通信电源基础知识培训[课件]

江苏欧力特能源科技有限公司江苏欧力特能源科技有限公司-通信电源基础知识培训通信电源基础知识培训1主讲人：房贡献主讲人：房贡献主讲人：房贡献主讲人：房贡献.*培训内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5.*通信电源关键词电压(+24VDC/-48VDC/220VAC/380VAC)电流(A)功率/电压(DC)，有功/cos/660V(或220V)功率(有功W/无功var/视在VA,三者为直角三角形关系,视在功率为斜边)功率因数(cos,为有功和视在的夹角)效率(输出/输入)安时(Ah,电池容量)：一般指10小时放电率的容量，1000Ah指在100A放电电流下放电10小时.*直流供电系统通信电源系统应用：由于交换，传输，基站等通信设备采用直流供电。所以，通信电源的主要功能是将公用电网的交流电进行整流变换以提供给主设备稳定的直流电。通信电源的分类与应用场合：变换技术：高频开关电源输出电压：-48V：交换，传输，接入网电源。+24V：部分基站电源系统结构：组合电源，分立机柜电源应用环境：户内电源，户外电源安装方式：驻立式，壁挂式，插框式.*分体式电源系统电源在通信网中的位置：中心机房为网络传输，交换，数据、网管的核心接点。大容量通信电源为网络提供动力支持。.*.*.*柴油发电机组通风烟管油机房降噪油机铭牌油机输出线.*高低压配电柜.*变压器变压器设备v干式变压器v油浸式变压器.*低压配电屏.*低压配电屏.*蓄电池组.*分体式电源系统直流配电屏整流机架整流模块.*UPS系统UPS设备1+1备份UPS系统UPS输出屏.*UPS：小、中、大功率系列小功率UPS设备，主要用于大客户及小型计算机房、小容量需求通信机房、办公等场合中等功率UPS设备，主要用于部分本地网中等容量需求通信机房大容量UPS设备应用于大的IT机房、IDC机房等模块化UPS设备，用于前期负荷较小随IT设备增加逐步增加负荷的场合.*培训内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5.*开关电源的概念开关电源是一个能量转换器，作为电源的功率器件工作在开关状态（开关管、电感、高频变压器、电容、整流二极管）开或关状态，其特点是频率高、功耗低、工作效率高、体积小、输入范围宽(SwitchingRegulator-Aswitchingcircuitthatoperatesinaclosedloopsystemtoregulatethepowersupplyoutput)通过闭环系统调节，使输出电压保持稳定。.*开关电源的分类一般按照开关电源的输入和输出进行分类Acdc：把交流输入变换成直流输出，一次电源。Dcdc：把直流输入变换成直流输出，二次电源。DcAc：把直流输入变换成交流输出，逆变器电源。AcAc：把交流输入变换成交流输出，UPS电源。.*开关电源的主要指标无故障运行间隔时间这是开关电源最重要的指标，衡量了开关电源的工作可靠性。一般说的是开关电源平均无故障运行间隔时间越长约好。工作效率输出功率与输入功率的比值就是开关电源的工作效率，衡量开关电源在变换过程中所产生的损耗，对于目前我们的开关电源工作效率在85%以上。电压调整率指在负载保持不变的情况下，输出电压变化与单位输出电源和输入电压变化量的百分比。Sv（V0V0Vi）。该参数表示了电源的稳压特性。.*有功功率（Acitivepower):电能转换成其他能量所消耗的功率，单位为瓦（W），用P表示。无功功率(Unactivepower):没有消耗功率，只是能量在电感和电容之间转换的功率部分，单位为VA，用Q表示。视在功率(Aparentpower):指的是交流输入功耗，也叫表观功率，其单位是VA，用S表示。S2=P2+Q2功率因数(Powerfactor):有功功率与是在功率的比值，它表示交流电转化成其他能量的能力。功率因数P/S。功率因数校正后为0.9999。开关电源的一些名词概念.*高频开关电源v交流配电v整流模块v直流配电v监控模块系统构成交流配电整理模块直流配电监控模块.