第一章 引言.............................................................................................................................. 4
第二章 基站电源系统概述......................................................................................................... 5
第一节 移动基站对电源系统的基本要求.................................................................................. 5
2.1.1 供电质量............................................................................................................ 5
2.1.2 供电可靠性......................................................................................................... 5
2.1.3 电磁兼容性......................................................................................................... 5
第三节 移动基站电源系统的基本组成...................................................................................... 5
2.2.1 通信局(站)电源系统的组成............................................................................. 5
2.2.2 集中供电方式电源系统的组成............................................................................. 5
2.2.3 基站供电系统(-48V)组成............................................................................... 6
2.3.4、UPS日常维护........................................................................................................ 8
第三章 移动基站通信电源设备容量估算及选型......................................................................... 8
第一节 估算低压配电屏(箱)、开关电源系统、空调等设备............................................... 8
3.1.1 低压交流配电系统............................................................................................. 9
3.1.2 通信用智能高频开关电源系统............................................................................. 9
3.1.3 通信机房空调.................................................................................................. 12
第三节 估算各段电缆线径及选型......................................................................................... 15
3.3.1.市电电缆选择:.................................................................................................. 15
3.3.2电池电缆和直流配电电缆选择:............................................................................ 15
第四节 画出基站电源系统方框图及基站各设备布局示意图................................................... 16
3.4.1 基站电源系统方框图......................................................................................... 16
3.4.2 基站设备布局图................................................................................................ 17
第五节 估算移动式油机发电机组容量并选型........................................................................ 17
3.5.1 柴油发电机组的配置与选择............................................................................... 17
3.5.2 自备发电机组台数及容量的确定........................................................................ 18
3.5.3 常见故障及处理.............................................................................................. 18
第四章 移动基站接地系统设计................................................................................................ 19
