1、概 述通信电源是整个通信设备的重要组成部分，通常被称为通信设备的“心脏” ,在通信局（站）中，具有无可比拟的重要地位。如果通信电源供电质量不佳或中断，将会使通信质量下降甚至无法正常工作直至通信瘫痪，造成重大的经济损失，给人民生活带来了极大的不便，以及造成极坏的政治影响。随着通信网的快速发展，通信电源专业得到了长足的进步，也发生了革命性的跃变，这体现在标准的制（修）订、供电系统的可用性的提升、供电方式的完善、技术装备水平的提高、维护方式的变革、集中监控管理的实施等诸多方面。由于通信电源系统设备繁多，维护复杂，是一门要求既要有扎实的科学知识，又具有很强的实际动手能力的专业。首先，我们必须了解其总体
2、的组成情况，在此基础上，我们才能有目的地学习其中的各种设备及设施.1.1电源在通信中的组成在通信局（站）中主要的电源设备及设施主要有：交流市电引入线路、高低压局内变电站设备、自备油机发电机组、整流设备、蓄电池组、交直流配电设备等，以及 UPS、通信电源空调集中监控系统等设备和设施。另外，在很多通信设备上还都配有板上电源（Power on board） ，即 DCDC 变换、DCAC 逆变。确切地说通信电源是专指对通信设备直接供电的电源。在一个实际的通信局（站）中，除了对通信设备供电的不允许间断的电源外，一般还包括有对允许短时间中断的保证建筑负荷（比如电梯、营业用电等） 、机房空调等供电的电源和
3、对允许中断的一般建筑负荷（比如办公用空调、后勤生活用电等）供电的电源。所以说，通信电源和通信局（站）电源是两个不同的概念，通信电源是通信局（站）电源的主体和关键组成部分。下图11是一个较完整的通信局（站）电源组成方框图，它包含了通信电源和通信用空调电源及建筑负荷电源等。1.市电引入如图11A 框。由于市电比油机发电等其他形式电能更可靠、经济、环保，所以市电仍是通信用电的主要能源，为了提高市电的可靠性，大型通信局（站）的电源一般采用高压电网供电，为了进一步提高可靠性，一些重要的通信枢纽局还采用两个区域变电所引入两路高压市电，并且由专线引入一路主用，一路备用。市电引入部分通常包含有局站变电所（含有
4、高压开关柜、降压变压器等） 、低压配电屏（含有计量、市电油机电转换、电容补偿、防雷、分配等功能）等，通过这些变、配电设备，将高压市电（一般为10KV）转为低压市电（三相380V） ，然后为交、直流不间断电源设备及机房空调、建筑负荷提供交流能源。2.油机发电如图11B 框。当市电不可用时（比如停电、市电质量下降等） ，可用备用油机发电机组提供能源，某些通信局（站）配有移动油机发电机组（或便携式发电机）以适应局（站）外应急供电的需要，比如移动基站的市电故障应急供电。整个通信局（站）电源供电系统线路根据供电中断与否可分为：a 级（供电不允许中断） 、b 级（供电允许短时间中断） 、c 级（供电允许中
5、断）三个等级。由于市电的中断在某些情况下是无法控制和避免的，对一些不能长时间停电的线路（比如通信机房用空调以及通信电源交流输入）必须由备用油机发电机组在市电中断后几分钟至十几分钟内供出能替代市电的交流能源。此外，由于通信局（站）中，建筑负荷用电量日趋增加，为了减小备用油机发电机组容量和节约能源，在市电中断后，备用油机发电机组仅供给保证建筑负荷，而不再对一般建筑负荷供电。3.不间断电源由于通信的特点决定了通信电源必须不间断地为通信设备提供电源，而市电（油机电）做不到这一点。如图11C 框，我们要做的就是将市电（油机电）这种可能中断的电源转换为不间断电源对通信设备的供电。所以必须明确的是，不间断电