*交流配电单元C级防雷整流模块1整流模块2整流模块N直流配电单元DC防雷380V交流输入48V直流输出控制板监控模块系统原理.*开关电源的电路组成.*交流配电介绍两路交流输入输入方式：空气开关；.*交流配电介绍.*整流模块介绍交流滤波整流PFC电路DC/DC转换电路直流滤波交流输入直流输出控制电路保护电路辅助电源控制电路过压欠压过温过流过压欠压 高频开关整流模块的电路技术发展至今，基本形成如下图所示的电路结构 整流模块电路基本结构整流模块电路基本结构.*整流模块介绍.*直流配电介绍.*直流配电介绍.*监控模块介绍监控模块监控模块(单元单元)系统输入系统输入;交流电压值,交流电流值,交流频率值,防雷块状态,电网状态.整流模块整流模块;输出电压值输出电流值机内温度值模块状态风扇状态DC/DC模块模块(或或Inverter)；输出电压值输出电流值模块状态系统输出；系统输出；电压值电流值环境温度值,输出状态蓄电池；蓄电池；充电电流值放电电流值,电池温度值,电池电压值电池状态联网通信联网通信告警方式告警方式声,光,LCD显示,回授,干接点控制控制；模块状态,电池状态,系统状态设置设置调试参数,人为人为操作操作显示显示LCD 参数LED 状态保护动作保护动作,发出告警自动关机限流恢复正常.SU SU 通信局站监控设施通信局站监控设施监控单元电路原理监控单元电路原理.*监控模块介绍.*浮充、均充浮充：v电池组与电源线路并联连接到负载电路上。正常的运行状态下，与直流母线相连的充电装置，除对常规负载供电外，还向蓄电池组提供浮充电流。v浮充充电应解决的两个问题：1.补偿电池因自放电而产生的容量损失；2.避免过充造成电池寿命的缩短；v浮充电压一般在2.232.28V/只范围内选定（温度为25时）；均充v以定电流和定时间方式对电池充电，充电快。充电电压与浮充相比要大；v均衡充电电压2.302.35V/只；v整流设备应能浮充均充方式的自动转换。蓄电池放电后，整流设备自动向蓄电池进行均充电，当充电电流小于每安时50mA或充入电量是放出电量的1.2倍时，均充自动转为浮充。.*开关电源对蓄电池的管理欠压保护功能所谓二次下电就是电源系统将输出负载分成两组：一组为一次下电负载，它脱离系统的下电电压较高，一般为44.5V以上（用户亦可自行设定），驳接一些不太重要的设备，例如BTS等；另一组为二次下电负载，它脱离系统的下电电压比较低，一般不得低于43.2V，驳接一些重要设备，例如传输设备等。下图说明了蓄电池和负载之间的连接关系。工作地-48V熔丝1熔丝2熔丝3断路器1断路器2熔丝4熔丝5熔丝6蓄电池熔丝1蓄电池熔丝2蓄电池组工作地一次下电负载组，接次要负载，下电电压44.5V二次下电负载组接重要负载，下电电压43.2V。.*开关电源蓄电池欠压保护原理图工作地-48V熔丝1熔丝2熔丝3断路器1断路器2熔丝4熔丝5熔丝6蓄电池熔丝1蓄电池熔丝2蓄电池组工作地一次下电负载组，接次要负载，下电电压44.5V二次下电负载组，接重要负载，下电电压43.2V图4 二次下电原理图开关电源对蓄电池的管理.*培训内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5.*UPS的概念定义：UPS是连接在负载和市电之间一种电源设备，它的功能是保证向负载提供持续不间断高质量的交流电源原理：AC-DC-AC，输出的交流电更干净作用：无间断切换、电压变换(稳压)、频率变换(稳频/滤波)、提供一定后备时间按工作方式分：在线式和后备式并机方式一般为双机冗余功率均分热备份 .*UPS的组成UPS输入屏：1路输入，若干路输出，不同电源厂家连接不同：1）2台主机旁路在内部并联；2）每台主机主输入和旁路在内部并联；3）每台主机需要主、旁2路输入主机：2台或2台以上电池柜(架)：电池单体12V，根据不同厂家逆变器电压范围不同，每组电池数量不同，一般30或32只单体串连，电压为360V或384V。.*UPS的组成旁路开关柜：大容量UPS配置(120kVA以上)电池开关柜：不一定有，电池开关有可能装在电池柜内UPS输出屏：根据配电需求配置，小容量UPS可以和UPS输入屏合成1个屏交流列柜：与通信设备放一列，一般双路输入，根据配电需求配置3060路小容量单相空开，输出开关分配注意三相平衡.