浅谈开关电源割接论文
浅谈直流供电系统割接技术
冯立忠
摘要
直流供电系统割接是一项难度很高的工程。在割接过程中，首先要保证对通信
设备供电不中断，确保通信安全；其次，由于割接是在设备带电的情况下操作的，
必须保证人身和设备安全。所以做好割接前期准备工作、制定割接方案和应急预案
至关重要。本文结合实际割接案例，具体分析割接的各项工作和注意事项。
DC power system is a very difficult project. In the switchover
process, first of all to ensure uninterrupted power supply for communications equipment and to ensure the communication security; Secondly, because in the switchover process, equipment has a lot
of electric charge, so must ensure personal and equipment safety. So it is very important to do the preparation work before switchover ，the preparation work contains to do develop programs and contingency plans. In this paper, the actual cutover cases, detailed analysis of the switchover of the work and considerations.
关键词：
通信，直流供电系统，开关电源，割接
一、直流供电系统的简单介绍
直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直流供电系统
一般由交流配电屏、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流-直流变换器（DC-DC）
等设备及供电母线所组成。一些小型通信局站往往采用集开关整流单元、监控单元
以及交、直流配电部分为一体的组合开关电源架。
-48V和-24V为直流基础电源，其中-48V为首选基础电源，-24V为过渡电源(将
逐步淘汰)。这种负型基础电压是指电源正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电
线装接熔断器后，与机架电源连接。
1.1直流供电系统的工作原理
在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通过刀闸或自
动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开将交流电送入整流柜中
的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将交流电分配给整流模块。整流模块
将输入的交流电转换为-48V直流电，其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后
通过并机铜排与直流配电柜的正、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔
断器供给负载。同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池
处于并联浮充状态，当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由蓄电池
给设备供电，维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新给设备供电，并对
蓄电池进行充电，补充消耗的电量。如下图所示：
图1 直流供电系统的工作原理
1.2整流器的组成及工作原理
整流器是直流供电系统的核心设备。高频开关整流器是20世纪90年代初开始在我国逐步使用的新一代整流设备，目前已基本取代传统相控整流器。高频开关整流器应用高频开关变换技术，主要采用MOSFET和IGBT等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。高频开关整流器主要由主电路、控制电路和辅助电源三部分组成，如图2所示。
图2整流器基本电路原理图