6、源只是将市电（油机电）进行电能的转换和传输，它并不生产电能。对通信设备的供电，可分为交流供电和直流供电两种。交换、传输、光通信、微波通信、移动通信等通信设备均属直流供电的设备，而一些无线寻呼、卫星地球站设备则属于交流供电的通信设备，目前直流供电的通信设备占绝大部分。通信设备的供电要求有交流、直流之分，因此通信电源也有交流不间断电源和直流不间断电源两大系统。图12为直流不间断电源系统方框示意图。当市电正常时，由市电给整流器提供交流电源，整流器将交流电转换为直流电，一方面经由直流配电屏供出给通信设备，另一方面给蓄电池补充充电（即蓄电池一般处于充足电状态） 。当整流器由于以下原因发生停机：(1)市电
7、停电。(2)市电质量下降到一定程度。(3)整流器故障。此时，蓄电池在同一时间代替整流器经由直流配电屏给通信设备提供高质量的直流电，从而实现了直流电源的不间断供出。当然，考虑到蓄电池的供电时间有限，我们必须在蓄电池放完电之前，让整流器重新开机输出高质量直流电源给通信设备及蓄电池供电。针对上述整流器停机的第一、二种原因，我们应及时启动油机发电机组替代市电供出符合标准的交流电源；如果是上述的第三种原因，我们应及时修复或更换整流器（通常是易更换的整流模块） 。当由油机供电过程中，市电恢复正常，我们应优先用市电提供能源。在市电油机电的转换过程中，虽然整流器的交流输入侧有短时间的中断，但由于蓄电池的存在，
8、仍能保证直流输出不间断供电。图13为交流不间断电源系统方框示意图。可以看出，其不间断供电原理与直流不间断系统十分相似，只是由于要求供出交流电源的缘故，在输出侧串联了逆变器（将直流电源转换为交流电源） 。总之，两大系统的不间断，都是靠蓄电池的贮能来保证的。但交流不间断电源系统远比直流不间断电源系统要复杂，系统可靠性和效率也远比直流不间断电源为低，所以一直以来通信设备的供电电源还是以直流不间断供电为主。近年来，随着交流不间断电源技术的不断发展和成熟，加之通信设备计算机化使交流用电的通信设备的增多，交流不间断电源的规模在逐渐扩大，其技术维护工作也正成为电源维护的重点。1.2通信电源的分级由上节可知，
9、无论是交流不间断电源系统还是直流不间断电源系统，都是从交流市电或油机发电机组取得能源，再转换成不间断的交流或直流电源去供给通信设备。通信设备内部再根据电路需要，通过 DC/DC 变换或 AC/DC 整流将单一的电压转换成多种交直流电压。因此，从功能及转换层次来看，可将整个电源系统划分为三个部分：将交流市电和油机发电机组称为第一级电源，这一级是保证提供能源，但可能中断；上述交流不间断电源和直流不间断电源称为第二级电源，主要保证电源供电的不间断；至于通信设备内部的 DC/DC变换器、DC/AC 逆变器及 AC/DC 整流器则划为第三级电源，第三级电源主要是提供通信设备内部各种不同的交、直流电压要求
10、，常由插板电源或板上电源提供。板上电源（Power on board）在我国又称为模块电源，由于功率相对较小，其体积很小，可直接安装在印制板上，由通信设备制造厂商与通信设备一起提供。上述三级电源的划分如图14所示。1.3 通信设备对通信电源供电系统的要求通过对通信电源系统总体的认识，为了保证通信生产可靠、准确、安全、迅速，我们可以将通信设备对通信电源的基本要求归纳为：可靠、稳定、小型智能、高效率。1可靠 这里的可靠，指通信电源不发生故障停电或瞬间中断。所以，可靠性是通信设备对通信电源最基本的要求。要确保通信畅通可靠，除了必须提高通信设备的可靠性外，还必须提高供电电源的可靠性。为了保证供电的可靠
11、，要通过设计和维护两方面来实现。设计方面：其一，尽量采用可靠的市电来源，包括采用两路高压供电；其二，是交流和直流供电都应有相应的优良的备用设备，如自启动油机发电机组（甚至能自动切换市电、油机电） ，蓄电池组等，对由交流供电的通信设备应采用交流不间断电源（UPS） 。维护方面：操作使用准确无误，经常检修分析，做到防患于未然，确保可靠供电。2稳定 各种通信设备都要求电源电压稳定，不能超过允许的变化范围。因此电源电压高了会损坏通信设备中的电子元器件，低了通信设备都不能正常工作。对于直流供电电源来说：稳定还包括电源中的脉动杂单要低于允许值，也不允许有电压瞬变，否则会严重影响通信设备的正常工作。对于交流