*UPS原理图.*培训内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5.*蓄电池及日常维护v阀控铅酸密封蓄电池原理v影响蓄电池寿命的因素v蓄电池的充放电特性v开关电源的蓄电池管理功能v蓄电池的安装与日常维护.*阀控铅酸密封电池原理阀控密封蓄电池是利用阴吸收原理使电池得以密封。电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。析出的氧气达到负极，跟负极起下述反映，达到阴极吸收的目的。2Pb+O2=2PbO2Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O负极析氢则要在充电达到90时才开始，再加上氧在负极的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。.*影响蓄电池寿命的因素影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的因素很多，既有电池设计和制造方面的因素，又有用户使用条件和维护方面的因素。1、设计和制造因素正极板栅耐腐蚀性能和电池的水损耗速度乃是两个最主要的因素。由于现在的蓄电池的正极板栅的厚度加大，采用PBCASNAI四元耐蚀合金。根据板栅腐蚀速度推算，电池寿命可达10年15年。然而从电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响密封电池使用寿命的最关键因素。.*2、蓄电池的失水对一般密封铅蓄电池而言，由于采用“贫液式”设计，电池的正极和负极活性物质的量及电解液的量处于最佳匹配状态，所以电池容量对电解液量极为敏感，存在如下关系：电池失水10，容量降低20；失水25，电池寿命结束。影响蓄电池寿命的因素.*2、蓄电池的失水蓄电池失水的途径电池失水途径有：电池槽、盖渗漏；环境温度过高；节流阀频繁开启或阀门开启后关闭不了，导致氢气和氧气逸出，同时带走酸雾；热失控现象。其中，热失控现象是指电池在充电后期（或浮充状态），由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时电池温度急剧上升，从而导致电池槽盖膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。影响蓄电池寿命的因素.*3、蓄电池的使用条件众所周知，蓄电池使用的环境温度、充放电流、放电深度、电池容量的合理配置、定期维护是保证电池正常寿命的关键。环境温度过高，蓄电池中的化学反应加剧，在充电过程中蓄电池的减压阀会频繁开启，从而加速了失水速度，降低了蓄电池寿命。放电深度以及放电电流和终止电压与蓄电池寿命之间的关系也是非常密切的。影响蓄电池寿命的因素.*表1放电深度与循环次数之间的关系表2放电率与终止电压之间的关系影响蓄电池寿命的因素.*3、蓄电池的使用条件蓄电池使用的环境温度与寿命之间的关系蓄电池工作温度会影响到蓄电池的容量、内阻、充电效率、充电电流等。温度升高，蓄电池的容量会增加，内阻减小，充电效率增加。若为同一浮充电压，充电电流增加。如果在浮充电压为55.2V时，环境温度为26时，寿命为10年；环境温度为36时，寿命4年。影响蓄电池寿命的因素.*蓄电池的充放电特性1、蓄电池的放电过程蓄电池的放电电流不宜太大，一般情况下可选用10小时放电率来进行放电，要尽量避免大电流（小于1H放电率）。放电到终止电压时必须采取保护措施，不得继续放电。以10H放电率放电时，终止电压为43.2V。当电源系统直流断路器将负载断开后，蓄电池的端电压会向上反弹5V左右。.*蓄电池的充放电特性1、蓄电池的放电过程从图1可以看出，在放电初期电池端电压下降是比较快的。在放电10分钟，电压下降到53.0V；大约半小时后，电池端电压降至49V左右；1小时后降至48V。蓄电池在48V时，放电时间最长，大约要持续7到8小时；8小时后，蓄电池端电压开始下降，下降速度比较快。