第一节 移动基站接地系统组成............................................................................................. 19
4.1.1 接地系统的组成................................................................................................ 19
第二节 接地系统设计........................................................................................................... 19
4.2.1 影响接地电阻的因素......................................................................................... 20
4.2.2 接地的分类和作用............................................................................................. 20
4.2.3 联合接地系统.................................................................................................... 20
4.2.4 通信电源系统的防雷保护.................................................................................. 21
4.2.5 防雷保护的手段................................................................................................ 21
4.2.6 接地电阻的测试规范......................................................................................... 21
4.2.7 对接地体和接地线的要求.................................................................................. 22
第三节 减小接地电阻的有效措施......................................................................................... 22
4.3.1 接地系统的电阻和土壤的电阻率........................................................................ 22
4.3.2 人工降低接地电阻的方法.................................................................................. 22
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通信电源稳定可靠的运行是整个通信系统正常运行的基础,因此,通信电源的配置必须科学、合理、规范。通信设备直流负荷的容量直接影响到通信电源直流系统的设计,是最重要的设计依据,它的准确程度,将直接影响到电源系统的可靠性与经济。由于移动基站的数量众多,这种影响在电源系统的设计中则更加显著。
移动基站具有数量众多、站址分散的特点,同时,许多基站的交流供电不稳定,如存在季节性的停电、电压波动大等因素,使基站电源的维护任务十分繁重。因此,要求基站电源的设计必须考虑到这些因素。在直流系统的设计中,既要使电源设备保证一定的冗余量,在基站停电时能够为基站内通信设备维持一定的供电时间,又要充分考虑到建设的经济性,而不是一味地增大电源设备的容量配置。
第一节 移动基站对电源系统的基本要求
2.1.1 供电质量
供电质量(quality of power supply)提供合格、可靠电能的能力和程度。包括电能质量和供电可靠性两个方面
低压交流电的额定电压为220V/380V(三相五线制),即相电压220V,线电压380V;额定频率为50Hz。通信设备用交流电供电时,在通信设备的电源输入端子处测量,电压允许变动范围为:额定电压值的+5%~ -10%,即相电压231V~198V、线电压399V~342V。
通信电源设备及重要建筑用电设备用交流电供电时,在设备的电源输入端子处测量,电压允许变动范围为:额定电压值的+10%~-15%,即相电压242V~187V、线电压418V~323V。交流电的频率允许变动范围为额定值的±4%,即48Hz~52Hz 交流电的电压波形正弦畸变率应不大于5%。电压波形正弦畸变率是电压的谐波分量有效值与总有效值之比。
通信局(站)应根据供、用电规则的要求安装无功功率补偿装置,使之采用100kVA以下变压器时,功率因数不小于0.85;采用100kVA以上变压器时,功率因数不小于0.90。
2.1.2 供电可靠性
供电可靠性是指供电系统持续供电的能力,通信电源系统的可靠性用“不可用度”指标来衡量:电源系统不可用度 =故障时间/(故障时间+正常供电时间)通信电源设备的可靠性用“不可用度”和“平均失效间隔时间(MTBF)”指标来衡量。
2.1.3 电磁兼容性
电磁兼容性( EMC)的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。它有两方面的含义,一方面任何设备不应骚扰别的设备正常工作,另一方面对外来的骚扰有抵御能力。即电磁兼容性包含电磁骚扰和对电磁骚扰的抗扰度两个方面。应符合YD/T983—1998《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》的要求。
电磁兼容性的三大要素是骚扰源、耦合通路和敏感体。解决电磁兼容性问题的方法,主要有屏蔽、接地、滤波,以及改进和创新电路设计与制造工艺。
第三节 移动基站电源系统的基本组成
2.2.1 通信局(站)电源系统的组成
定义:通信局(站)电源系统是对局(站)内各种通信设备及建筑负荷等提供用电的设备和系统的总称。
基本组成 :通信局(站)电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成。
基本要求:通信局(站)电源系统必须保证稳定、可靠和安全地供电。
系统组成方式:有集中供电、混合供电 、一体化供电方式。
