秦棣祥 (武漢洲際通信電源集團公司 430035 武漢)
摘 要 從相控整流器的更新改造，名詞、術語的規范化，整流器的輸入電流諧波和閥控密封蓄電池的管理四個方面，闡述了目前我國通信電源領域中存在的問題，并作了探討。
關鍵詞 更新術語規范化電源諧波蓄電池的管理
作為通信設備的電源供給，有交流不間斷供電(AC、UPS)和直流不間斷供電(DC、UPS)之分。交流不間斷供電系統常約定俗成的簡稱不間斷電源(UPS)，而直流不間斷供電系統則常簡稱直流供電。但二種系統通常均由變電站提供的市電或由自備的油機—發電機組提供能源保證，而由蓄電池作為電源不間斷的基本保證。下面就二個系統中的有關問題作一些探討。
1 相控整流器的更新改造問題
相控整流器、可控諧振整流器和高頻開關整流器是通信整流器發展中的三個里程碑。可控諧振整流器在我國除引進美國交換設備時附帶引進少量電源外，基本上跳過了這類整流器的生產階段。但我國相控整流器的生產年限較早，從1969年即已開始。相控整流器由于重量體積大，消耗銅鐵材料資源多，且其功率因數低需用電容柜對無功功率進行補償。此外還沒有浮充電壓的溫度補償功能，不能很好適應閥控密封電池的溫度補償要求。故由高頻開關整流器取代相控整流器是技術發展的必然。但功率等級較大、性能較完善、與程控交換機等先進設備配套的相控整流器則從1987年開始，直到1993年左右才逐步由高頻開關整流器所取代。實際上，1993年后的新建通信局站由于高頻開關整流器已日臻成熟而直接采用，一步到位。此外，有些局站在進行縱橫制改造為電子程控交換機時，由于電力室位置有限，也有將原相控整流器更換為開關整流器的情況。最近，有些作者撰文［1］，從經濟效益的角度論述了當前通信系統中原相控整流器改造的必然性，似值得商榷。首先文獻［1］中認為通信用相控整流器的效率為0.7是不符合實際的，實際應為0.9左右。與高頻開關整流器相比，僅低2%左右。其次，輸入有功功率也即耗電量主要與整流器效率與輸出功率的乘積有關，而與功率因數無關(無功電流會在輸入線路上產生少量損耗)。因此，所謂對于1000 A的電源系統計算所得的每年可節省電費14.17萬元的結論也是不符合實際的。換言之，要在一、二年內收回開關電源的成本是不可能的。當然，對于已安裝使用的相控整流器在已使用到一定年限或在配合采用閥控密封電池和采用監控系統以達到無人值守等特殊要求下，可考慮提前更新。目前我國已安裝使用的相控整流器有萬余臺，而我國畢竟在經濟上還不十分富有，故對相控整流器的更新應有一個客觀全面的認識為宜。順便說一句，美國的可控諧振整流器也仍有在使用。此外，在大功率通信用UPS中，由于高壓相控整流器的效率可高達98%，故目前也仍有采用的。
2 名詞、術語的規范化問題
在典型的產品標準中通常都有名詞術語這一節，明確闡明某些名詞術語的定義,以免發生歧義。這在國外和國際一些標準中是比較重視的，但我國通信標準中有時相對采用較少。在當前熱衷談到國際接軌之際，對國際標準也常采用等同處理。那么對于一些在通信電源領域中出現的名詞術語，也有必要與國際稱謂相一致。例如在《通信局(站)電源系統總技術要求》(YD/T1051-2000)中出現了很多名詞如交流供電、交流電源系統、交流供電系統、直流供電、基礎電源、機架電源，還有集中供電、分散供電、一體化供電方式等，但似尚缺科學的縝密定義。
我們知道，根據通信設備對不間斷供電的要求，通信電源系統可概分為交流不間斷電源系統和直流不間斷電源系統。同時各個電源系統又可劃分為三級，如圖1所示。
