郑大永 郑宏剑 宋波
通信电源作为通信系统的“心脏”，其重要性已越来越被各级电信部门所认识，而且对相关设备和技术提出了更高的要求。近年来，随着技术的进步，特别是功率器件的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断进步，控制方法的不断改进，以及相关学科的不断融合，通信电源在系统的可靠性和稳定性、电磁兼容性、消除网侧电源谐波、提高电源利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等方面取得长足的进步。通信电源正向高频化、高功率密度，高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向发展。
一、通信电源市场的现状
通信的发展促进了通信电源技术的发展，而电力电子学和化学等技术的发展，又使通信电源技术提高到一个新的水平。从２０世纪９０年代开始，电源系统和设备进入到一个更新换代的时期。
在通信局站供电系统方面，我国已完成了以直流－４８Ｖ为基础电压的供电系统的统一工作，原有－６０Ｖ的供电系统已被淘汰，长途干线光缆局和移动通信局－２４Ｖ和＋２４Ｖ系统已被改造或统一成－４８Ｖ供电。集中监控、无人值守、同室安装和分散供电制度得到发展。在长途光缆无人值守局站中，试用太阳能电池效果很好，供电可靠，电压稳定，是理想的节能、无污染的新能源，已被推广使用。
新一代的通信电源设备，如高频开关整流器、阀控式密封铅酸蓄电池、太阳电池、通信电源和空调监控设备、自动化或无人值守柴油发电机组、自动化燃气轮发电机组等设备相继投入使用，使通信电源设备面貌焕然一新，技术水平上了一个新的台阶。与旧设备相比，这些设备采用新器件、新工艺，增大了供电容量，降低了能源损耗，提高了可靠性指标，自动化程度高，具有遥控功能，便于实现少人或无人值守维护。
高频开关整流器由于性能优越，很快代替了传统晶闸管整流器。国产高频开关整流器利用ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ管或ＭＯＳＦＥＴ／ＩＧＢＴ管并联作为 高频电子器件、软开关ＰＷＭ控制技术，具有功率 因素校正电路和模块化结构，不断提高效率，改善交流谐波损耗，提高设备可靠性，便于维护和扩建。
在模块和整机的监控性能方面得到了不断改进，如对蓄电池组管理，其性能有很大改善，具有蓄电池组电压的温度补偿性能、自动定期均充电和带负载放电性能，给用户维护工作带来很大方便。根据蓄电池组带负载放电数据，维护人员可人工核算蓄电池组的实际容量，以评估电池组的品质。
阀控式密封铅酸（ＶＲＬＡ）蓄电池与防酸隔爆式电池相比，具有优良的性能，在通信局站中得到广泛应用。
通信局站的备用发电设备以柴油发电机为主，但柴油发电机组的质量大、体积大、振动和噪声也大，所以有些大型通信局采用了固定式燃气轮发电机组和移动式车载燃气轮发电机组。燃气轮发电机组由燃气轮机和发电机组成，其主要优点是：发电品质高，尤其适用于计算机 的供电；启动和运行可靠性高，失效率约为４×１０－５／ｈ（柴油发电机组为１４×１０－５／ｈ），体积和质量小，１６００ＫＷ仅为６００ｋｇ（柴油机则在６０００ｋｇ以上）；可用柴油机燃料，工作时不需要冷却水系统；维修成本低，操作简便，维修方便；振动小、噪声低、排放有害气体少，有利于环境保护。但燃气轮发电机也有缺点：材料成本高，设备价格贵；消耗燃油量大，一般在０．３６－０．４２ｋｇ／ｋｗ．ｈ而柴油机只需０．２３－０．２６ｋｇ／ｋｗ．ｈ。
二、通信电源市场的发展
计算机、服务器和路由器等大都采用２２０Ｖ交流不间断供电，需安装ＵＰＳ或逆变器供电，因此在一个电信局站内需要安装两套电源设备。但不论什么信息技术设备，其最终电路板芯片都是低压直流供电，如１２Ｖ、５Ｖ、３Ｖ、１．１Ｖ等，只有用户的话机由电话局的－４８Ｖ供给，而且－４８Ｖ供给用户话机的电流比例将越来越小。移动通信局等－４８Ｖ电源只起到过渡电压作用。相反，将来使用交流电压供电的通信设备将越来越多，因此需要交流功率也越来越大。目前的供电系统如图１所示。
对交流来说，不论是采用ＤＣ／ＡＣ或ＵＰＳ设备，都要经过市电整流和逆变换器二级换流。而国际上，以瑞典为代表者认为：－４８Ｖ供电是最可靠、安全和经济的方案；主张互联网和数据设备的用户以购买和安装直流电设备作为首选方案；采用以ＤＣ／ＤＣ变换这种更有效和简单的方案，而不采用逆变器方案。以法国为代表者认为：对电信和数据通信融合的新供电应统一到市电２２０Ｖ整流后的高压直流供电，采用如图２所示的系统，称为ＴＥＮＯＲ供电。
