一、通信用高壓直流供電系統(tǒng)的概述

1、定義

通信用高壓直流供電系統(tǒng)（HVDC，High Voltage Direct Current Power Supply System for Telecommunication）是通信領(lǐng)域近些年來發(fā)展應(yīng)用的為通信設(shè)備提供直流能源的電源系統(tǒng)。自然，高壓直流供電系統(tǒng)是相對(duì)于原來傳統(tǒng)的-48V直流供電系統(tǒng)而言。在GB 51215《通信高壓直流電源設(shè)備工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出了“通信用高壓直流供電系統(tǒng)”的定義，在YD/T 3089《通信用336V直流供電系統(tǒng)》中給出了“通信用336V直流供電系統(tǒng)”的具體定義，列于下表1-1中。

表1-1：通信用高壓直流供電系統(tǒng)的相關(guān)定義

2、由來

我們知道，傳統(tǒng)的通信設(shè)備都采用低壓直流供電，早期曾用60V、24V電源等，目前幾乎全部采用-48V直流供電。傳統(tǒng)的-48V直流供電技術(shù)如今非常成熟，它高效、可靠、實(shí)用。但由于傳統(tǒng)通信系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的高度融合，使得通信機(jī)房?jī)?nèi)（尤其是IDC機(jī)房）出現(xiàn)大量的計(jì)算機(jī)信息通信設(shè)備或稱數(shù)據(jù)設(shè)備，如服務(wù)器、路由器、數(shù)據(jù)交換機(jī)、防火墻等等。這些數(shù)據(jù)設(shè)備原來一直采用的220V/380V交流供電，為了能使它們適應(yīng)直流供電，就采用了與原交流電壓等級(jí)相當(dāng)?shù)闹绷麟妷海?/span>240V、288V、336V等。因此，通信局（站）直流供電系統(tǒng)，就有了高壓直流供電電源系統(tǒng)。

3、必要性

我們知道，通信電源系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是要保證高可靠性，通信設(shè)備在運(yùn)行的過程中是絕對(duì)不允許電源供電中斷。那么當(dāng)通信機(jī)房出現(xiàn)這些數(shù)據(jù)設(shè)備，它們絕大多數(shù)本來都是采用220V/380V交流供電，為了保證交流供電的可靠性，常采用不間斷電源系統(tǒng)（UPS）。然而，由于交流UPS供電系統(tǒng)現(xiàn)存許多種運(yùn)行方式，如并聯(lián)冗余n+1系統(tǒng)運(yùn)行方式、串并聯(lián)冗余系統(tǒng)運(yùn)行方式、雙總線系統(tǒng)運(yùn)行方式等，使得UPS系統(tǒng)整體組成復(fù)雜多變，不但增加了建設(shè)費(fèi)用，也增加了維護(hù)量度和難度，關(guān)鍵是由于系統(tǒng)中存在單點(diǎn)瓶頸、逆變失效、蓄電池組能量不能直接供給負(fù)載等原因，而讓維護(hù)者對(duì)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行有許多的擔(dān)心。

因此，可否采用通信用低壓直流供電系統(tǒng)的方案，來代替UPS方案，以解決UPS系統(tǒng)供電的不足呢？答案是肯定的，但采用的是高壓直流直接供電。之所以采用高壓直流直接供電，初始的想法是可以不用對(duì)原數(shù)據(jù)設(shè)備的交流電源部分進(jìn)行改造直接用直流電壓供電。我國(guó)經(jīng)過多年的研究試驗(yàn)，決定采用標(biāo)稱電壓值為240V直流電源來直接為數(shù)據(jù)設(shè)備供電，大大的提高了這些設(shè)備的所用電源的供電可靠性，后來又有了288V及336V的標(biāo)稱直流電壓。下圖1-3為高壓直流供電系統(tǒng)與交流UPS供電系統(tǒng)的組成示意圖比較；下表1-3中給出了高壓直流供電系統(tǒng)與交流UPS供電系統(tǒng)的特性比較。

