高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)的組成、管理和維護(hù)

O 引言
    高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)是一種智能型無(wú)人值守式組合電源系統(tǒng)，采用國(guó)際上先進(jìn)的整流器變換技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于各種交換設(shè)備，微波通信，移動(dòng)機(jī)站和光纖傳輸?shù)韧ㄐ蓬I(lǐng)域中，也可用在電力通信等領(lǐng)域。
    現(xiàn)將高頻開(kāi)關(guān)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(hù)，故障處理時(shí)所注意的事項(xiàng)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(shí)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(kāi)關(guān)整流器由兩級(jí)電路組成：前級(jí)為PFC功率因數(shù)校正，后級(jí)為DC—DC功率變換。輸入電路包括輸入EMI、緩啟動(dòng)、浪涌雷擊防護(hù)整流和輸入浪涌電流限制電路，使開(kāi)關(guān)整流器具有較小的開(kāi)機(jī)浪涌電流和較好的電磁兼容性。整流后直接進(jìn)入前級(jí)功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)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(shù)接近1，諧波電流小于10％，滿足相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。主二極管零電流關(guān)斷，主開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，功率器件工作應(yīng)力較小。提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)使系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。功率因數(shù)校正電路的另一個(gè)功能是對(duì)輸入電壓進(jìn)行預(yù)調(diào)整，輸出一個(gè)穩(wěn)定的410V直流電壓。這樣有利于后級(jí)DC—DC優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有良好的源效應(yīng)。
    后級(jí)DC—DC功率變換電路采用雙管正激加無(wú)損吸收電路。電路簡(jiǎn)單可靠。開(kāi)關(guān)管無(wú)直通之危險(xiǎn)。無(wú)損吸收減小了開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，輸出端具有較小的電磁干擾。
    高頻開(kāi)關(guān)整流器采用電流型控制芯片，具有快速的響應(yīng)，對(duì)使用不當(dāng)或負(fù)載故障造成的輸出短路提供快速的保護(hù)。熱插拔技術(shù)的采用可使整流器在不用關(guān)斷電源的情況下就可以即插即用，大大縮短開(kāi)關(guān)整流器的平均維修間隔時(shí)間(MTTR)，提高了系統(tǒng)的可維修性和可靠性。內(nèi)部具有交流輸入過(guò)、欠壓檢測(cè)和保護(hù)、輸出過(guò)壓、限流、過(guò)流保護(hù)、風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)關(guān)機(jī)保護(hù)，機(jī)內(nèi)散熱器過(guò)熱保護(hù)以及輔助電源故障報(bào)警等。
    高頻開(kāi)關(guān)整流器通過(guò)硬件把開(kāi)關(guān)整流器狀態(tài)和報(bào)警信息上報(bào)給監(jiān)控，監(jiān)控可通過(guò)接口調(diào)整開(kāi)關(guān)整流器的輸出電壓，完成對(duì)開(kāi)關(guān)整流器的開(kāi)關(guān)機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。輔助電源為開(kāi)關(guān)整流器內(nèi)部控制電路供電。
    高頻開(kāi)關(guān)整流器以N+1方式在線運(yùn)行，在檢修維護(hù)時(shí)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(jīng)匯流銅排進(jìn)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(kuò)展到3路蓄電池)和多路直流負(fù)載輸出(直流輸出路數(shù)及容量可根據(jù)實(shí)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?fù)p壞。