第一級是提供能源保證的，即通常由交流市電和油機發電機組提供的能源。第二級是保證供電不間斷功能的，在直流不間斷電源系統中是由整流器和蓄電池等設備組成來保證的。而交流不間斷電源系統則由整流器、蓄電池、并聯運行逆變器/旁路等設備組成。第三級電源是指通信設備內部的DC/DC，DC/AC，或AC/DC等變換設備而言，滿足通信設備工作的特殊需要。《總技術要求》中對直流供電系統的第一級稱作基礎電源，而將交流不間斷電源系統的第二級稱為UPS，將第三級電源稱為機架電源。這樣的稱謂，概念上比較混亂，不如直接采用上述國際上通用的稱謂及概念，比較更為科學和明確。這對于貫徹執行一些國際標準(這些標準中引用了這些名詞)或在國際上進行論文交流時更容易有共同語言。此外，對于集中供電和分散供電已經議論了很久，但卻沒有明確定義。仍以《總技術要求》為例，其分散供電的圖例，就是局限于直流不間斷電源系統的第二級供電，殊不知第三級電源也有分散、集中之分。而一體化供電方式不知與國際上的嵌入式電源(Embeded Power Supply)是否相一致，哪一種說法內涵更廣、更明確也值得推敲。
類似的情況，例如蓄電池的保有容量(Retain Capacity)也有幾種說法。一是電池自放電造成容量丟失后的余留容量。也有認為電池在高放電率放電后再作低放電率放電還能放出的容量。此外，保有容量和剩余容量(Residual/Remaining Capacity)二者是否相同或不同都不夠明確。這些情況恐怕都緣于標準中缺乏名詞、術語的明確定義的結果。由于查閱的資料不多，理解不深，謬誤難免，歡迎指正。
3 整流器的輸入電流諧波問題
隨著EMC問題的日益被重視，整流器的諧波電流的諧波限值也已提到議事日程上來。諧波電流的限值有二方面標準的限制。一方面來自電力系統的限制，例如標準GB/T 14549《電能質量——公用網諧波》，它對一定短路阻抗的電網有一定的諧波電流注入的限值要求。但由于很多用戶都共同連接在一個電網上，又有一個電流或容量分配問題。再則，諧波電流的限值最終還得由電網諧波電壓是否超值來決定。另一方面是產品標準對諧波電流的限制要求。這方面標準如過去的IEC555-2《家用電器及其它類似電器的諧波電流限值》。此標準已在1993年廢止并明確由IEC1000-3-2《接入交流低壓電網設備的電流限值》代替。但其諧波電流限值基本未變，具體要求見表1。
IEC1000-3-2標準適用于輸入電流小于16 A(含16 A)的產品。此標準的二個主要特點是：
(1)以各次諧波電流的最大允許值來對設備進行限制；
(2)當多臺設備(例如多個模塊)裝于一個列架中，仍視為多臺設備分別接入電網考慮。
1995年 IEC 又頒發 IEC1000-3-4。這是對輸入電流大于16 A設備的諧波限值。但此標準對諧波限值分了幾種情況和等級。此標準與 IEC1000-3-2的主要差別在：
(1)諧波電流限值以諧波系數(In/I1)%來表示；
(2)限值分幾個等級，第一級限值可以不受限制地接入公共電網；
(3)對于列架的多臺裝置，其總輸入電流也應符合限值要求。
第一級限值見表2。
現在的問題是如何正確理解和執行標準的限值。下面提出一種目前應用比較廣泛的真實三相無源校正的高頻開關整流器為例作如下闡述。
設現有同為三相無源校正電路而輸出不同的48 V/50 A 模塊；48 V/100 A 模塊和由48 V/50 A 模塊組成的500 A 列架電源三種產品。經實測和計算或推算可知：
48 V/50 A 整流模塊的輸入電流IR=4.7 A，基波電流I1=4.5 A，3次諧波電流I3=0.175 A，5次諧波電流I5=1.03 A，7次諧波電流I7=0.53 A，11次諧波電流I11=0.33 A，…。而相應的3次諧波系數K3=3.9%，5次諧波系數K5=22.8%，7次諧波系數K7=11.7%，11次諧波系數K11=7.5%…
48 V/100 A 整流模塊的IR=9.4 A，I1=9 A，I3=0.35 A，I5=2.06 A，I7=1.06 A，I11=0.66 A。各次諧波系數均與48 V/50 A相同。