圖1-3：高壓直流供電系統(tǒng)與交流UPS供電系統(tǒng)的組成示意圖

表1-3：高壓直流供電系統(tǒng)與交流UPS供電系統(tǒng)的特性比較

因此說，高壓直流供電系統(tǒng)是一種集中了交流UPS供電系統(tǒng)和低壓直流（-48V）供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為一體的新型供電系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)通信設(shè)備的供電電源系統(tǒng)提供了一種新的嘗試。高壓直流供電系統(tǒng)，相對(duì)于交流UPS系統(tǒng)，整體系統(tǒng)效率、供電可靠性相對(duì)較高；建設(shè)投資、維護(hù)成本相對(duì)較少。

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4、我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化

在我國(guó)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA），為高壓直流供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了大量的研究工作，早在2009年就發(fā)布了研究技術(shù)報(bào)告YDB 037-2009《通信用240V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》；經(jīng)使用后在2011年底就發(fā)布了YD/T 2378-2011《通信用240V直流供電系統(tǒng)》正式的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；后在2016年初又發(fā)布了YD/T 3089-2016《通信用336V直流供電系統(tǒng)》。目前已陸續(xù)發(fā)布了一系列的高壓直流供電系統(tǒng)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，另外，其工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)有GB 51215《通信高壓直流電源設(shè)備工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 51194《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》等。為高壓直流供電系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐。

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二、高壓直流供電系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓等級(jí)

根據(jù)ITU-T建議L.1200的規(guī)定，數(shù)據(jù)通信設(shè)備電源輸入處的直流電壓可達(dá)400V左右，并且將直流電壓范圍分為目標(biāo)電壓范圍（260~400V）和過渡電壓范圍（192~288V）。目前我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選用的標(biāo)稱電壓等級(jí)有240V、288V和336V，且已發(fā)布了240V和336V兩個(gè)等級(jí)的高壓直流供電系統(tǒng)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。顯然，240V系統(tǒng)是一個(gè)過渡的電壓等級(jí)。

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三、高壓直流供電系統(tǒng)的設(shè)備組成

由圖1-3可以看出，高壓直流供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的低壓直流供電系統(tǒng)中設(shè)備的組成是基本相同的，包括交流配電部分、整流器、直流配電部分和蓄電池等；但由于為直流高壓的特點(diǎn)，除監(jiān)控單元外，又增加了絕緣監(jiān)察單元。高壓直流供電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可用下圖3-0所示意。

圖3-0：高壓直流供電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖

1、整流器

高壓直流供電系統(tǒng)的整流器仍然采用高頻開關(guān)整流器，高頻開關(guān)整流器仍是由多個(gè)額定容量的整流模塊所構(gòu)成，包括監(jiān)控單元。240V直流輸出的整流器是對(duì)三相380V/單相220V輸入交流變換為直流；336V直流輸出的整流器是對(duì)三相380V輸入交流變換為直流。但特別需要指出的是，高壓直流整流器的輸出直流電壓是一種懸浮工作方式，即沒有了工作地，高壓直流輸出電壓的正、負(fù)極都不接地，系統(tǒng)只設(shè)置保護(hù)接地。這一點(diǎn)與-48V低壓直流供電系統(tǒng)是不相同的。

2、直流配電屏

高壓直流配電屏與低壓直流配電屏的作用是相同的，對(duì)整流器輸出的直流電壓進(jìn)行集中分配和管理，為用電數(shù)據(jù)設(shè)備分配電源。特別需要指出的是，由于系統(tǒng)的懸浮工作方式，直流配電屏全程采用雙極過流保護(hù)器件，過流保護(hù)器件應(yīng)采用熔斷器或直流斷路器。另外，依據(jù)YD/T 2555-2013《通信用240V直流供電系統(tǒng)配電設(shè)備》的要求，240V高壓直流配電系統(tǒng)包括4級(jí)：總配電屏、機(jī)房配電屏、直流列柜和數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)架內(nèi)的直流配電單元。我們知道，數(shù)據(jù)設(shè)備與傳統(tǒng)的通信設(shè)備不大相同，往往會(huì)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi)（19英寸機(jī)架）安裝多臺(tái)同類或不同類的數(shù)據(jù)設(shè)備，此時(shí)，用直流配電單元，為該機(jī)架內(nèi)的各數(shù)據(jù)設(shè)備分配電源。