12、供电电源来说：稳定还包括电源频率的稳定和应具有良好的正弦波形，防止波形畸变和频率的变化影响通信设备的正常工作。3小型智能 随着集成电路、计算机技术的飞速发展和应用，通信设备正越来越小型化，集成化，为了适应通信设备的发展以及电源集中监控技术的推广，电源设备也正在向小型化、集成化、智能化方向发展。4高效率 随着通信设备容量的日益增加，以及大量通信用空调的使用，通信局站用电负荷不断增大。为了节约能源、降低生产成本，必须设法提高电源设备的效率。采用分散供电方式则可节约大量的线路能量损耗。1.4通信电源系统发展概述从建国初期发展通信电源至今，随着对通信电源重视程度的不断加强，加上功率半导体技术、计算机控
13、制技术和超大规模集成电路生产工艺的飞速发展，维护经验的积累和总结，我国的通信电源事业发生了巨大的变革，逐步走向世界先进水平。1.电源设备的变革(1)整流设备从50年代末的饱和电抗器控制的稳压稳流硒整流器，60年代的硅二极管取代硒整流片的稳压稳流硅整流器，60年代末70年代初稳压稳流可控硅整流器，一直到80年代末90年代初的高频开关整流器，我国通信用整流设备经历了几代变革。90年代以后，随着计算机控制技术、功率半导体技术和超大规模集成电路生产工艺的飞速发展，高频开关整流器产品也越来越成熟，性价比逐步提升，目前已经逐步取代了可控硅整流器，并且还在不断地朝着高频化、高效率、大功率、小型智能化、清洁环
14、保的方向发展。(2)蓄电池由于铅酸蓄电池具有电压稳定性好、进行大电流放电的特点，所以在通信电源中得到广泛使用。我国通信用铅酸蓄电池的使用，60年代以开口式为主， 70年代中期我国首次研制并开始使用防酸隔爆式铅酸蓄电池，80年代消氢少维护电池被采用，70年代末期国际上出现了阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA） ，由于阀控式密封铅酸蓄电池具有无酸雾溢出、免加水、能与其它电器设备同室安装等特点，随着其技术的成熟，从90年代起，我国开始推广阀控式密封铅酸蓄电池。由于目前大量使用的阀控式密封铅酸蓄电池属贫液型，存在着对环境温度变化适应性差的缺点，所以已经出现了富液式 VRLA，国际上也正在发展其它蓄电池如新
15、型锂蓄电池。(3)柴油发电机组柴油发电机组是通信局（站）重要的备用交流能源。60年代使用手启动的普通机组，70年代研制成功了自启动机组、无人值守机组，但可靠性不高。从80年代研制成功无人值守风冷机组、微计算机控制的自动化机组，到90年代开始对低噪声机组和对闭式循环蒸汽透平发电机组、自动化燃气轮机发电机组等进行应用研究，提高了柴油发电机组的可靠性指标，具有自动化程度高和遥控功能的特点，便于实现少人或无人值守维护。要实现供电系统的无人值守，柴油发电机组的可靠性一直是一个难点，随着机组技术含量的增加和可靠性的不断提高，这方面的问题正在不断地得到解决。2.供电方式的变革90年代之前，通信电源系统一直是
16、集中供电方式。所谓集中供电方式是在通信局站中设有电力机房，配置公用的电源设备，集中给全局各种通信设备统一供电的供电方式。如图11即是集中供电方式，B 框内的电源设备被集中放置在电力机房内。当某种直流电源系统发生故障时，将影响所有使用这一种电压的通信设备的正常工作，另外直流供电馈线长，材料、施工费用高，线路压降大，电能损耗大，由于线路电感和耦合电容的存在，易引入干扰，会降低供电质量。随着利于与通信设备同室安装的阀控式密封铅酸蓄电池、高频开关电源系统等的推广使用，使得采用分散供电这种新的方式成为可能。自90年代以来，国际上通信局站已普遍采用分散供电方式。所谓分散供电方式，主要是指将直流供电系统进行