2.2.2 集中供电方式电源系统的组成
集中供电是指在通信局站内只设一个通信电源供电中心,所有通信设备都由该供电中心的电源供电。集中供电系统是将包括整流器,直流配电屏以及直流变换器和蓄电池组等在内的直流电源设备安装在电力室和蓄电池室,如图1-1所示。在一个通信机房里可能集中了多种直流电源
基本要求:通信局(站)电源系统必须保证稳定、可靠和安全供电。
2)双变换在线式UPS克服了市电质量差对其性能的影响,市电中断时,负载不会发生电源瞬时中断,通信生产中通常采用这种类形。原理图如下:
主要性能和技术指标:
输入特性
输入电压范围: -15%~+10%U之间
频率输入范围: 50±4%Hz
输入功率因数:输入功率因数高低是衡量是否对电网存在污染的一个重要电性能指标。
输入电流谐波:是造成UPS输入功率因数低的一个重要因素。
输入特性
输出电压波形失真度:指UPS输出波形中谐波分量所占的比率。
输出电压稳压精度:输出电压稳定程度越高,输出电压的波动范围越小,电压精度越高。
输出功率因数:表示带非线性负载能力的强弱。
输出电流峰值因数:指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。
三相不平衡能力:具有100%负载不平衡能力的UPS,允许一相输出带满载,而其他两相空载。
UPS输出效率:指UPS的输出有功功率与输入有功功率之比。
第一节 估算低压配电屏(箱)、开关电源系统、空调等设备
低压配电屏主要用来进行受电、计量、控制、功率因数补偿、动力馈电和照明馈电等功能。
3.1.1 低压交流配电系统
低压交流配电屏的主要性能通常有以下几项:
1.)要求输入两路交流电源,并可进行人工或自动倒换。如果能够实现自动倒换,必须有可靠的电气或机械联锁。
2.)具有监测交流输出电压和电流的仪表并能通过仪表、转换开关测量出各相相电压、线电压和相电流和频率。
3.)具有欠压、缺相、过压告警功能。为便于集中监控,同时提供遥信、遥测等接口。
4.)提供各种容量的负载分路,各负荷分路主熔断器熔断或负荷开关保护后,能发出声光告警信号。
5.)当交流电源停电后,能提供直流电源作为事故照明。
6.)交流配电屏的输入端应提供可靠的雷击、浪涌保护装置。
油机发电机组控制屏及ATS:发电机组控制屏目前往往随油机发电机组的购入由油机发电机组厂商配套提供。ATS(即双电源自动切换装置),通常与低压开关柜安装在一起。
低压断路器
低压断路器:俗称空气开关,主要作为不频繁地接通或分断电路之用,还具有过载,短路和失压保护装置,在电路发生过载、短路、电压降低或消失时,断路器可自动切断电路,从而保护电力线路及电源设备。
低压刀开关:刀开关是低压电器中结构最简单的一种,广泛应用于各种配电设备和供电线路中,用来接通和分断容量不太大的低压供电线路以及作为低压电源隔离开关使用。
熔断器:熔断器是一种最简单的保护电器,在低压配电电路中,主要用于短路保护。它串联在电路中,当通过的电流大于规定值时,以它本身产生的热量,使熔体熔化而自动分断电路。熔断器与其它电器配合,可以在一定的短路电流范围内进行有选择的保护。
接触器:接触器适用于远距离频繁接通和分断交、直流主电路及大容量控制电路。可分为交流接触器和直流接触器两种,交流接触器的工作特点是高压吸合、低压维持。
3.1.2 通信用智能高频开关电源系统
1、通信高频开关电源的组成
一般所指的高频开关电源,是指具有交流配电模块、直流配电模块、监控模块和整流模块等组成的直流供电电源系统,它的关键技术和名称的由来就是其中的高频开关整流器,由于目前大都是模块化结构,所以有时也称高频开关整流器为高频开关整流模块。
下图为高频开关电源系统组成框图:
交流配电单元负责将输入三相交流电分配给多个整流模块(一般用单相交流电居多)。交流输入采用三相五线制,即a、b、c三根相线和一根零线N、一根地线E。接有MOA避雷器,保护后面的电器遭受高电压的冲击,再由各分路空气开关控制三相交流电输入整流模块。
整流模块完成将交流转换成符合通信要求的直流电。这里所指的符合通信要求的内容有:输出的直流电压要稳定、输出的直流电压所含交流杂音小,(开关电源设备的电话衡重杂音电压应≤2mv)、输出电压应在一定范围内可以调节,以满足其后并接的蓄电池充电电压的要求。同时,由于一个开关电源系统大多采用N+1整流模块备份,所以一套开关电源系统至少需要2个开关电源模块并联工作,利用均流功能(电源模块能够共同分担负载电流)解决多个整流模块工作时相互协调的问题。按规定,开关电源各整流模块超过半载时,整流模块之间输出电流不平衡度应低于±5%。其中某个整流模块出现输出高压时该模块能正常退出而不影响其他模块的工作(即选择性过电压停机功能)等。
直流配电单元负责将蓄电池组接入系统与整流模块输出并联,再将一路不间断的直流电分成多路分配给各种容量的直流通信负载。其中在相应线路中接有熔丝保护和测量线路电流的分流器。
监控单元是整个开关电源系统的“总指挥”,起着监控各个模块的工作情况,协调各模块正常工作的作用。
2、高频开关整流器的工作原理
开关电源是连接市电电网与通信设备之间的电源转换设备,基本电路包括两部分。一是主电路,二是控制电路,主电路高频开关整流器中的核心部分是高频功率变换电路,开关电源是利用高频脉冲信号控制电子开关开通时间长短来实现稳压的电源。
整流模块实现交流电输入到直流输出原理图:
主电路的功能:完成交流电输入到直流输出的全过程,是高频开关整流器的主要部分
1)交流输入滤波:包括低通滤波器、浪涌抑制等电路,其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网;
2)整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电;
3)逆变:将直流电变为高频交流电,这是高频开关的核心部分;
4)输出整流与滤波:由高频整流滤波及抗电磁干扰电路组成,提供稳定可靠的直流电源。
控制电路的功能:一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。
3、整流模块功能的设定
① 均充功能设定:通常均充周期1个月、均充持续时间10小时。
② 整流模块输出限流值设定:如设为110%整流模块输出额定电流,表示当整流模块输出电流到达该值后,将不再增加电流(进入稳流状态),起到保护整流模块的作用。
③ 蓄电池组充电限流值设定:比如设为额定容量/10(A),表示当对电池的充电电流到达该值后,电流将不再上升,起到保护蓄电池组的作用。
④市电中断均充参数设定:当发生交流输入中断后,由蓄电池组向负载供电,监控单元同时开始累计蓄电池放电容量,以决定交流复电后是否向蓄电池实行较高电压的均充。
⑤浮充、均充电压设定:-48V系统设定浮充电压:53.5V;设定均充电压:56.4V。