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通信电源专刊

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受末端设备受电条件限制，在

目前的通信电源领域，直流-48伏

系统大多采用单系统对负载供电，

负载的主备虽采用了直流系统内的

直流屏间主备或单直流屏内的分路

间主备，但一旦直流电源系统本身

发生故障，则负载侧的多路主备仍

无实质意义。近几年，业界直流电

源系统各种迹象及原因的突发故障

已造成设备宕机重大事故时有发

生，为此，直流供电安全隐患是亟

待解决的问题。

本文主要研究在核心枢纽楼已

有的N套开关电源直流供电系统的

基础上增加一套可移动直流电源，

作为整个核心枢纽楼直流供电系统

的应急装置，此应急电源除应对突

发故障的直流供电系统外，平时还

可以替代原有的直流供电系统进行

离网检修，投资少，应用灵活，能

极大的提高直流供电系统的供电可

靠性。

目前，此成果已经通过中国移

动集团公司评审，获得国家专利申

请号：200920271730.X。2009年

底已协商业界主流电源设备厂家进

入该应急装置的生产研发工作。为

了对核心枢纽楼应对突发故障早日

提供有力保障，现将该技术方案介

绍如下。

一、现有技术方案

目前通信行业有两大供电系

统：UPS交流不停电供电系统和

-48V直流供电系统，在供电可靠性

方面，UPS交流不停电供电系统随着

供电对象末端设备的逐步改制，目前

从技术方案上已能够实现UPS双母线

供电方式，大大提高了供电的可靠

性。但在-48V直流供电系统方面，

为提高供电可靠性，目前，在网所用

很多通信设备的电源模块都设计提供

两路直流输入端子，供电方式上也要

求采用所谓的直流双母线供电。作为

电源的下端用户，想获得更高要求的

供电可靠性、要求采用直流双母线供

电，心情完全可以理解，但从技术角

度分析，目前的几种直流双母线组合

供电方式，其焦点问题都集中在压差

及产生的回流问题上，而正是这目前

还难以控制的压差及回流问题，已导

致个别直流供电系统瘫痪引起设备掉

电宕机之恶性通信事故。为确保安

全，中国移动安排不同省份对不同组

合方式的几种直流双母线供电方式的

分流现象进行了深入分析，并通过现

场模拟测试获得大量资料数据，最终

证明来自于两套开关电源的双电源供

电方式不仅存在压差问题，而且直流

双母线分流现象也确实存在。

为此，通信电源业界包括中国移

动目前仍采用单直流电源系统对负载

供电，负载的主备方案采用一个直流

系统内的直流屏间主备和一个直流系

统内单直流屏内的分路间主备两种，

其供电系统图分别如图1和图2所示。

中 国 移 动 通 信 集 团 网 络 部 高 健中国移动河南有限公司网络管理中心 康彩云 中国移动河南有限公司新乡分公司 易正楚

直流应急供电系统研究

摘��要：“一种用于核心枢纽楼直流供电系统应急的方法及其装置”，是为核心枢

纽楼研制的一套大功率组合式可移动的直流电源，作为整个核心枢纽楼直流供电系统的

应急装置，此应急电源除应对突发故障的直流供电系统外，平时还可以替代原有的直流

供电系统进行离网检修等，投资少，应用灵活，能极大的提高直流供电系统的供电可

靠性。

关键词：应急装置 大功率可移动 预充电回路 接入方式

核心枢纽楼

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直流供电系统设计增加一套可移动

直流电源，作为整个核心枢纽楼直

流供电系统的应急装置，其新增可

移动应急电源原理图如图3所示。

本方案的积极意义是：结构简

单，投资少，应用灵活，由一套可

移动的应急电源装置即可应对替代

原故障电源，借以原开关电源系统

的直流屏及蓄电池组，即可快速组

