通信机房电源系统的开放性设计

熊朝阳

（中信网络有限公司 武汉分公司，湖北 武汉 430070）

0 引 言

通信机房由传输系统、数据系统、电源系统、消防系统、空调系统以及监控系统等组成，电源系统是基础。随着通信业务的快速发展，机房内通信设备的快速增加，尤其是新增设备的不可预见性，导致现在的通信机房对电源系统提出了更高的要求，其不仅要安全可靠，还要易维护、易管理、易扩容且易割接。其中，易扩容和易割接必须在设计阶段就充分重视，要运用开放性思维，将电源系统设计成灵活度高、调度方便、扩展容易且易于更换的开放性系统[1]。

1 某小型传输中继机房分析

为说明电源系统开放性设计的必要性，以某小型传输中继机房的电源系统为例进行分析。

1.1 某小型传输中继机房电源系统简介

该机房位于市郊居民楼二楼，用于长途传输系统的中继,有人值守。电源系统由一个直流开关电源柜和两组65 Ah蓄电池组成，不配备直流分配柜，传输设备电源输入直接与直流开关电源柜输出空开相连，系统结构如图1所示。市电为220 V，同时配备了一台5 kW小型发电机。

图1 小型传输中继机房的电源系统

1.2 运行状况

建成之初，这套电源系统完全能够满足需要，且有一定富余容量。随着业务快速发展，机房内通信设备迅速增加，直流供电设备由1套增加到了9套，还增加了数十台交流供电设备。为应对通信设备数量和负荷的增加，电源系统也数次扩容，市电由220 V改为380 V，两组65 Ah蓄电池替换成了200 Ah蓄电池，同时增加了1套在线式UPS系统，加装了交流分配柜和直流分配柜。但由于未预留足够的独立扩容空间，新增的电源设备只能与机房内数据传输设备混合布置，这样既不符合相关规范，留有安全隐患，同时还难以满足数据传输设备的供电要求，加之建设初期未做承重加固处理，因此该机房最终不得不搬迁新址，重新设计建造，造成较大的经济损失。

1.3 设计中存在的问题

该机房设计缺乏合理的布局规划，后期改造困难。具体到电源系统，设计时未预留出足够的独立扩容空间，同时忽略了电池扩容对机房承重的要求，造成了后期扩容困难。

对于大中型的通信节点机房或是IDC机房，由于它们建成后就要长期运行，改造成本较高，搬迁困难，因此在设计阶段就要充分考虑电源系统的易扩容性和易割接性。

2 通信机房电源系统

电力负荷根据供电可靠性要求及中断供电所造成损失程度被分为3级，通信机房一般为一级负荷或二级负荷[2]。一个典型的通信机房电源系统主要由变电站、备用发电机组、市电油机转换屏、交流配电屏、直流不间断电源设备以及交流不间断电源设备（Uninterruptable Power System，UPS）等组成，具体见图2[3]。

图2 通信机房电源系统原理图

通信机房电源系统设计一般是根据业务部门提出的通信设备种类和负荷以及市电的等级，计算出直流不间断电源设备、UPS以及电池的容量，然后根据直流不间断电源设备和UPS的容量、加上空调、照明以及消防等负荷容量，计算出变电站和发电机组的容量。根据上述参数亦可计算出各类转换屏和UPS配电屏的容量与端口数量以及各类电缆的规格。此外，设计必须符合相关国家标准[4,5]。

3 电源系统的开放性设计

3.1 变电站

对于大中型通信机房，电源系统必须引入两路（特殊情况时可为一路）独立10 kV市电，且至少配置一台变压器[6-8]。变电站配置方式一般有两种，分别如图3（a）和图3（b）所示。

图3 通信机房变电站

3.1.1 干式和油式变压器

干式变压器和油式变压器各有优缺点，油式变压器容量大，价格便宜，空间较大时可使用，而空间有限时宜选择干式变压器。通信电源系统一般选择干式变压器。

3.1.2 变压器容量

变压器容量要合理选择，即要留有富余量应对未来用电负荷的增长，还要避免容量过大导致效率下降、损耗增加以及基础电费增多。比较稳妥的方案是根据业务部门提出的发展规划来设计变压器容量，预留出安装新增变压器的空间。

3.2 发电机组

发电机组的数量要结合市电统一考虑，当引入两路市电时可配备1台发电机组，当只有1路市电时宜配备两台。发电机组的容量应能同时满足通信负荷功率、电池充电功率以及机房空调功率的需求，并留有一定余量。此外，发电机组应有自启动功能，以减少响应时间。

3.3 低压电力室

一般通信机房都会设置低压电力室，用于布置市电油机转换屏、交流配电屏、直流配电屏、UPS、直流不间断电源设备以及直流电池组等设备。这些设备如何配置，技术上已经较为成熟，本文不再过多赘述。设计时一定要有前瞻性，布置要合理，并预留足够的空间和容量应对未来的扩容改造。

3.3.1 电池承重

现有的电力室楼板不能满足电池承重的要求时，需要对其进行局部加固，加固时要考虑将来电池是否会增加。因为电力室一旦投入使用，再对其进行基础性改造几乎不可能，因此在设计阶段就要规划好。

3.3.2 配电屏

各类配电屏如交流配电屏、直流配电屏以及UPS配电屏等设计时应留有足够的接线端子，并预留新增配电屏的空间。此外，各类配电屏需具备故障告警和计量统计功能，计量统计配电屏上每一路负载消耗的电能。

3.4 UPS系统

宜选用模块化UPS，即UPS中各类功率、旁路以及控制模块均能热插拔，方便维护和扩容。功率模块应有冗余，UPS应1+1或N+1配置。

3.5 直流系统

直流系统宜选用模块化设计，并能热插拔，以方便维护和扩容。根据维护经验，冷备份+热备份是应用效果较好的方案，即除了配备一定数量的热备份整流模块外，还配备一定数量的冷备份整流模块。电池组应根据市电的等级和负载情况综合考虑。

3.6 通信设备的供电方式

3.6.1 集中式供电方式

当通信设备距离电力室较近或通信设备较少时，宜采用集中供电方式，即直流电源设备和UPS集中布置在电力室，UPS集中供电方式如图4所示[9]。

图4 集中式UPS供电方式

3.6.2 分布式供电方式

当通信设备距离电力室较远或通信设备较多时，可采用分布式供电方式，即在通信设备附近布置多套小型直流电源设备或UPS，UPS分布式供电方式如图5所示[9]。除此之外，也可根据机房实际情况和业务需求同时使用集中与分布式的供电方式。

图5 分布式UPS供电方式

3.7 维护与管理

设计通信机房电源系统时，要充分考虑设备的日常维护和管理。选购的设备要易维修、易更换且易扩展，相关参数和数据要易采集、易查询并易统计[10]。

4 结 论

本文重点强调设计电源系统时应有开放性和前瞻性思维，结合机房定位和技术发展充分考虑长期运营与维护中的各种需求。一个好的设计绝不仅仅是满足目前通信设备的需求，也不是只要满足可预见的将来的需求即可，而是要满足未来某些不可预见的需求，具有开放性、前瞻性以及弹性。