高頻開關通信電源系統(tǒng)的組成、管理和維護

O 引言
    高頻開關通信電源系統(tǒng)是一種智能型無人值守式組合電源系統(tǒng)，采用國際上先進的整流器變換技術，可廣泛應用于各種交換設備，微波通信，移動機站和光纖傳輸等通信領域中，也可用在電力通信等領域。
    現將高頻開關通信電源系統(tǒng)的主要組成部分一交流配電單元，整流器單元，直流配電單元，監(jiān)控單元，蓄電池組單元以及在日常維護，故障處理時所注意的事項逐一介紹。

l 交流配電單元
    交流配電單元完成市電的接入和切換，給整流器提供交流電源，為監(jiān)控單元提供交流電壓和電流的采樣輸出，同時具有交流備用輸出和防雷功能。交流配電單元的工作原理圖如圖l所示。

2 整流器單元
    高頻開關整流器由兩級電路組成：前級為PFC功率因數校正，后級為DC—DC功率變換。輸入電路包括輸入EMI、緩啟動、浪涌雷擊防護整流和輸入浪涌電流限制電路，使開關整流器具有較小的開機浪涌電流和較好的電磁兼容性。整流后直接進入前級功率因數校正電路，功率因數效正主電路為BOOST電路，控制采用平均電流控制方式，輸入端的功率因數接近1，諧波電流小于10％，滿足相應的國際標準。主二極管零電流關斷，主開關管零電壓開通，功率器件工作應力較小。提高了系統(tǒng)的可靠性，同時使系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。功率因數校正電路的另一個功能是對輸入電壓進行預調整，輸出一個穩(wěn)定的410V直流電壓。這樣有利于后級DC—DC優(yōu)化設計，使系統(tǒng)具有良好的源效應。
    后級DC—DC功率變換電路采用雙管正激加無損吸收電路。電路簡單可靠。開關管無直通之危險。無損吸收減小了開關管關斷時的電壓應力，輸出端具有較小的電磁干擾。
    高頻開關整流器采用電流型控制芯片，具有快速的響應，對使用不當或負載故障造成的輸出短路提供快速的保護。熱插拔技術的采用可使整流器在不用關斷電源的情況下就可以即插即用，大大縮短開關整流器的平均維修間隔時間(MTTR)，提高了系統(tǒng)的可維修性和可靠性。內部具有交流輸入過、欠壓檢測和保護、輸出過壓、限流、過流保護、風扇堵轉關機保護，機內散熱器過熱保護以及輔助電源故障報警等。
    高頻開關整流器通過硬件把開關整流器狀態(tài)和報警信息上報給監(jiān)控，監(jiān)控可通過接口調整開關整流器的輸出電壓，完成對開關整流器的開關機控制，實現“三遙”功能。輔助電源為開關整流器內部控制電路供電。
    高頻開關整流器以N+1方式在線運行，在檢修維護時可將故障模塊更換。

3 直流配電單元
    整流器輸出采用并聯(lián)方式，經匯流銅排進入直流配電單元。
    直流配電單元可以提供1路或2路蓄電池接入(可擴展到3路蓄電池)和多路直流負載輸出(直流輸出路數及容量可根據實際用戶的需求增加或減少)。蓄電池輸出回路配置大電流的熔絲，以防外部短路造成蓄電池損壞。
    每組直流輸出采用一個直流接觸器控制。整個系統(tǒng)具有二次下電功能，其中系統(tǒng)正面的負載分路為系統(tǒng)的二次下電負載組，系統(tǒng)背面的負載分路為系統(tǒng)的一次下電負載組。系統(tǒng)在蓄電池放電過程中按用戶的設置電壓分兩次將負載斷掉，以保證主要負載能夠長時間地工作；同時根據用戶的設定，在電池放電達到極限時，切斷所有負載以保護蓄電池。負載和蓄電池輸出端均接有熔絲或空氣開關保護。直流配電單元工作原理圖如圖2所示：