另外，在直流配電方式中，分為高阻配電方式和低阻配電方式。通常情況下是選用高阻配電方式的

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3、蓄電池組

這里的蓄電池組的作用和接入位置是與低壓直流配電系統(tǒng)是完全相同的。用不同電壓值（2V、6V或12V）的單體電池串聯(lián)后的電池組的額定電壓值與整流器的額定電壓輸出值應(yīng)相同，通常也是設(shè)置2組，最多不超過4組，整流器應(yīng)能對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充、均充。

4、絕緣監(jiān)察裝置

所謂絕緣監(jiān)察是指對(duì)直流輸出與地的絕緣性能進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否發(fā)生接地故障或絕緣性能降低，當(dāng)發(fā)生故障或絕緣性能劣化時(shí)發(fā)出告警。絕緣監(jiān)察裝置應(yīng)能測(cè)量出直流系統(tǒng)單極或兩極絕緣下降和絕緣電阻數(shù)值，當(dāng)?shù)陀谡ㄖ禃r(shí)應(yīng)能發(fā)出告警信號(hào)。絕緣監(jiān)察裝置具有的具體功能詳見下表3-4。之所以采用絕緣監(jiān)察裝置，是因?yàn)楦邏褐绷鞴╇娤到y(tǒng)的高壓懸浮工作模式。

表3-4：絕緣監(jiān)察裝置具有的具體功能

5、監(jiān)控單元

監(jiān)控單元的作用是與低壓直流配電系統(tǒng)是完全相同的，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)組成各部分的遙測(cè)、遙信和遙控功能。當(dāng)然對(duì)于高壓直流供電系統(tǒng)增加了對(duì)絕緣監(jiān)察單元的監(jiān)控。

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四、高壓直流供電系統(tǒng)的分類

高壓直流供電系統(tǒng)從組成結(jié)構(gòu)形式上可分為一體化組合式電源系統(tǒng)和分立式電源系統(tǒng)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于兩種系統(tǒng)的選用要求詳見下表4-0中。

表4-0：相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于兩種系統(tǒng)的選用要求

1、一體化組合式電源系統(tǒng)

一體化組合式電源系統(tǒng)是將交流屏、整流器、配電屏、監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察裝置等設(shè)備或部件裝置都安裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)，蓄電池組可單獨(dú)安裝，如下圖4-1所示，其小容量系統(tǒng)可采用。

圖4-1：一體化組合式高壓直流電源系統(tǒng)

2、分立式電源系統(tǒng)

分立式電源系統(tǒng)，顧名思義，是將交流屏、整流器、配電屏及電池組分別成架安裝。通常大容量系統(tǒng)采用此結(jié)構(gòu)。

五、高壓直流供電系統(tǒng)的供電方式與配電結(jié)構(gòu)

1、供電方式

高壓直流供電系統(tǒng)的供電方式與低壓直流配電系統(tǒng)是完全相同的，也有集中式供電方式和分散式供電方式之分。但由于數(shù)據(jù)設(shè)備的使用特點(diǎn)與高壓直流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，高壓直流供電系統(tǒng)的供電方式多采用分散式供電方式。

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2、配電結(jié)構(gòu)

高壓直流供電系統(tǒng)的配電可采用二級(jí)配電結(jié)構(gòu)或三級(jí)配電結(jié)構(gòu)。二級(jí)配電結(jié)構(gòu)一般采用“直流系統(tǒng)總輸出屏 + 電源列柜”為設(shè)備機(jī)架供電。若系統(tǒng)容量較大或供電區(qū)域較大、設(shè)備較多，也可以采用“直流系統(tǒng)總輸出屏 + 機(jī)房直流分配屏 + 電源列柜”的三級(jí)配電結(jié)構(gòu)為設(shè)備機(jī)架供電。

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六、高壓直流供電系統(tǒng)中的通信設(shè)備電源輸入接口

高壓直流供電系統(tǒng)中的通信設(shè)備（即我們稱之為的數(shù)據(jù)通信設(shè)備）電源輸入接口，稱為“P接口”。對(duì)P接口的定義，主要是要確定高壓直流供電系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備電源輸入端的電氣連接要求。

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