主电路完成从交流输入到直流输出的全过程。控制电路从输出端取样，与设定值进行比较，取出误差信号去控制主电路的相关部分，改变频率或脉宽，使输出达到稳定，同时根据反馈信号对整机进行监控和显示。辅助电源为控制电路提供所需要的电源。
1.主电路。包括交流滤波、整流、功率因数校正、直流－直流（DC—DC）变换、直流滤波等。
(1)交流滤波。处于整流模块的输入端口，这一部分包含低通滤波、浪涌抑制等电路，用于消除高次谐波电流、浪涌电压以及外界射频等干扰。
(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)功率因数校正。采用功率因数校正电路可消除由整流电路引起的谐波电流和减小无功损耗，提升功率因数。
(4)直流－直流变换电路。由逆变和高频整流两部分组成，逆变部分将直流高压变换为高频交流电，高频整流部分将高频电压变换为电信设备所需要的直流低压。
(5)直流滤波及输出。是整流模块的输出端口，包括输出滤波及抗电磁干扰等电路，最后提供稳定可靠的直流电源。
2.控制电路。控制电路为功率开关管提供激励信号，包括时钟振荡器、脉冲宽度调制器、检测放大电路、驱动电路、保护电路等。其主要作用是从输出端采样，经与设定标准（基准电源的电压）进行比较放大，然后去控制逆变器，改变其脉宽或频率，调节输出电压使其达到稳定，同时根据反馈信号对整机的运行状况进行监测和显示。
二、直流供电系统割接案例说明
2.1原直流供电系统
安徽联通轻工商城核心机房有两套直流供电系统，其中三楼有一套ZXDU3000系统，建设于2004年，配置20块100A整流模块，总容量为2000A，现负载电流约为1200A，蓄电池组为4组GFM-1000AH，充电电流设置为0.1C10A，即充电电流为400A，现负载电流约为1200A，总共为1600A，总负荷达到75%，超过红色预警线；二楼电力室有一套华为PS48600直流系统，建设于2000年，满配置12块50A整流模块，总容量为600A，蓄电池组为两组GNB-1000AH，充电电流设置为0.1C10A，即充电电流为200A，现负载电流约为400A，总负荷到达600A,已经满载，严重超过红色预警。根据目前两套直流供电系统的实际情况，存在重大网络安全隐患。如下图所示：
图3原有直流供电系统方框图
从上图可以看出，两套直流系统所带负载交错，部分供电线路较长，最长的达到70M，线路压降较大，需要进行优化。
2.2改造后的直流供电系统
综合目前的负荷及今后几年发展的需要，本次工程新增一套ZXDU3000直流供电系统，配置20块100A整流模块，蓄电池组为4组GFM-1000AH，代替PS48600直流系统。同时将三楼原有的ZXDU3000直流供电系统割接部分负载到新系统，均分一下负载，并且将供电线路较长的负载优化到就近的直流供电系统中，如下图所示：
图4 新直流供电系统
2.3割接前的准备工作
①认真检查发电机组并带载运行，准备一定的燃油，了解供电部门停电情况，确保张洼线路割接时间段（2008年6月10-12日）市电供电正常。2008年6月5日检查
威尔信P330E发电机组（必要时可以进行一次保养），并试机运行正常，购买400升备用柴油；
②确定具体割接时间、方案，并上报公司。根据供电部门提供的信息，确定割接时间为2008年6月12日00时00分至06时00分。6月2日将割接时间、方案上报省公司运维部；
③检查新装ZXDU3000直流供电系统工作是否正常（试运行一周）。新建直流供电系统5月27日安装完毕并调测后，开始试运行，每4小时观察一次运行情况并记录各类参数作分析，保证系统可靠运行；
④6月3日，认真检查需要割接的T3A8、T3A9和S7A8三个直接配电屏的两路熔断器和电缆是否满足单路供电要求，建议熔断器的额定电流是实际负载总电流的 1.2倍以上，如果不能满足，必须更换熔断器，电缆的载流量必须大于实际负载的载流量，不能满足可以临时布放电缆并联，增大载流量。同时还要确定直流配电屏的主备两路是否并联对所有负载供电；
⑤6月5-6日,布放工程各类线缆，包括临时电缆、应急电缆和割接电缆，标签一定要准确。
⑥调整新系统的电压值，与原有系统的电压值一致，为-53.7V。在割接时，将两套系统输出端并联在一起，相当于一套直流供电系统，目的是保证在割接时两套系统对同一个负载没有压降差，防止配电屏熔断器熔断导致通信设备中断；
⑦6月7日前，准备好各类仪表、操作工具和应急工具。将工程需要万用表、钳流表、相序表、应急灯、万用表、螺丝刀、扳手、压线钳等仪表和工具全部准备好，布放好备用电缆；