17、分散，即将使用同一电压种类的通信设备采用两个以上的独立供电系统，并靠近通信设备安装进行供电的方式。如图15，采用分散供电方式时，交流供电系统部分仍采用集中供电方式，其组成也是集中供电方式相同或相似，而直流供电系统则分成若干个单元供电系统，可按楼层设置，也可按通信系统或通信机房设置，甚至按通信设备机架设置。单元直流供电系统的基本组成与集中供电方式的直流供电系统相同。当某一个供电系统故障时，不会造成整个通信系统的瘫痪大提高了供电的可靠性，缩小了故障的影响面。同时，分散供电方式降低了能耗和设备占地，而且能更合理的配置电源设备。目前的移动通信交换局及基站，一些大的市话局已开始采用分散供电，综合楼的分散
18、供电的试验工作也正在进行中，这是今后供电方式发展的主要趋势。3.维护方式的变革长期以来，通信电源是人员密集型的分散维护，是一种有人值班，定时抄表，包机，预检预修的维护方式，这在当时设备技术档次低、可靠性差的情况下为了保证供电是必要的。进入90年代以来，随着通信网络规模的不断扩大，电源设备的种类、数量也大幅增加，同时，计算机被广泛的应用，电源设备和系统的技术层次和可靠性大大提高，在这种情况下，为提高电源维护的效率、降低维护运行成本、进一步提高电源设备运行的稳定性和可靠性，要求电源供电系统、机房空调和环境实现计算机集中监控管理。与集中监控相适应的技术维护方式必需是集中维护，要求维护人员一专多能，既
19、有比较全面的理论知识，更要有丰富的实践经验。如何将集中监控与分散供电有效的融合，在通信电源供电系统的可靠性、先进性、可维护性等方面不断提高供电系统品质，将成为今后很长一段时间内我们应致力研究的课题。由于通信电源在通信中不可替代的重要地位，其发展空间十分广阔，有待研究的课题很多，希望有志于通信电源事业的同学们能在将来为我国的通信电源事业贡献力量。第1章 高低压配电学习了通信电源系统总体组成和作用之后，接下来我们对具体设备的工作原理与使用维护作进一步的讲解。由于电源设备繁多，为了使大家便于理解和掌握这些设备之间的相互关系，我们将通信电源系统从逻辑上分为第一篇：交流系统；第二篇：直流系统，在此基础之
20、上，我们再学习第三篇：综合篇。交流系统包含有高压市电进线及分配、低压市电的分配、油机发电机组、交流配电、机房空调。相当于电源分级的第一级电源，主要作用是保证提供能源。需要指出的是，UPS虽然属于交流输入输出设备，但由于其工作原理及和蓄电池的配合的缘故，逻辑上我们仍将它归在直流系统篇介绍。相对于油机发电，市电具有经济、环保的优点，在通信局（站）电源系统的建设中，国家要求市电作为主要能源（除个别地区可利用太阳能、风力发电以外） 。市电既然作为通信局（站）电源系统的能源提供者，我们应首先了解市电在引入通信局（站）前、后的工作流程和原理。1.1高压配电系统1.1.1 高压输配电系统概述第2章 油机发电
21、系统2.1 油机发电机组的作用现代信息社会中，任何通信设备都离不开电源设备，电源设备能够保证通信网络的正常工作。油机发电机组是给通信设备提供交流电源的发电设备，它对保障通信设备的安全供电和保障平时战时通信的畅通起着十分重要的作用。使用柴油或汽油在发动机汽缸内燃烧产生高温高压气体，经过活塞连杆和曲轴机构把化学能转换为机械能（动力）的机器，称为内燃机（统称油机） ，用柴油作燃料的称为柴油机，用汽油作燃料的称为汽油机。用油机作为动力，驱动三相交流同步发电机的电源设备，称为油机发电机组。油机使用柴油的称为柴油发电机组，使用汽油的称为汽油发电机组。在通信领域，油机发电机组作为交流电源供给设备：在没有市电