    每組直流輸出采用一個(gè)直流接觸器控制。整個(gè)系統(tǒng)具有二次下電功能，其中系統(tǒng)正面的負(fù)載分路為系統(tǒng)的二次下電負(fù)載組，系統(tǒng)背面的負(fù)載分路為系統(tǒng)的一次下電負(fù)載組。系統(tǒng)在蓄電池放電過(guò)程中按用戶的設(shè)置電壓分兩次將負(fù)載斷掉，以保證主要負(fù)載能夠長(zhǎng)時(shí)間地工作；同時(shí)根據(jù)用戶的設(shè)定，在電池放電達(dá)到極限時(shí)，切斷所有負(fù)載以保護(hù)蓄電池。負(fù)載和蓄電池輸出端均接有熔絲或空氣開(kāi)關(guān)保護(hù)。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(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的交流配電、直流配電、整流器組以及蓄電池組等進(jìn)行綜合管理。監(jiān)控單元實(shí)時(shí)的采集系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)進(jìn)行聲、光等方式的報(bào)警并提供必要的保護(hù)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(bào)警信息，同時(shí)也可以通過(guò)面板上的鍵盤(pán)設(shè)置必要的參數(shù)，完成必要的控制。系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)等除了在本地可以得到體現(xiàn)以外，也可以通過(guò)一定的傳輸方式向上級(jí)監(jiān)控單元進(jìn)行匯報(bào)。
    當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并且在液晶屏幕上有報(bào)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(shí)也將失去電池管理功能。此時(shí)系統(tǒng)對(duì)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(jī)交互界面
    人機(jī)交互界面由液晶顯示屏和按鍵構(gòu)成。前臺(tái)采用中文／英文兩種操作界面，兩種操作界面可以通過(guò)前臺(tái)進(jìn)行切換。用戶可使用人機(jī)交互界面設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的全部參數(shù)，顯示系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
4．2 通訊功能
    監(jiān)控單元提供RS232通訊接口，可通過(guò)Modem或其它方式實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，監(jiān)控單元向后臺(tái)PC機(jī)上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，接收來(lái)自后臺(tái)PC機(jī)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(jī)相連。
    (2)遠(yuǎn)端監(jiān)控：標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，通過(guò)Modem與集中監(jiān)控后臺(tái)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(shù)據(jù)采集及處理功能
    采集及處理的信號(hào)如下：
    1)交流配電單元
    在交流配電單元采集及處理的信號(hào)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(kāi)關(guān)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(hào)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(fù)載電流；負(fù)載輸出熔絲或空氣開(kāi)關(guān)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(hào)包括：整流器告警信息；整流器開(kāi)關(guān)控制；整流器均浮充狀態(tài)控制。
4．4 報(bào)警管理和保護(hù)功能
    根據(jù)用戶的設(shè)定值處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)有不正常的情況發(fā)生時(shí)，主動(dòng)向后臺(tái)PC機(jī)報(bào)警，并對(duì)當(dāng)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(shí)間發(fā)生的告警。監(jiān)控單元還能夠在告警發(fā)生時(shí)，自動(dòng)尋呼維護(hù)人員的BP機(jī)。
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(lái)電均充兩種方式對(duì)蓄電池的充電過(guò)程進(jìn)行管理。
    2)蓄電池保護(hù)功能
    當(dāng)市電斷電時(shí)，負(fù)載由蓄電池供電，當(dāng)蓄電池電壓下降到一定程度時(shí)(可由用戶自行設(shè)定)發(fā)出報(bào)警；當(dāng)蓄電池進(jìn)一步放電，蓄電池電壓低于用戶設(shè)定的一次下電電壓值時(shí)，可按用戶設(shè)定先切斷一組次要負(fù)載；蓄電池再進(jìn)一步放電達(dá)到最終的保護(hù)電壓(二次下電電壓)時(shí)，再切斷另一組負(fù)載，保護(hù)蓄電池不致過(guò)放損壞。
4．6 控制功能