降至43.2V时系统直流断路器断开，以便保护蓄电池，此时蓄电池端电压会有所上升，上升值约为5V左右。蓄电池放电曲线.*蓄电池的充放电特性2、蓄电池的充电过程蓄电池充电过程是电能转化成化学能的过程，充电电压和电流要合适，偏大和偏小均会影响蓄电池的寿命。一般情况下采用0.1C电流来充电，浮充和均充电压的选择要依据电池厂家的推荐值来设定。充电过程如图2、图3所示（电池放电超过50容量后，以0.1C充电率来充电）。V时 间（小时）56.453.550.647.745.6051015202530浮 充均衡充电图2 充电过程中蓄电池端电压变化曲线蓄电池充电曲线（电压变化曲线）.*蓄电池充电曲线（电流变化曲线）A（C10）时 间（小时）10152025300.020.040.060.080.1005图3 充电过程中蓄电池充电电流变化曲线蓄电池的充放电特性.*开关电源的蓄电池管理功能开关电源系统在保证设备安全可靠供电的同时，其最重要的功能就是蓄电池管理。不同的厂家实现的方法各有不同，但是都必须完成如下管理功能：温度补偿、充电智能限流、自动均充功能、周期均充、欠压保护告警功能。1、温度补偿功能众所周知正确的浮充电压是保护蓄电池正常寿命的基本保证。电压过低，电池充不满；电压过高，容易造成电池失水。温度高，电池化学反应加剧，此时需通过降低浮充电压来减缓化学反应；温度低，化学反应减缓，此时需通过升高浮充电压来增强化学反应，以保证充电能量的正常转换。温度补偿功能是通过电源设备的前台监控单元来实现的，它是通过检测蓄电池温度，然后根据实测的温度来调节蓄电池的浮充电的。温度补偿是以25为基准，以每节（2V）3mV/进行调节。对于通信电源使用的48V电池组来说，计算公式为V=(T-25)(-3mV)24。例如：电池温度为10，那么此时蓄电池的浮充电压为53.5+(10-25)(-3mV)24=53.51.08=54.58V。.*2、充电智能限流功能蓄电池的充电电流要求在0.1C0.25C，C为蓄电池的容量。推荐值为0.15C。如果过大，电池就会迅速产生大量气体造成膨胀变形、活性物质脱落甚至出现“热失控现象”，导致蓄电池及早失效而报废；如果充电电流过小，那么充电时间就会变得比较长，甚至导致蓄电池充不饱，长期也会影响电池的正常寿命。开关电源的智能限流就是系统根据蓄电池的容量（事先必须在监控参数中正确设定蓄电池容量）、负载所需电流的大小来自动计算整流器的限流点。计算公式为：单体（整流器）限流点（0.15C+负载电流）单体个数，C为系统蓄电池的总容量。开关电源的蓄电池管理功能.*3、自动均充功能均充就是均衡充电。一般在下列情况下，蓄电池需要均衡充电：市电停电后电池释放的能量超过15；市电来电时；蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）；电池组中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于2.2V；更换新电池后。均充电压为56.4V，均充时间不大于10小时。4、欠压保护功能电源系统为了保护蓄电池放电时不过放，采用直流断路器将蓄电池和负载断开，以达到保护蓄电池的目的。现在的通信电源为了延长重要负载的工作时间，增加了“二次下电”的功能。开关电源的蓄电池管理功能.*蓄电池的安装1、蓄电池放置在安装蓄电池时，要避免将蓄电池放在阳光直射的地方，要远离热源；要避免放置地环境过于潮湿和有带电粉尘存在。电池要垂直摆放，尽量避免倾斜；要保证蓄电池的正常散热。2、蓄电池连线的选择材料：多股铜芯软线缆，绝缘层为双护套。线径：在选择蓄电池导线时不但要考虑到载流量，还要考虑导线的压降。一般情况下压降不得大于0.5V。所以选择导线线径时要将如下因素考虑进去：蓄电池均充时的最大电流0.20C、每平方毫米导线的最大允许通过电流（电流在1A41A时，每平方毫米载流量为4A；电流41A100A时，每平方毫米载流量为2A；电流在100A200A时，每平方毫米载流量为1.6A；电流在200A以上时，每平方毫米载流量为1.2A）、导线长度带来的压降（截面积2IL，I为最大充电电流，L为蓄电池连接导线的最大长度，为铜导线的导电率）。