240V高压直流供电技术在通信行业的应用

240V高压直流供电技术在通信行业的应用

董晓君

（上海邮电设计咨询研究院有限公司200092）

摘要：随着近年来高压直流供电试验机房的建成以及行业标准的推陈出新，高压直流供电技术愈发成熟，在建工、交通、通信等多个领域完成了高速发展，其系统容量不断扩大，安全系数不断升级。本文结合高压直流供电技术在通信行业的工程实践，分析了高压直流供电系统在工程应用中所需要关注的问题以及相应的完善化建议。以期为工程技术人员提供新的工作思路和方法。

关键词：240V高压直流电；供电技术；应用

引言：

高压直流供电技术的大范围使用得益于其较少的电能转换，更便捷的使用过程。随着通信技术的IP化，IT设备的大范围使用使得原有的UPS供电系统的使用表现出了一定程度的局限性，比如UPS供电系统可靠性差、转换效率低、输入电流谐波大等一系列问题会导致通信设备、基站的正常工作受到影响。同时也可以看到，随着目前通信设备数据机房规模的扩大，其实际用电量远超传统的通信、交换等业务，在安全可靠性上的要求也比以往任何时候都更加严苛。故而高压直流供电技术的应用有着广阔的前景。

一、高压直流供电技术的特点

高压直流供电就是直流采用高压直流电源（区别于常用的-48V）直接对采用220V交流输入电源的设备供电，其具有以下特点：

（一）可靠性大范围提升

高压直流供电技术的可靠性是相对于UPS供电系统而言的，传统的UPS系统具有主机以及其他系统组件，主副设备之间通过串并联的方式接入系统进行工作。其可靠性无疑要依赖于系统内各个部分的可靠性之和，而直流供电系统整合了整流模块、蓄电池等组件，内部之间构成冗余关系，工作逻辑独立，可靠性大幅提升。应用在通信行业之中，罕见直流供电系统出现问题。

（二）节约能源、减少耗散

目前使用UPS主机的系统多为在线双变换型，在负载率大于50%的时候，其转换效率仅与开关电源相近。但是UPS系统的工作效率受到后端负载的影响，通常UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35%-50%。而直流供电系统由于采用固定模块化结构，可由技术人员人为控制系统的运行数量，根据当前负载的数量来调整整流器模块的工作，使得其负载率始终能保持在一个较高的水平上，使得系统的转换率保持在较高的水平。

二、高压直流供电技术的应用现状

高压直流供电技术由于其自身的特点和实际的使用范围的逐步扩大，目前已经在国内通信行业巨头——中国联通、中国移动、中国电信内部开始有条不紊的应用或者试应用。其中，中国电信于2007年开始建设240V高压直流供电试验局，2010年开始在国内众多大型城市和重要省份开始推广试点。在江苏、河北、吉林、北京、上海、安徽、江西、重庆、四川、云南等20个省区、60余个城市内开始进行高压直流供电技术的试点。截至2015年，已经建成200套高压直流供电系统。具有IDC机房、核心IT系统多套。

中国移动也在2009年开始了高压直流供电系统试验局的建设，目前已经在甘肃、内蒙古、辽宁等地开始试点运行，并取得了一定程度的进步。

中国联通的高压直流供电试验局也于2010年开始建设，并且在全国多地开始试运行。

伴随着高压直流供电技术的普遍，相应的政策法规以及行业标准也在不断完善，目前的行业标准已出台或者待审核的文件基本覆盖了对高压直流供电系统技术、施工、安全等的全部方面内容，主要的标准有：1）通信标准类技术报告：通信用240V直流供电系统技术要求（YDB_037-2009）。2）中华人民共和国通信行业标准：通信用240V直流供电系统（YD/T2378-2011）。3）中华人民共和国通信行业标准：通信高压直流电源设备工程技术规范（YD5210-2011）等。

三、高压直流供电技术的应用中存在的相关问题

（一）高压直流供电系统结构的选择

在高压直流供电系统的应用中最重要的就是系统架构的实现，好的系统架构会更好的实现整个系统的安全性、可靠性以及经济性。由于高压直流供电技术自身的特性，在选择系统结构的时候会变得更加灵活和自由。

目前较常用的应用于高压直流供电系统的架构有高压直流单电源系统双路供电和高压直流双电源系统双路供电、UPS+高压直流双路供电、市电+高压直流双路供电等4种方式。

其中，方式一与常见的低电压（48V）直流供电系统相同，整体结构较为简单，适用于规模较小的通信基站进行供电试验使用，由于其结构简单，因而实际的建设投资较小，为了完善其使用过程就必须勤加养护，防止电源侧出现单点电源障碍，造成整个系统运行受阻。