成一套新的开关电源系统，以此来

轻松完成直流供电障碍“零次零

分”的指标要求。

而以前的直流供电方式，一旦

开关电源系统本身出现突发故障，

维护人员将会在短时间内束手无

策，不仅会造成故障范围的扩大，

还很难保障直流供电障碍的“零次

零分”，除此，平时还可以利用此

应急电源替代在网运行的任意一套

电源系统进行离网检修，以彻底解

决目前业界直流供电系统高可靠性

的疑难问题。

三、技术方案原理

一直以来，开关电源直流供电

系统自加电带载运行一直到设备退

网，这期间无法对整个整流机架进行

断电维护和整改，本方案关键在于利

用一套功率大、体积小、移动式的开

关电源,作为一个核心枢纽楼多套开

关电源直流供电系统的备份，实现直

流电源系统的N+1冗余。在任意一套

开关电源出现系统性故障、蓄电池组

放电的过程中，可以安全、方便、快

从以上两种直流供电方案系统图中可以看出，负载的主备虽采用了

直流系统内的直流屏间主备或单直流屏内的分路间主备，但一旦直流电

源系统本身发生故障，则负载侧的多路主备仍无实质意义。近几年各种

迹象及原因的开关电源设备故障时有发生，已导致个别直流供电系统瘫

痪引起设备掉电宕机之恶性通信事故。

二、目前技术的缺点及问题

电源是整个通信系统的“心脏”，是网络安全、可

靠、畅通的唯一保障，一旦供电系统发生故障，将会造

成整个网络的瘫痪，由其导致的故障损失及社会影响是

难以估量的，为此，历史上直流供电障碍的指标要求一

直为“零次零分”。而现有的直流供电方式、技术及维

护手段很难避免这类故障的发生，如图1、图2所示，

目前业界采用的两种直流供电方式，虽负载的主备采用

了直流系统内的直流屏间主备或单直流屏内的分路间主

备，但电源系统本身防不胜防的突发故障会时有发生，

造成的重大损失会时有出现。

本方案为核心枢纽楼电源机房已有的N套开关电源

图1 一个直流系统内单直流屏内的分路间主备供电方式

图2 一个直流系统内的直流屏间主备供电方式

图3 应急电源原理图

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速地接入应急直流供电系统对负载供

电，保证负载供电不中断，从而避免

重大通信事故的发生。接入此应急装

置后还可以实现：

1）原开关电源机架的离线维

护和技术改造；

2）对于极端恶劣、供电已经

中断的电源故障，可以利用此应急

装置快速恢复供电，缩短故障处理

时间；

3）在电源系统割接时，此应

急装置可以担负起临时供电任务，

降低在线割接的难度和风险；

4）此应急装置还可以实现大

容量蓄电池组的离线充电维护，解

决大容量蓄电池组极板轻度硫化、

容量降低的维护问题。

此应急装置设备外形如图4所示。

图4 直流供电系统应急装置 外形示意图

直流供电系统应急装置由可移

动式机架、整流变换功率器件、输

入输出连接装置等主要部件组成。

应急装置可以根据实际需求采用模

块化结构或者一体化结构模式。模

块化结构由多个大功率整流模块和

一个监控模块组成；一体化结构使

用大功率器件（而非小功率模块叠

加），便于实现体积小、重量轻，

适合应急备用、方便移动的实际需

求。设备容量要满足现网最大直

流系统的电流要求，输出电压在

-43V～-60V范围连续可调，其它

性能指标满足通信用高频开关电源

相关技术要求。要实现上述功能，

需要进行特殊设计，设备原理框图

如图5所示。

图5 直流供电系统应急装置原理框图

本装置采用脉宽调制（PWM）型开关控制，功率变换部分开关器件

采用IGBT、推挽输出和全波整流。由控制电路产生PWM信号驱动开关

器件，实现功率变换和稳压、稳流（实际为限流）控制。

本装置在输出侧特别设计了预充电回路，可以避免此装置与原系统

连接时的打火，因而，可以安全、方便地接入原直流系统，预充电电路

如图6所示。