22、的地方，油机发电机组就成为通信设备的独立电源；在有市电供给的地方，油机发电机组就作为备用电源，以便在市电停电时期保证通信设备的供电需要，确保通信设备的不间断工作。随着通信技术的不断发展，现代通信设备对电源供给的质量提出了更高要求，对自备电源供给（不论是主用或备用）的油机发电机组，要求做到能随时迅速起动，及时供电，运行安全稳定，能连续工作，供电电压和频率应满足通信设备的要求。2.2 油机的总体构造油机发电机组是由柴油（汽油）机和发电机两大部分组成。由于目前多数油机发电机组都采用柴油发电机组承担备用发电功能，因此，本节重点介绍柴油机的构造。油机主要由曲轴连杆机构、配气机构、供电机构、供油系统、润滑
23、系统和冷却系统等几承受很高的温度，又承受很大的压力，而且运动速度极快，惯性很大。因此，活塞必须具有良好的机械强度和导热性能，并且应当用质量较轻的铝合金铸造，以减小惯性。为了使活塞与气缸之间紧密接触，活塞的上部还装有活塞环，如图2-2所示，活塞环有压缩环（气环）和油环两种，压缩环的作用是防止气缸漏气，油环的作用是防止机油窜入燃烧室。（3）连杆与曲轴：连杆将活塞与曲轴连接起来，从而将活塞承受的压力传给曲轴，并通过曲轴把活塞的往返直线运动变为圆周运动。2配气机构配气机构的作用是适时打开和关闭进气门和排气门，将可燃的气体送入气缸，并及时将燃烧后的废气排出。配气机构由进气门、排气门、凸轮轴、推杆、挺杆和
24、摇臂等部件组成，如图2-3所示。3供油系统柴油机的供油系统一般由油箱、柴油滤清器、低压油泵、高压油泵和喷油嘴等部分组成，如图2-4所示。柴油机工作时，柴油从油箱中流出，经粗滤器过滤，低压油泵升压，又经细滤器（也称精滤器）进一步过滤，高压油泵升压后，通过高压油管送到喷油嘴，并在适当的时机通过喷油嘴将柴油以雾状喷入气缸压燃。4润滑系统油机工作时，各部分机件在运动中将产生摩擦阻力。为了减轻机件磨损，延长使用寿命，必须采用机油润滑。润滑系统通常由机油泵、机油滤清器（粗滤和细滤）等部分组成，如图2-5所示。机油泵通常装在底部的机油盘内，它的作用是提高机油压力，从而将机油源源不断地送到需要润滑的机件上。机
25、油滤清器的作用是滤除机油中的杂质，以减轻机件磨损并延长机油的使用期限。1进气冲程活塞由上止点至下止点，这时进气门打开，排气门关闭，由于活塞向下运动，气缸内的压力低于外部大气压力，气缸外面的空气就经过进气门被吸入气缸内，如图2-8（a）所示。活塞到达下止点时，活塞上方充满了空气。图2-10所示为四缸四冲程柴油机工作示意图。四个单缸柴油机用一根共用的曲轴连在一起，其中第一缸和第四缸的曲柄处在同一方向，第二缸和第三缸的曲柄处在同一方向，两个方向间互相错开180，每个气缸按顺序完成各自的工作循环过程中，在同一行程都有固定的顺序，一般为1-3-4-2，就是第一缸作功后，第三缸作功，然后为第四缸作功，最后
26、为第二缸作功。以后各个过程顺序重复进行。2发电机的工作原理发电机的转子由油机带动旋转后，磁极绕组中流有电流，磁极便产生磁性，在定子和转子之间的空隙里产生一个磁极旋转磁场。旋转磁场切割定子槽中电枢绕组的线圈便产生交变的电流（接通外电路后） ，此交变电流也在空气隙中形成一个电枢旋转磁场，电枢旋转磁场的转速与发电机的转速始终保持相等的关系。两者保持同步，所以称为同步发电机。直至建立起来稳定的磁场，达到发电的目的。这种自励式发电机的特点是谐波电势随着负载增加而相应升高。因此，用在励磁系统中，当负载增加时，励磁电流也随之增加，从而起到自动调压的作用。以上介绍的他励式、自励式发电机的输出电压是随着油机的转