它是一种新的供电概念，在一个电信楼内电信和计算机采用统一的电源。由图２可知，从市电直接整流（称为ｒＡＣ）获取高压直流，当市电为２３０Ｖ（＋１０％～２０％）时，直流最高电压为３５８Ｖ，最低电压为２６０Ｖ，可据此设计直流变换器输入电压和蓄电池的串联只数。蓄电池组的充电另设小型充电器离线充电。供电系统中另有功率因素校正装置，以降低谐波电流。
三、通信电源标准化
通信的快速发展对电源产品提出更多、更高的要求，促进了电源产业的发展；而电源产业的发展也促进了电源标准的制定工作。目前，我国通信电源产品标准研究所完成了相关标准的制修订工作，其相关标准体系如图３示。这些标准在指导电源产品的生产及规范市场等方面起到了重要的作用。
四、通信电源设备的保护
通信局站的电力系统在运行过程中，由于雷击、操作、事故或运行参数配合不当等原因而使供电系统中某部分电压升高，将超过电气设备的额定电压称为过电压，严重时会损坏通信电源设备。这就存在一个防护问题。对此提出系统防雷分区、防雷等级和接地要求。防雷分区为四区：雷电保护区ＬＰＺＯＡ（ＯＡ区）：该区内的各物体都可能遭受直接雷击，同时在该区内雷电产生的电磁场能自由传播，没有衰减。雷电保护区ＬＰＺＯＢ（ＯＢ区）：该区内的各物体在接闪器保护范围内，不会遭受直接雷击，但该区内雷电电磁场的量级因没有屏蔽装置而与ＬＰＺＯＡ区一样。雷电保护区ＬＰＺ１（１区）；该区内的各物体因在建筑内，不会遭受直接雷击，流经各导体的电流比ＬＰＺＯＢ区更小，本区内的雷电电磁场可能衰减。雷电保护区ＬＰＺ２（２区）；当需进一步减小雷电流和电磁场时，应引入后续防雷区，并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。
根据上述防雷分区确定防雷的等级。０区与１区的交界处为Ｂ级防护，１区与２区的交界处为Ｃ级保护，２区内重要设备前端为Ｄ级保护。而对不同供电接地系统中的防雷方案是不同的：对ＴＮ—Ｃ—Ｓ系统：对其Ｎ线（中线）和ＰＥ线（地线）在变压器的低压侧合为一条ＰＥＮ线，Ｂ级防雷只需在相线与ＰＥＮ之间加装防雷器。进入建筑物内的配电屏后，ＰＥＮ分成Ｎ线和ＰＥ两条线进行独立布线。ＰＥＮ线接于建筑物总等电位接地母排并入地。因此，配电屏的Ｎ线对ＰＥ线需装防雷器。对ＴＮ—Ｓ系统：ＰＥ线与Ｎ线在变压器的低压侧出线端相连并入地，由于在后面的供电电路中，ＰＥ线与Ｎ线分开布线，因此需分别在相线与ＰＥ线、Ｎ线与ＰＥ线之间装防雷器。对ＴＴ系统：Ｎ线只在变压器的中性点接地，与设备的保护地是严格分开的，因此需在相线与Ｎ线、Ｎ线与地线之间进行保护。此外还要采用联合接地方式，并使接地电阻严格达到：万门以上程控局及枢纽楼的接地电阻值＜１Ω；２０００门以上、万门以下程控局的接地电阻值＜３Ω；２０００门以下程控局、移动基站的接地电阻＜５Ω；动力机房电力电缆接口处的接地电阻＜１０Ω。
通信电源的防雷可采用如下解决方案。一是采用“３＋１”电路：９成以上的移动基站的低压供电系统的接地方式都是ＴＴ或局部ＴＴ形式，因此，移动基站电源系统应采用“３＋１”电路。即选用３个３８５Ｖ／２０ＫＡ的ＺｎＯ压敏电阻模块分别接在Ａ／Ｎ、Ｂ／Ｎ和Ｃ／Ｎ间，用一个５００Ｖ／４０ＫＡ放电间隙模块接在Ｎ／ＰＥ间，如图４所示。
采用这种电路后，即使电力系统发生相线搭地的事故，一般也不会使之损坏；或者出现短路失效时，由于回路阻抗小，过流保护装置动作，可以避免火灾。由于４０ＫＡ气体放电管置于Ｎ／ＰＥ间，因此不存在动作分散性、灭弧、响应速度和因两相泻放电流同时漏入Ｎ／ＰＥ而使放电元件损坏等问题，而且还会实现全模式保护，适应各种接地方式，是目前最好的电源防雷解决方案。二是等电位设计：电源系统内各模块的保护地采取等电位连接，既可以保证良好的泻放通道，也可避免导体间由于不同电位差异而产生的潜在危险。三是多级防雷保护：按ＹＤ／Ｔ５０９８－２００１《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》的要求，根据基站所处环境，就从电缆引入开始安装多级防雷器。四是联合接地：接ＹＤ／Ｔ１０５１－２０００《通信局（站）电源系统总技术要求》第８条要求，对通信局（站）内的各类设备进行联合接地。
随着通信网日趋庞大，通信设备的集成化、数字化程度不断提高，但抗过电压、过电流干扰的能力却很低，同时随着无人值守机房的增多和接入网的使用，过电压、过电流防护在保证通信系统的正常运行中的作用日趋明显。