方式三将传统的UPS与高压直流供电系统相结合，利用UPS不间断电源系统为整个装置提供长效的供电，同时也采用高压直流供电接入系统供电，增加了电力负载设备使用的灵活性，提高了整个系统的负载容纳量，为大功率通信基站、试验机组的正常使用提供了保障，采用UPS和高压直流相结合的方式可以很好的减弱系统的故障率，相比于方式二采用双路高压直流电源的方式的建设和维护成本更大，且UPS系统的实际使用过程达不到满载状态，在一定程度上是一种资源的浪费，相比于双路高压直流双路供电的方式的维护和使用成本都较高。

由于对UPS系统建设投资的实际考虑，工程技术人员考虑将市电直接接入系统与高压直流电源组成双回路，这就是方式4的架构逻辑。由于市电不再需要转换，且减少了UPS系统的建设投资，因而在很大程度上平衡了工程建设的投资。但是此设计要考虑到市电网由于计划内或者计划外停电或者电能质量（诸如电压、瞬时电流）等不稳定造成的系统效率降低。

综合来看，高压直流供电系统的架构的4种方式在实际的使用过程中各有优点和缺点，且适应的场合以及生产环境也各不相同，与单纯的使用高压直流供电双回路双路供电的形式相比，增加一路UPS系统供电或者市电供电对于经济性和系统的稳定性都造成了不同程度的影响，但不可否认的是UPS系统在自身的输电能力方面要强于市电系统，如果不考虑经济成本的前提下，使用UPS系统配合高压直流供电技术进行双路供电是较好的选择，但是也要明确该系统需要维护和检修的细节较多，如有不甚就会造成整体负载能力的下降，影响到通信设备的正常工作。这对于现代化通信供电系统的建设仍然具有较大的桎梏。因此，在目前情况下，在综合考虑经济性、系统工作特性、负载能力等情况下，选择高压直流双电流双回路系统进行供电具有良好的使用前景。

（二）高压直流供电系统配电元器件的选择

在为高压直流供电系统选择配电器件的时候要注意以下原则：

首先，系统直流配电全程应采用双极过流保护器件。

其次，同时该器件的耐高压程度与系统电压相匹配。直流输电的各级配件要满足级差匹配要求。各级配电系统之间采用熔断器或者直流断路器进行保护。

图3.高压直流供电系统结构图

高压直流供电系统的元器件应该包括直流总配电屏、机房列头柜、设备机架等。高压直流供电系统的直流总配电屏的选择应该以适合高压直流系统的供电特性为原则进行选取，直流屏的作用是将交流电变压、整流成为直流电，并存储在蓄电池内，同时还具有直流配电输出的功能，作为开关柜操作电源。直流屏内包含的器件有交流配电器件、变压器、整流充电机、蓄电池组、直流配电单元、信号显示系统等。

直流列头柜进线可选用熔断器或直流负荷隔离开关，输出分路考虑到操作较为频繁，同时配置双极熔断器占用柜体空间较大，因此建议优先配置双极直流微型断路器。

高压直流供电系统的设备机架与传统交变电流供电方式有所区别，具体而言，其改变了传统配电过程中具有的插座式PDU、端子式PDU两种方式，在配电系统的接线过程中要更加注意协调性和针对直流输电系统的特性所进行的选择。

（三）高压直流供电系统电缆的选择

通信行业传统48V直流供电系统较常采用正极接地系统，而使用高压直流供电技术之后，由于直流电的输出特性会产生许多安全隐患，因而在现实装配过程中不再进行接地处理。因而在电缆的选择方面需要重新匹配选择。通常使用主电路2路单芯电缆，并将机房列头柜PE与机房地排线联通。

结语：

高压直流供电由于其自身所具有的特点在当代通信行业受到欢迎，并大幅应用。本文从工程建设的角度对高压直流供电技术的实际应用进行了讨论，从其应用过程中存在的问题直到装配过程中的对策建议深入分析了当前240V高压直流供电技术在通信行业的应用。

参考文献：

[1]中华人民共和国通信行业标准YD/T2378-2011通信用240V直流供电系统.

[2]中华人民共和国通信行业标准YD5210-2011通信高压直流电源设备工程技术规范.

[3]刘宝庆.现代通信电源技术及应用.北京：人民邮电出版社，2012：311-314.