27、速、负载的大小的变化而变化的。为保持输出电压的稳定，必须用人工旋转调节电压用的变阻器来完成。其缺点是增强了维护人员的劳动量，同时，人工调节不可能达到调节及时。而通信用交流电源等通信设备都希望得到稳定的交流电压，因此，如何解决发电机输出电压的自动调节，保持电压的稳定是非常关键的。下面介绍一种常用的电压自动调节器。TLG123型硅可控励磁调节器（以下简称调节器）是一种半导体式的励磁装置，适用于移动或固定电站中，它能自动保持中小型发电机的输出电压稳定在一定的范围内。该调节器适用于自励恒压发电机，带直流励磁机的发电机和无刷交流同步发电机的励磁系统中。该调节器主要由触发器及主回路两部分组成。触发器包括电
28、压测量回路、相位调节器和同步开关等。调速性、便携性以及对环境变化的适应性，要求发动机具有千瓦重量（kg/kW）小，升功率（kW/h）大的特点。2发电机发电机多采用单相、旋转磁场式结构的同步发电机。电枢绕组在定子上，励磁绕组在转子上，磁极形式为凸极式或隐极性。3发电机的励磁调节装置发电机的励磁调节装置根据具体线路，作成一定的结构，大多数为整体式，安装在控制面板内或放置在发电机附近。4控制面板便携式发电机组是通过控制面板来启动、停止以及变换配电向用电设备供电的，同时使操作人员了解发电机组的运行状态。控制面板上一般安装有开关、指示灯、插座（多功能） 、显示仪表、熔断器和照明灯等。此外，还有燃油箱（含
29、油量指示） 、蓄电池（电启动） 、附件工具箱和电缆等，均为发电机组的构成部分。2.4.2 发电机组的工作原理与运行1工作原理发电机的端电压大小与励磁电流大小有关。要维持发电机的端电压平稳，必须根据负载变化及时调整励磁电流。当负载减小，端电压升高时，须自动减小励磁电流；当负载增大时，端电压减小，则要自动增加励磁电流。发电机所采用的励磁方式按励磁功率产生的方式，分为他励式和自励式两种。（1）他励式 直流励磁机励磁； 交流励磁机的无刷励磁。（2）自励式 不可控相复励； 可控相复励； 谐波励磁； 可控硅励磁。目前多用自励式发电。自励式所需的励磁功率通常由下述三种方式取得：直接从发电机输出端取得一部分功
30、率作为励磁功率。发电机的电枢绕组采用抽头形式，根据励磁功率的大小，从电枢绕组内引出一部分功率。在发电机定子上设置辅助绕组，辅助绕组的输出即为发电机的励磁功率。2运行（1）准备工作 检查机油箱内的机油是否充足（利用机油尺） ，油路是否畅通。 检查控制面板、连接电缆及插座、插头是否良好，导线有无折裂和绝缘层破损等现象。（2）启动工作 打开油门，关闭阻风门（在热机启动时可不关阻风门，避免混合油过浓造成启动困难） 。 将启动绳按转动轮槽上规定的绕行方向绕23圈，手快速抽拉启动绳启动机组。发动机启动后立即逐步打开阻风门，使发动机升到额定转速。调节控制面板上的电压调节旋钮，将电压调到220V。目前，油机发
31、电机组都不需要这步了，可自动调整到220V/50Hz。另外，调节节气门也可控制电压。 检查油门开关和排油塞。油门开关应在正常开的位置（备用位置在特殊情况下用） ，排油塞应在关闭位置。（3）供电 在机组运转正常后，电压稳定的情况下，可接通供电开关。 运转中一定要用空气滤清器（工程情况下更是如此） ，在无安全加注油的条件下，禁止在运行中途加汽油。（4）停机 切断电源，关闭油门，按下“停止”按钮。在不需紧急停机时，应手控节气门臂低速运行23分钟，待化油器中的混合油用完后自动停机，避免混合油中的汽油挥发留下残油，造成下一次启动困难。 做清洗化油器、空气滤清器等必要的维护工作（工程状态下更应注意） 。2.4.3 便携式（小型）汽油发电机组主要技术规格2.5 油机发电机组的使用与维护2.5.1 柴油发电机组的运行（1）柴油发电机组启动成功后，应先低速运转一段时间，然后再逐步调速到额定转速。决不允许刚启动后就猛加油，使转速突然升高。其原因有以下几点： 刚启动的柴油机，机器温度低，机油粘度大，机油不能迅速进入各轴承间隙内。