    可根據(jù)前臺(tái)用戶的操作或后臺(tái)PC機(jī)的控制指令，控制整流器的開(kāi)／關(guān)、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(kāi)關(guān)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(qiáng)對(duì)蓄電池的管理，改善其使用狀況，從而有效地延長(zhǎng)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(jìn)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(lèi)。由于閥控式鉛酸蓄電池全密封、無(wú)須加水維護(hù)，故常冠以“免維護(hù)”的稱號(hào)?！懊饩S護(hù)”這一詞給使用者帶來(lái)了認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，導(dǎo)致使用者放松了對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池的日常維護(hù)和管理。因此，正確使用和維護(hù)閥控式密封鉛酸蓄電池具有十分重要的意義。根據(jù)各個(gè)基站的通信設(shè)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(zhǎng)、可靠性高的2V電池，在小型基站，根據(jù)安裝要求，可采用其他兩種電池，使用時(shí)將多節(jié)單體串連，組成48V的蓄電池組。在對(duì)電源系統(tǒng)可靠性要求較高的場(chǎng)合，一般采用兩組蓄電池并聯(lián)運(yùn)行、浮充供電的方式。
    對(duì)蓄電池組的日常維護(hù)要定期清潔并檢測(cè)端電壓、溫度；連接處有無(wú)松動(dòng)腐蝕現(xiàn)象，檢測(cè)連接條壓降；外觀是否完好，有無(wú)鼓肚變形和滲漏現(xiàn)象；極柱、安全閥周?chē)欠裼兴犰F逸出；當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，對(duì)不能恢復(fù)的蓄電池要及時(shí)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(huì)對(duì)整組蓄電池帶來(lái)不利影響。對(duì)壽命已到的電池組要及時(shí)更換，以免影響到電源系統(tǒng)和設(shè)備主機(jī)。

6 日常維護(hù)
    首先基站內(nèi)的電源設(shè)備日常維護(hù)要嚴(yán)格按照電信部門(mén)制定的《通信電源維護(hù)規(guī)程》執(zhí)行。機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境安全管理和設(shè)備管理要嚴(yán)格按照電信總局制定的《通信機(jī)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(diǎn)：
    1)系統(tǒng)應(yīng)保持環(huán)境通風(fēng)良好，定期清潔通風(fēng)口。
    2)系統(tǒng)各模塊內(nèi)均設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)設(shè)備，出現(xiàn)報(bào)警情況時(shí)，請(qǐng)仔細(xì)檢查用電設(shè)備端有無(wú)短路、接錯(cuò)、模塊掉電，或操作是否正常，逐個(gè)排除各類(lèi)故障。
    3)無(wú)人值守的基站應(yīng)具有遙測(cè)、遙控、遙信等遠(yuǎn)端管理功能，具有空調(diào)監(jiān)測(cè)、防火、防水、防盜能力，用戶要對(duì)基站定期巡檢，特別是電池需要定期檢查并及時(shí)更換落后電池。
    4)在氣候條件非常潮濕的地區(qū)應(yīng)定期檢查系統(tǒng)的保護(hù)接地是否正常。
    5)蓄電池組通過(guò)熔斷器連接在電源系統(tǒng)輸出端，系統(tǒng)工作時(shí)，更換蓄電池時(shí)要先拔下熔斷器的熔絲再更換電池，要注意電池的極性嚴(yán)禁接反。

7 常見(jiàn)故障的處理
    當(dāng)高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先查明原因，分清是負(fù)載還是電源系統(tǒng)?是主機(jī)還是電池組?雖說(shuō)高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)主機(jī)有故障自檢功能，但它對(duì)面而不對(duì)點(diǎn)，更換配件很方便，但要維修故障點(diǎn)，仍須做大量的分析、檢測(cè)工作。如果自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容也可能有誤。高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，局部的或單元的故障一般不會(huì)擴(kuò)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(huì)影響通信安全的故障，包括交流防雷器雷擊損壞、系統(tǒng)內(nèi)部通信中斷、單個(gè)模塊無(wú)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(dǎo)致的交流停電，直流采樣和控制電路損壞而導(dǎo)致的直流負(fù)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(yùn)行中最常見(jiàn)的情況，在停電時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，直流供電由電池負(fù)擔(dān)，如果停電原因不明或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就需要啟動(dòng)油機(jī)發(fā)電。油機(jī)啟動(dòng)后最好經(jīng)過(guò)2分鐘以上的延時(shí)后，再切換給電源系統(tǒng)供電，以減小油機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中可能對(duì)電源設(shè)備造成的影響。