在将此设备连接到直流供电系统时，设置在熔断器座旁边的红色发

光二极管会发光，警示此时不能插入熔断器，只要手动按下充电按钮，

就可以实现对滤波电容的充电，到充电回路的指示灯熄灭，说明电容已

充电结束，此时电容两端电压和系统电压一致，因此可以安全地插入熔

断器，不会打火，不会对系统产生任何不良影响，不需要对原设备进行

改造，就能安全方便地接入，实现应急供电的目的。

如果原系统的直流屏有空余输出分路，可以并联输出分路，接入此装

置；如果没有空余分路，可以直接连接到直流母线上，连接方式如图7所示。

在系统遭受雷击、整流机架烧坏等系统性故障时，通过以上方式接

入直流供电系统应急装置，由应急装置和蓄电池组并联向负载供电，可以

保障负载供电的分秒不中断，有足够的时间来处理系统故障，进行维修、

甚至更换整流机架，从而达到直流供电障碍“零次零分”的指标要求。

图6 预充电电路原理图

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采用直流供电系统应急装置，

电源系统性故障由以前的只能听天

由命变为可以控制，由束手无策变

为主动掌握应急措施，因而大大提

高了直流电源供电系统的可靠性，

解决了通信电源直流供电系统安全

性方面长期存在的一大难题。

此外，电源割接工程施工时，

在拆除原系统、安装新系统期间，

由直流供电系统应急装置承担起临

时供电任务，可以简化割接步骤，

降低割接难度，规避割接风险。

利用直流供电系统应急装置可

以对极板硫酸化的蓄电池组进行离

线维护，恢复电池组的容量，为电

力室大容量蓄电池组的精细维护提

供了条件。

采用上述直流电源应急装置，

不需要对原设备进行任何改造，简

便易行，投资少，为电源系统提供

备份，极大地提高了供电保障能

力，同时也为维护、工程施工提供

了便利条件。

四、技术关键点

本方案的关键点是不需要对原

设备进行任何改造，只需要利用原

供电系统的交流预留输入端子和直

流预留输出端子，即可将核心枢纽

楼根据实际需求采用模块化结构或

者一体化结构模式的一套可移动的

应急电源装置接入原故障电源系

统，借助原开关电源系统的直流屏

及蓄电池组，即可快速组成一套新

的开关电源系统，以此来轻松完成

直流供电障碍“零次零分”的指标

要求。

另外，本装置在输出侧特别设

计了预充电回路，可以避免此装置

与原系统连接时的打火，因而，可

以安全、方便、快捷地接入原直流

系统；利用这套功率大、体积小、

可移动式的开关电源,作为整个核

心枢纽楼多套开关电源直流供电系

统的备份，实现直流电源系统的

N+1冗余。在任意一套开关电源出

现系统性故障、蓄电池组放电的过

程中，由于可以安全、方便、快速

地将此装置接入直流供电系统对负

载供电，保证负载供电不中断，从

而避免重大通信事故的发生，来确

保通信供电正常，提高直流供电的

可靠性。

五、总结

接入此应急装置后可以实现：

1）原开关电源机架的离线维

护和技术改造。

2）对于极端恶劣、供电已经

中断的电源故障，可以利用此应急

装置快速恢复供电，缩短故障处理

时间。

3）电源割接工程施工时，

在拆除原系统、安装新系统期

间，由直流供电系统应急装置承

担起临时供电任务，可以简化割

接步骤，降低割接难度，规避割

接风险。

4）此应急装置还可以实现大

容量蓄电池组的离线充电维护，解

决大容量蓄电池组极板轻度硫化、

容量降低的维护问题。

5）此直流电源应急装置，不

需要对原设备进行任何改造，简便

易行，投资少，为电源系统提供备

份，极大地提高了供电保障能力，

同时也为维护、工程施工提供了便

利条件。

总之，采用此直流供电系统应

急装置，电源系统性故障变为可

控，由束手无策变为主动掌握应急

措施，因而大大提高了直流电源供

电系统的可靠性，解决了通信电源

直流供电系统安全性方面长期存在

的一大难题。

图7