在选取蓄电池的连接导线时，一般在一定的范围内截面积越大越好。.*3、蓄电池和电源之间的连接在安装蓄电池时，为了安全，将蓄电池的熔丝拔掉或在蓄电池组中断开某两节蓄电池之间的连接铜片。在连接前首先要用万用表测量蓄电池的端电压，然后将电源设备的输出电压微调到蓄电池端电压值。此时可将蓄电池的熔丝推上或将连接铜片连接上。4、注意事项在安装蓄电池时，所用的扳手必须用绝缘胶布缠好；蓄电池之间的连接导线或连接铜条的螺钉一定要拧紧，不得有任何松动；蓄电池的引出线要有明确的正负标志，一般情况下正极采用蓝色或红色导线，负极采用黑色导线；蓄电池的正极接到电源的工作地上，负极接到电源的蓄电池接线端子上；在接蓄电池之前应将其熔丝拔掉，安装好蓄电池并确认正负连接无误时方可将熔丝推上。蓄电池的安装.*蓄电池的维护在蓄电池的使用过程中需对其做相应的维护。由于蓄电池在运行一段时间后，就会出现个别电池落后（一般情况下落后电池端电压不得小于正常的20mV）或失效的现象。如果不及时发现，那么落后的电池会越来越落后，直至失效。失效的电池会导致其他好的电池随时间推移慢慢失效，进而使整个电池组报废。所以一般要对蓄电池每隔3个月进行一次维护，主要是检查蓄电池组中有无漏液、有无“臌肚子现象”、有无落后电池存在、蓄电池连接处有无锈蚀和固定螺钉松动、环境温度是否正常等等。只有做到及时发现及时处理，才能确保蓄电池的正常寿命。.*培训内容大纲通信电源系统简介1高频开关电源系统2交流不间断电源系统3蓄电池及日常维护4油机发电及日常维护5.*油机发电注意事项油机选择要求采用电启动方式的柴油发电机；旋转转速为1500r/min(高速）；机组在空载额定电压时的线电压波形正弦输出电压波形畸变率不大于过5；燃油消耗率（g/kw.h）；功率因数0.8(滞后）。在实际使用过程中，要选择合适功率的油机，油机额定功率是负载功率的1.21.5倍。.*油机发电注意事项在发电时必须切断交流市电输入；要注意发电机的输出连接线接触良好，且导线的线径符合要求；发电机发电前首先将通信电源柜的交流输入总开关断开，断开空调空开。等发电机交流输出电压稳定后，方可接通电源柜的输入空开。发电机如果是三相的，那么要注意接好零线，并保证油机负载的三相平衡；如果油机功率比较小，而实际负载比较大，那么尽量降低负载容量，例如减少整流器个数，拔掉一组蓄电池或将蓄电池容量设小。.*柴油发电机常见问题解决方法1、发电时整流器处于保护状态我们在发电时发现整流器的故障灯亮，或者故障灯和输出灯交替闪烁，整流器不能正常工作。出现此问题的原因是：油机的容量比较小，带在时油机处于保护状态，输出电压波形畸变所致；油机的输出特性不好，波形畸变率肯定大于5；三相油机，但是由于整流器个数超过3个，导致油机相不平衡或功率超出额定范围；开关电源模块交流检测部分参数配置不太合适。.*柴油发电机常见问题解决方法2、油机功率比较大，但是发电时带不起电源设备曾经有一个内蒙联通用户打来电话，使用的是ZXDU400/200电源柜，蓄电池容量是300AH两组，负载电流是30A。停电5个小时后他们去发电，油机功率是12KVA，结果整流器不能正常工作，按照指导将蓄电池容量设小并关掉了其他整流器，但是仍然不能满足发电要求。原因分析：经询问用户，该柴油发电机是三相的，问题就出在这里。对于三相油机来说额定功率是12KVA，那么每相的输出功率也只有4KVA，功率也只有2.7kw左右，而A相有两个整流器，其功率为60A573.42KW，所以肯定不能正常工作。问题解决方法：只开启三个整流器（A、B、C三相各一个），将蓄电池容量调到200AH每组，此时问题得到解决。.*柴油发电机常见问题解决方法3、在给机房发电时，如果油机容量比较小，那么如何做才能保证此次发电成功？在发电时如果油机容量比较小，那么首先就要断开机房内的空调设备。如果还不能满足要求，那么可以通过减少蓄电池充电电流。方法是：通过监控单元来设定蓄电池的容量，比如原来蓄电池的容量是每组500AH，那么可以将蓄电池容量设定为每组100AH或200AH。这样就可以减少蓄电池的充电电流，从而降低了交流输入功率。如果监控单元中有充电限流值设定项，可直接将限流点设小一点即可，比如可以设到10A或15A即可。.*66.*