    2)C級(jí)防雷器損壞
    防雷器由四個(gè)片狀防雷單元組成，其中三個(gè)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(shí)，表示防雷單元處于完好狀態(tài)。某個(gè)防雷單元窗口顏色為紅色時(shí)，則表示該防雷單元已損壞，應(yīng)盡快更換防雷單元或通知維護(hù)人員進(jìn)行維修。
    3)交流輸入缺相
    交流輸入缺相時(shí)，如果暫時(shí)不能解決交流電問(wèn)題，而又要求系統(tǒng)工作，可采取應(yīng)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(guò)／欠壓
    如果交流正常，而出現(xiàn)交流過(guò)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(dāng)交流輸入電壓在正常的輸入范圍而接觸器不吸合。用萬(wàn)用表進(jìn)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(shuō)明交流接觸器壞，應(yīng)予以更換。
7．2 整流器故障處理
    整流器的常見(jiàn)故障包括：無(wú)輸出，過(guò)熱故障，不均流及均流不良，無(wú)顯示，風(fēng)扇損壞，過(guò)流保護(hù)等。
    1)模塊無(wú)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(shí)需要更換故障模塊。
    2)過(guò)熱
    整流器內(nèi)部主散熱器上溫度超過(guò)85℃時(shí)，模塊停止輸出。此時(shí)監(jiān)控單元有報(bào)警信息顯示。模塊過(guò)熱可能是因?yàn)轱L(fēng)扇受阻或嚴(yán)重老化、整流器內(nèi)部電路工作不良引起，對(duì)前一種原因應(yīng)更換風(fēng)扇，后一種原因需對(duì)該電源模塊進(jìn)行維修。
    3)不均流及均流不良
    系統(tǒng)在使用中如出現(xiàn)不均流現(xiàn)象，應(yīng)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(diào)節(jié)相應(yīng)均流效果差的模塊輸出電壓(調(diào)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(nèi)，重新達(dá)到均流。
    4)風(fēng)扇故障
    風(fēng)扇故障是風(fēng)扇在該轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)。檢查風(fēng)扇是否被堵塞，如果是，清除堵塞物；否則，則是本身?yè)p壞或連接控制部分發(fā)生故障，需拆下進(jìn)行維修。
    5)過(guò)流保護(hù)
    整流器具有過(guò)流保護(hù)功能。若輸出短路，則模塊回縮保護(hù)，輸出電壓低于20V時(shí)整流器關(guān)機(jī)，此時(shí)面板上的限流指示燈亮。故障排除后，模塊自動(dòng)恢復(fù)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(wú)電壓輸出，則說(shuō)明熔斷器或斷路器沒(méi)有接入或已經(jīng)損壞。若熔斷器或斷路器正常，則可能是直流支路檢測(cè)線斷開(kāi)。
    2)電池管理故障
    如果監(jiān)控單元不能對(duì)電池進(jìn)行正常的報(bào)警和保護(hù)，即電池電壓低于報(bào)警和保護(hù)值，而沒(méi)有報(bào)警和保護(hù)信號(hào)輸出，使得蓄電池?zé)o法正確脫開(kāi)。電池管理故障原因有：相應(yīng)監(jiān)控采樣線斷開(kāi)，監(jiān)控單元的相關(guān)部分損壞，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(直流斷路器)損壞或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電纜線斷開(kāi)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(kāi)，則接觸器損壞，需更換。
7．4 監(jiān)控單元常見(jiàn)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(shí)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(kāi)關(guān)是否打開(kāi)。
    2)屏幕顯示混亂
    按復(fù)位鍵使監(jiān)控單元復(fù)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(qǐng)復(fù)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(cè)不正常
    檢查監(jiān)控單元上的檢測(cè)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(jié)束語(yǔ)
    本文較系統(tǒng)的闡述了高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)的各組成部分，結(jié)合高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐、售后服務(wù)與運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，為廣大用戶在使用高頻開(kāi)關(guān)通信電源系統(tǒng)時(shí)所遇到的一些問(wèn)題提供了有力的技術(shù)支持。