48 V/500 A 列架電源其IR=47 A，I1=45 A，I3=1.75 A，I5=10.3 A，I7=5.3 A，I11=3.3 A。其各次諧波系數仍與48 V/50 A相同。
將上述三種情況與相關標準對照考核，其結果為：
(1)48 V/50 A 和48 V/100 A 整流模塊其輸入電流IR均小于16 A，故用IEC1000-3-2標準考核。48 V/50 A各次諧波電流均符合要求，而48 V/100 A已超出限值要求；
(2)48 V/500 A 列架電源由于總輸入電流為47 A，故以 IEC1000-3-4標準考核，其5次，7次，11次諧波系數均已超出標準。
由上可知，三種電路拓撲相同，功率不同的產品，其結果迥異。48 V/50 A 和48 V/100 A 雖同用 IEC1000-3-2考核 ，但48 V/100 A 因功率較大而不符合標準。48 V/50 A 雖然通過了IEC1000-3-2標準，但用48 V/50 A 模塊組成的500A列架電源卻不能通過 IEC1000-3-4標準。
因此，對于通常采用并聯運行的通信用整流器而言，不論模塊或列架電源，均宜采用 IEC1000-3-4一個標準考核 ，以避免產生上述那些不必要的矛盾。再則 IEC1000-3-2由于是由IEC555-2家用電器標準而來，家用電器一般是獨立使用的，且電流一般小于16 A，因此采用IEC1000-3-2的方法及限值來考核也是合理的。不過，它不適合通信整流器實際使用情況而已。故將此問題的看法提出，供商討。
順便還提一點，對于無源校正的真實三相高頻開關整流器，目前已用得較多，如朗訊的48 V/200 A 模塊，洲際、中達、中興的48 V/100 A 模塊均屬這種類型。當執行諧波電流標準后，是否也必須更新呢?還是在頒布新標準時說明已使用的設備不在此列，或者執行放寬標準為妥。
4 關于閥控密封電池的管理問題
近年來，閥控密封電池(VRLA)在通信領域被大量采用，但在使用過程中又發現了一些問題，主要是壽命較短和猝不及防地出現容量不足造成通信中斷。因此，有些使用者又有回復采用富液式防爆密閉電池的想法。幸好，另一方面關于VRLA電池的充放電和檢測方法，即VRLA的管理問題也取得了不少進展。所以，VRLA的采用應該是肯定的。首先，通信用蓄電池組為48 V，而單體電池為2 V，因此電池的串聯運行是不可避免的。同時，系統要求的容量大于單體電池容量時，則電池的并聯運行也是必然的。對于電池的并聯運行，富液式電池在過去已經過試驗驗證是可行的。對于VRLA電池也有試驗表明，不同容量不同狀態的電池并聯運行也是可行的，因充/放電時其電流和容量具有自動平衡作用。對于串聯運行的電池組也可通過加裝均壓裝置來獲得電壓的均衡。在這個基礎上，選擇合適的浮充電壓和溫度補償并輔以在線放電及多種充電程序，對防止電池出現最擔心的突發性故障是有防范作用的。
下面介紹一下洲際集團智能電源設備電池管理的情況及特點。電池是一種漸變產品，因此使整組電池能處于平衡正常狀態是電池保養，也是防止突發故障的前提。但監測也是必不可少的。對于人們最關心的容量檢測，莫過于進行放電曲線的測試。離線測試不是一種好辦法，而在線測試(即不脫離負載線利用負載進行放電)是比較方便和安全的。進而言之，恒流在線放電將更是我們所希望的，也更符合電池特性檢測的需要。洲際集團的智能電源設備可以在5000 A以內任意設定放電電流(當然，不能大于90%負載電流)，并繪出電池組及各電池的放電曲線。同時在放電后，還可以采用多級恒流限壓或恒壓限流充電，以便使電池快速恢復。如果再增加在線內阻測試，將使VRLA的管理更臻完善。
參考文獻1 胡先紅.再談相控電源改造方案.電源技術應用，2000，(11)