4 監(jiān)控單元
    監(jiān)控單元負責對系統(tǒng)的交流配電、直流配電、整流器組以及蓄電池組等進行綜合管理。監(jiān)控單元實時的采集系統(tǒng)的運行數據，監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當系統(tǒng)故障時進行聲、光等方式的報警并提供必要的保護措施。
    監(jiān)控單元面板上的液晶屏和LED指示燈可以顯示系統(tǒng)的輸出電流、輸出電壓、電池電流及各種報警信息，同時也可以通過面板上的鍵盤設置必要的參數，完成必要的控制。系統(tǒng)的運行數據、工作狀態(tài)等除了在本地可以得到體現以外，也可以通過一定的傳輸方式向上級監(jiān)控單元進行匯報。
    當系統(tǒng)發(fā)生故障時，發(fā)出聲光報警信號，并且在液晶屏幕上有報警信息指示。電源系統(tǒng)脫離監(jiān)控單元仍能工作，但將失去三遙功能，同時也將失去電池管理功能。此時系統(tǒng)對蓄電池處于浮充狀態(tài)。需要密切注意蓄電池的放電情況。
    監(jiān)控單元的功能如下：
4．1 人機交互界面
    人機交互界面由液晶顯示屏和按鍵構成。前臺采用中文／英文兩種操作界面，兩種操作界面可以通過前臺進行切換。用戶可使用人機交互界面設定系統(tǒng)運行的全部參數，顯示系統(tǒng)各個部分的運行數據。
4．2 通訊功能
    監(jiān)控單元提供RS232通訊接口，可通過Modem或其它方式實現集中監(jiān)控，監(jiān)控單元向后臺PC機上報現場數據和狀態(tài)，接收來自后臺PC機的控制指令并加以執(zhí)行。
    (1)本地監(jiān)控：RS232接口與本地PC機相連。
    (2)遠端監(jiān)控：標準的RS232接口，通過Modem與集中監(jiān)控后臺相連。
    (3)與整流器的通信采用模擬方式完成。
    (4)與其它監(jiān)控系統(tǒng)通信：提供RS232接口。
4．3 數據采集及處理功能
    采集及處理的信號如下：
    1)交流配電單元
    在交流配電單元采集及處理的信號包括：交流電壓U相、V相、W相；交流U相電流；交流接觸器的工作狀態(tài)；交流輸入空氣開關狀態(tài)；交流防雷器工作狀態(tài)。
    2)直流配電單元
    在直流配電單元采集及處理的信號包括：直流輸出電壓；三路蓄電池電壓；三路電池電流；一路總負載電流；負載輸出熔絲或空氣開關狀態(tài)；蓄電池熔絲狀態(tài)；控制兩路直流接觸器。
    3)整流器部分
    整流器采集及處理信號包括：整流器告警信息；整流器開關控制；整流器均浮充狀態(tài)控制。
4．4 報警管理和保護功能
    根據用戶的設定值處理實時數據。當有不正常的情況發(fā)生時，主動向后臺PC機報警，并對當前的故障情況予以記錄保存。用戶可以直接在監(jiān)控單元上查詢最近一段時間發(fā)生的告警。監(jiān)控單元還能夠在告警發(fā)生時，自動尋呼維護人員的BP機。
4．5 蓄電池管理功能
    蓄電池的管理分為兩部分：
    1)蓄電池充電管理功能
    監(jiān)控單元按照周期性均充和停電后再來電均充兩種方式對蓄電池的充電過程進行管理。
    2)蓄電池保護功能
    當市電斷電時，負載由蓄電池供電，當蓄電池電壓下降到一定程度時(可由用戶自行設定)發(fā)出報警；當蓄電池進一步放電，蓄電池電壓低于用戶設定的一次下電電壓值時，可按用戶設定先切斷一組次要負載；蓄電池再進一步放電達到最終的保護電壓(二次下電電壓)時，再切斷另一組負載，保護蓄電池不致過放損壞。
4．6 控制功能
    可根據前臺用戶的操作或后臺PC機的控制指令，控制整流器的開／關、均充／浮充工作狀態(tài)，以及按照用戶的要求控制整流器輸出電壓。