⑧6月8-10日，多次开会讨论割接方案和应急预案，并要求相关专业做好数据备份工作。在轻工商城机房会议室进行割接方案和应急预案会审，落实各项具体工作，明确分工，整个割接过程由一人统一指挥调度，多人负责具体操作。
2.4割接过程
①再次检查上述各项准备工作，明确操作人员分工。6月11日，指挥长再次检查各项准备工作，并落实操作人员具体工作；
②为确保割接过程供电安全，割接过程由发电机组供电。6月11日11：50，启动发电机组，并将市电切换到油机电；
③割接具体操作分三个大步骤：
<1>第一个步骤：T3A9直流配电屏的割接
A、6月11日00：00时，确定两套直流供电系统的电压都为-53.7V后，用布放好的电缆连接两套ZXDU3000直流供电系统输出铜排；
B、00：15时，拆除T3A9直流屏到ZXDU3000直流供电系统的备用电缆，将预放的备用电缆从T3A9直流配电屏连接到新ZXDU3000直流供电系统上；
C、00:30时，检测新放备用电缆有电流后，再拆除T3A9直流屏到ZXDU3000直流供电系统的主用电缆，将预放的主用电缆从T3A9直流配电屏连接到新ZXDU3000直流供电系统上主用电缆；
D、00:45时，检测主用电缆有电流后，拆除两套ZXDU3000直流供电系统的连接电
缆，T3A9直流屏割接完毕；
图5 T3A9割接步骤示意图示
01：20时，确定新ZXDU3000直流供电系统工作稳定，进行下一个割接。
<2>第二个步骤：S7A8直流配电屏的割接
A、01：20时，设置PS48600直流供电系统的电压，设定为-53.6V，电压比新系统低-0.1V，因为该系统容量小，已满载运行，防止PS48600与新建ZXDU3000两套直流系统输出并联时，T3A9直流配电屏所带负载转移到PS48600直流供电系统上，可能导致PS48600直流供电系统瘫痪。连接PS48600与新建ZXDU3000两套直流系统输出；
B、01:35时，将S7A8直流配电屏主备输入端用电缆并联短接（因为不能确定主备两路是否同时并联对所有负载供电）；
C、01:50时，拆除S7A8配电屏到PS48600系统的备用电缆，连接到T3A9直流屏第四个备用输出端子；
D、02:10时，检测备用电缆有电流通过后，拆除S7A8配电屏的主用电缆，连接到T3A9直流屏第四个主用输出端子；
E、02:25时，检测主用电缆有电流通过后，拆除S7A8配电屏输入端连接电缆，S7A8配电屏割接完毕。
割接步骤示意如下图所示：
图6 S7A8割接步骤示意图示
<3>第三个步骤：T3A8直流配电屏的割接
A、02:40时，拆除T3A8直流屏到PS48/600直流供电系统的备用电缆，将预放的备用电缆从T3A8直流配电屏连接到新ZXDU3000直流供电系统上；
B、02:55时，检测新放备用电缆有电流后，再拆除T3A8直流屏到PS48/600直流供电系统的主用电缆，将预放的主用电缆从T3A8直流配电屏连接到新ZXDU3000直流供电系统上主用电缆；
C、03:15时，检测主用电缆有电流后，拆除PS48600与新建ZXDU3000两套直流系统输出连接电缆，T3A8直流屏割接完毕。
割接步骤示意如下图所示：
图7 T3A8割接步骤示意图示
④割接事后工作：
<1>将发电机供电切换到市电供电；
<2>继续观察新系统工作情况并记录；
<3>清理现场各类工具、仪表等工作；
<4>做好割接小结。
三、结束语
直流供电系统的割接步骤和过程基本相同，割接中的重点工作和注意事项也类似。本文通过对实际直流供电系统的整个割接过程的分析，将重点工作和注意事项总结如下，希望对相关技术领域的各位同行有所帮助：
1、割接前的准备工作一定要充分，要了解市电供电情况，以及油机工作和新建直流供电系统运行等情况；
2、两套直流供电系统割接时，必须将两套系统的输出并联。先将电压值设置相同，然后输出并联，目的是保证在割接时两套系统对同一个负载没有压降差，防止配电屏熔断器熔断导致通信设备中断；
3、核实布放电缆标签是否一致和正确；
4、检查割接直流配电屏的主备输入是否并联，对所有负载供电，如果不能确定，必须将主备输入短接，才能进行割接操作；
5、检查割接直流配电屏的输入主备熔断器的额定电流，每个熔断器必须满足实际总负载的电流；
6、检查割接直流配电屏的输入主备电缆的载流量，每路都必须大于实际负载的载流量，不能满足可以临时布放电缆并联，增大载流量；
7、割接方案要精细、多会审，每一步操作都要验证是否有遗漏的安全问题，做到万无一失；
8、现场由一人统一负责指挥，各操作人员严格执行指挥长命令。