于电池的并联运行，富液式电池在过去已经过试验验证是可行的。对于VRLA电池也有试验表明，不同容量不同状态的电池并联运行也是可行的，因充/放电时其电流和容量具有自动平衡作用。对于串联运行的电池组也可通过加装均压装置来获得电压的均衡。在这个基础上，选择合适的浮充电压和温度补偿并辅以在线放电及多种充电程序，对防止电池出现最担心的突发性故障是有防范作用的。
下面介绍一下洲际集团智能电源设备电池管理的情况及特点。电池是一种渐变产品，因此使整组电池能处于平衡正常状态是电池保养，也是防止突发故障的前提。但监测也是必不可少的。对于人们最关心的容量检测，莫过于进行放电曲线的测试。离线测试不是一种好办法，而在线测试(即不脱离负载线利用负载进行放电)是比较方便和安全的。进而言之，恒流在线放电将更是我们所希望的，也更符合电池特性检测的需要。洲际集团的智能电源设备可以在5000 A以内任意设定放电电流(当然，不能大于90%负载电流)，并绘出电池组及各电池的放电曲线。同时在放电后，还可以采用多级恒流限压或恒压限流充电，以便使电池快速恢复。如果再增加在线内阻测试，将使VRLA的管理更臻完善。
参考文献1 胡先红.再谈相控电源改造方案.电源技术应用，2000，(11)