5 蓄電池組單元
    蓄電池組是高頻開關通信電源系統(tǒng)的重要組成部分，所占的投資比例很大，加強對蓄電池的管理，改善其使用狀況，從而有效地延長蓄電池的使用壽命，具有重要的意義。目前，通信電源配套的蓄電池大多是先進的閥控式密封鉛酸蓄電池，閥控式密封鉛酸蓄電池主要有貧液式和膠液式兩類。由于閥控式鉛酸蓄電池全密封、無須加水維護，故常冠以“免維護”的稱號?！懊饩S護”這一詞給使用者帶來了認識上的誤區(qū)，導致使用者放松了對閥控式密封鉛酸蓄電池的日常維護和管理。因此，正確使用和維護閥控式密封鉛酸蓄電池具有十分重要的意義。根據各個基站的通信設備需求，其蓄電池每節(jié)單體電壓一般有2V、6V和12V三種，一般在樞紐大站，常采用壽命長、可靠性高的2V電池，在小型基站，根據安裝要求，可采用其他兩種電池，使用時將多節(jié)單體串連，組成48V的蓄電池組。在對電源系統(tǒng)可靠性要求較高的場合，一般采用兩組蓄電池并聯(lián)運行、浮充供電的方式。
    對蓄電池組的日常維護要定期清潔并檢測端電壓、溫度；連接處有無松動腐蝕現象，檢測連接條壓降；外觀是否完好，有無鼓肚變形和滲漏現象；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；當發(fā)現電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時，應及時處理，對不能恢復的蓄電池要及時更換；不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會對整組蓄電池帶來不利影響。對壽命已到的電池組要及時更換，以免影響到電源系統(tǒng)和設備主機。

6 日常維護
    首先基站內的電源設備日常維護要嚴格按照電信部門制定的《通信電源維護規(guī)程》執(zhí)行。機房內的環(huán)境安全管理和設備管理要嚴格按照電信總局制定的《通信機房環(huán)境安全管理通則》執(zhí)行。正常使用情況下，主要注意以下幾點：
    1)系統(tǒng)應保持環(huán)境通風良好，定期清潔通風口。
    2)系統(tǒng)各模塊內均設有過流、過壓、過熱保護設備，出現報警情況時，請仔細檢查用電設備端有無短路、接錯、模塊掉電，或操作是否正常，逐個排除各類故障。
    3)無人值守的基站應具有遙測、遙控、遙信等遠端管理功能，具有空調監(jiān)測、防火、防水、防盜能力，用戶要對基站定期巡檢，特別是電池需要定期檢查并及時更換落后電池。
    4)在氣候條件非常潮濕的地區(qū)應定期檢查系統(tǒng)的保護接地是否正常。
    5)蓄電池組通過熔斷器連接在電源系統(tǒng)輸出端，系統(tǒng)工作時，更換蓄電池時要先拔下熔斷器的熔絲再更換電池，要注意電池的極性嚴禁接反。

