高頻開關(guān)通信電源系統(tǒng)的組成、管理和維護(hù)

O 引言
    高頻開關(guān)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(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，使開關(guān)整流器具有較小的開機(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)的國際標(biāo)準(zhǔn)。主二極管零電流關(guān)斷，主開關(guān)管零電壓開通，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損吸收電路。電路簡單可靠。開關(guān)管無直通之危險(xiǎn)。無損吸收減小了開關(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。
    高頻開關(guān)整流器采用電流型控制芯片，具有快速的響應(yīng)，對使用不當(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、欠壓檢測和保護(hù)、輸出過壓、限流、過流保護(hù)、風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)關(guān)機(jī)保護(hù)，機(jī)內(nèi)散熱器過熱保護(hù)以及輔助電源故障報(bào)警等。
    高頻開關(guān)整流器通過硬件把開關(guān)整流器狀態(tài)和報(bào)警信息上報(bào)給監(jiān)控，監(jiān)控可通過接口調(diào)整開關(guān)整流器的輸出電壓，完成對開關(guān)整流器的開關(guān)機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。輔助電源為開關(guān)整流器內(nèi)部控制電路供電。
    高頻開關(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)也可以通過面板上的鍵盤設(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)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)，接收來自后臺(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電均充兩種方式對蓄電池的充電過程進(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)蓄電池不致過放損壞。
4．6 控制功能[!--empirenews.page--]
    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／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(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。由于閥控式鉛酸蓄電池全密封、無須加水維護(hù)，故常冠以“免維護(hù)”的稱號(hào)。“免維護(hù)”這一詞給使用者帶來了認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，導(dǎo)致使用者放松了對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、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(yùn)行、浮充供電的方式。
    對蓄電池組的日常維護(hù)要定期清潔并檢測端電壓、溫度；連接處有無松動(dòng)腐蝕現(xiàn)象，檢測連接條壓降；外觀是否完好，有無鼓肚變形和滲漏現(xiàn)象；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；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)對整組蓄電池帶來不利影響。對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)格按照電信部門制定的《通信電源維護(hù)規(guī)程》執(zhí)行。機(jī)房內(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)有過流、過壓、過熱保護(hù)設(shè)備，出現(xiàn)報(bào)警情況時(shí)，請仔細(xì)檢查用電設(shè)備端有無短路、接錯(cuò)、模塊掉電，或操作是否正常，逐個(gè)排除各類故障。
    3)無人值守的基站應(yīng)具有遙測、遙控、遙信等遠(yuǎn)端管理功能，具有空調(diào)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(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 常見故障的處理
    當(dāng)高頻開關(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?雖說高頻開關(guān)通信電源系統(tǒng)主機(jī)有故障自檢功能，但它對面而不對點(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)行中最常見的情況，在停電時(shí)間不長時(shí)，直流供電由電池負(fù)擔(dān)，如果停電原因不明或時(shí)間過長，就需要啟動(dòng)油機(jī)發(fā)電。油機(jī)啟動(dòng)后最好經(jīng)過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)過程中可能對電源設(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／欠壓
    如果交流正常，而出現(xiàn)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(dāng)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(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
    整流器的常見故障包括：無輸出，過熱故障，不均流及均流不良，無顯示，風(fēng)扇損壞，過流保護(hù)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(shí)需要更換故障模塊。
    2)過熱
    整流器內(nèi)部主散熱器上溫度超過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，對前一種原因應(yīng)更換風(fēng)扇，后一種原因需對該電源模塊進(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，則是本身損壞或連接控制部分發(fā)生故障，需拆下進(jìn)行維修。
    5)過流保護(hù)
    整流器具有過流保護(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，輸出端無電壓輸出，則說明熔斷器或斷路器沒有接入或已經(jīng)損壞。若熔斷器或斷路器正常，則可能是直流支路檢測線斷開。
    2)電池管理故障
    如果監(jiān)控單元不能對電池進(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。電池管理故障原因有：相應(yīng)監(jiān)控采樣線斷開，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(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，電源開關(guān)是否打開。
    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(jié)束語
    本文較系統(tǒng)的闡述了高頻開關(guān)通信電源系統(tǒng)的各組成部分，結(jié)合高頻開關(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關(guān)通信電源系統(tǒng)時(shí)所遇到的一些問題提供了有力的技術(shù)支持。