7 常見故障的處理
    當高頻開關通信電源系統(tǒng)出現故障時，應先查明原因，分清是負載還是電源系統(tǒng)?是主機還是電池組?雖說高頻開關通信電源系統(tǒng)主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，更換配件很方便，但要維修故障點，仍須做大量的分析、檢測工作。如果自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內容也可能有誤。高頻開關通信電源系統(tǒng)采用模塊化設計，局部的或單元的故障一般不會擴散。電源系統(tǒng)故障分為一般性故障和緊急故障。一般性故障指不會影響通信安全的故障，包括交流防雷器雷擊損壞、系統(tǒng)內部通信中斷、單個模塊無輸出、監(jiān)控單元損壞等。緊急故障指影響通信安全的故障，包括交流輸入與控制損壞而導致的交流停電，直流采樣和控制電路損壞而導致的直流負載掉電等。
7．1 交流配電單元故障處理
    1)停電
    交流停電是電源系統(tǒng)運行中最常見的情況，在停電時間不長時，直流供電由電池負擔，如果停電原因不明或時間過長，就需要啟動油機發(fā)電。油機啟動后最好經過2分鐘以上的延時后，再切換給電源系統(tǒng)供電，以減小油機在啟動過程中可能對電源設備造成的影響。
    2)C級防雷器損壞
    防雷器由四個片狀防雷單元組成，其中三個防雷單元具有狀態(tài)顯示功能，可以顯示防雷單元是否處于完好狀態(tài)。防雷單元窗口顏色為綠色時，表示防雷單元處于完好狀態(tài)。某個防雷單元窗口顏色為紅色時，則表示該防雷單元已損壞，應盡快更換防雷單元或通知維護人員進行維修。
    3)交流輸入缺相
    交流輸入缺相時，如果暫時不能解決交流電問題，而又要求系統(tǒng)工作，可采取應急辦法：先切斷交流電，將缺相的那相線取下，用絕緣膠布包裹好，再用一短線將正常的相線接入去掉的相線，送上交流電。
    4)交流輸入過／欠壓
    如果交流正常，而出現交流過壓／欠壓告警，一般是監(jiān)控系統(tǒng)交流采樣電路、交流變送器或監(jiān)控單元發(fā)生故障。
    5)交流接觸器壞
    當交流輸入電壓在正常的輸入范圍而接觸器不吸合。用萬用表進行檢查。若檢查交流接觸器線圈有正常工作電壓，而不吸合，則說明交流接觸器壞，應予以更換。
7．2 整流器故障處理
    整流器的常見故障包括：無輸出，過熱故障，不均流及均流不良，無顯示，風扇損壞，過流保護等。
    1)模塊無輸出
    整流器不工作，面板指示燈均不亮。首先檢查交流電是否輸入，其次檢查模塊輸入熔絲是否熔斷。另一種情況是模塊可能發(fā)生故障，此時需要更換故障模塊。
    2)過熱
    整流器內部主散熱器上溫度超過85℃時，模塊停止輸出。此時監(jiān)控單元有報警信息顯示。模塊過熱可能是因為風扇受阻或嚴重老化、整流器內部電路工作不良引起，對前一種原因應更換風扇，后一種原因需對該電源模塊進行維修。
    3)不均流及均流不良
    系統(tǒng)在使用中如出現不均流現象，應檢查模塊與監(jiān)控之間的監(jiān)控線是否接好，監(jiān)控線本身是否有斷線。若有均流，但均流效果不好，可調節(jié)相應均流效果差的模塊輸出電壓(調節(jié)整流器面板上的電位器)，使之在浮充或均充狀態(tài)下的輸出電流之差在規(guī)定范圍內，重新達到均流。
    4)風扇故障
    風扇故障是風扇在該轉時不轉。檢查風扇是否被堵塞，如果是，清除堵塞物；否則，則是本身損壞或連接控制部分發(fā)生故障，需拆下進行維修。
    5)過流保護
    整流器具有過流保護功能。若輸出短路，則模塊回縮保護，輸出電壓低于20V時整流器關機，此時面板上的限流指示燈亮。故障排除后，模塊自動恢復正常工作。
7．3 直流配電單元故障處理
    1)直流分路故障
    若熔斷器或斷路器直流輸入端有電壓，輸出端無電壓輸出，則說明熔斷器或斷路器沒有接入或已經損壞。若熔斷器或斷路器正常，則可能是直流支路檢測線斷開。
    2)電池管理故障
    如果監(jiān)控單元不能對電池進行正常的報警和保護，即電池電壓低于報警和保護值，而沒有報警和保護信號輸出，使得蓄電池無法正確脫開。電池管理故障原因有：相應監(jiān)控采樣線斷開，監(jiān)控單元的相關部分損壞，執(zhí)行機構(直流斷路器)損壞或執(zhí)行機構的電纜線斷開等原因。
    3)直流接觸器故障
    如果接觸器兩端有正常的工作電壓，而接觸器不斷開，則接觸器損壞，需更換。
7．4 監(jiān)控單元常見故障處理
    監(jiān)控單元具備一定的自診斷功能。監(jiān)控單元發(fā)生故障時可按以下幾種原因分析：
    1)監(jiān)控單元不工作
    首先檢查電源燈是否亮，若不亮，檢查監(jiān)控箱的電源輸入是否正常，監(jiān)控單元的熔絲是否正常，電源開關是否打開。
    2)屏幕顯示混亂
    按復位鍵使監(jiān)控單元復位
    3)通訊不上
    檢查通訊電纜是否完好連接到監(jiān)控單元上，若仍通訊不上，請復位監(jiān)控。如果是Modem通訊，需檢查Modem的電纜和電源線是否連接好。
    4)電池溫度檢測不正常
    檢查監(jiān)控單元上的檢測電池溫度的傳感器插座是否接好(絕不能把電池溫度傳感器接到Modem的供電插座上)

8 結束語
    本文較系統(tǒng)的闡述了高頻開關通信電源系統(tǒng)的各組成部分，結合高頻開關通信電源系統(tǒng)的設計、生產實踐、售后服務與運行維護經驗，為廣大用戶在使用高頻開關通信電源系統(tǒng)時所遇到的一些問題提供了有力的技術支持。