壁挂式开关电源在小型通信机房的应用场景研究

刘 毅

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1.1 机房空间狭小和条件差

按照相关标准要求，通信机房的选择需要考虑诸多因素，如温度、湿度、洁净度、噪声、电磁干扰以及防雷接地等。一般站址不应选择在易燃、易爆的仓库和材料堆积场或者在生产过程中容易发生火灾和爆炸危险的工厂、企业附近，不宜选择在军事、机场等重要设施的周围。目前，通信运营商在通信机房的选择上受到诸多限制，如周边用户投诉扰民、地理位置、周边环境、外市电条件等。而在用户较为集中的城区，很多小型通信机房存在空间狭小、通风不畅、进入困难等问题。而机房存在的上述诸多问题，极大地限制了机房内各种通信设备的选型范围。由于机房为小型通信机房，受限于机房装修、通信设备到货、系统建设及联调等问题，小型通信机房的部署周期一般较长。

1.2 机房内后备供电能力不足，日常维护不方便

通信设备在使用过程，如果出现供电电源供电不足的现象，则会导致通信设备处于停止运行状态，严重时会引发通信故障。为保证通信设备的正常运行，且保障其良好的通信效果，为周边用户带来便捷的服务，需要确保通信电源的可靠性和抗干扰能力，运行功率消耗量相对比较低[1]。在小型通信机房内，由于受到机房本身条件的限制，部分机房在使用交转直供电设备进行供电。而许多在居民区内的通信机房，依靠供电公司的转供电提供输入电源，占用居民区的供电容量，本身就存在一定的断电风险。再加上机房内无蓄电池、油机等后备电源，一旦发生断电情况，将造成周边业务停断，将极大地影响用户在网体验。对于机房的日常维护人员来说，增大了工作强度与难度，不利于机房的日常维护工作。

1.3 机房内承重条件差

对机房设备进行增容改造时，在考虑设备性能、耗电量、布线方式以及成本的前提下，往往忽略了设备重量因素。一般情况下，小型通信机房多由民用建筑改造而成，有的建筑本身建造年代比较久远，承重条件较差，地面可使用面积小。在机房扩容设备时应根据设计图纸所提供的电子设备的重量，底面积的大小，计算并确定建筑物地板的均布活荷载标准值。通过计算通信设备的重量，布置方式和建筑内各种梁板布局，确定机房建筑物地板的等效均匀分布活荷载值。通常，小型通信机房在设备扩增问题上，需要考虑采用对地负荷小、占地面积小的机柜和设备方案，从而保证机房内楼板承重的可靠性和后期扩增的可连续性。

1.4 机房内防雷接地条件差

目前，部分通信设备存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差等致命弱点。一旦遭受雷击等过压的冲击，轻则造成通信系统的运行中断、设备的永久性损坏，重则系统所承载的实时运行的数据设备发生瘫痪，造成不可估量的直接与间接的巨大经济损失和影响[2]。由于小型通信机房有的是年代久远的民用建筑改造而成，很多机房本身无防雷接地母线可用。改造机房时需新建接地网，改造成本加大。部分机房由于建筑本身年久失修造成墙体返潮，环境湿度大，对于开关电源产品的防雷接地系统的质量要求就更为严格。

2.1 占用面积

组合式开关电源占用面积无论是在平面上还是空间上比壁挂式开关电源要大。以某厂家产品为例，组合式开关电源产品尺寸为600 mm×400 mm×2 000 mm。壁挂式开关电源产品尺寸为545 mm×250 mm×550 mm，且不占用地面空间。在小型通信机房场景下，无论是从后期设备维护角度，还是从设备占用面积和散热情况等角度，壁挂式开关电源的优势都较为明显。

2.2 供电能力

壁挂式开关电源具有体积小、结构简单、独立构成系统等特点。一般具有重要负载开关及非重要负载开关，可以保障通信机房的某些重要业务在一定时间内不发生中断情况，且有些产品具有搭载蓄电池的能力，提高通信机房的供电保障能力[3]。而传统的交转直供电设备，无一次、二次下电能力，且无法搭载蓄电池，无抗风险能力。一般的壁挂式开关电源，整流模块采用有源功率因数补偿技术，且整流模块采用无损伤热插拔技术，即插即用，更换时间小于1 min，提高了其供电保障能力。其电源系统一般具有完善的电池管理。有电池保护功能和负载下电功能，能实现温度补偿、自动调压、无级限流、电池容量计算以及在线电池测试等功能[4]。

2.3 承重问题

在小型通信机房内，大部分的传统组合式开关电源和交转直供电设备存在给楼层建筑承重增加负荷的问题。而壁挂式开关电源不需要占用地面空间，减少了楼层承重负荷，给后续机房业务提供了发展空间。但在安装之前，需核实墙体承重是否符合相关标准要求，墙体也应做好防水处理。

2.4 容量问题

一般情况下，组合式开关电源的容量要比壁挂式开关电源要大。以某厂家产品为例，组合式开关电源分为600 A、900 A 这2 种型号规格，而壁挂式开关电源分为100 A、150 A、200 A 这3 种规格，其规格划分区间更为贴近小型通信机房的应用场景。

2.5 防雷接地问题

目前，壁挂式开关电源产品大多具有完善的接地设计，交流、直流系统防雷以及浪涌保护措施。对于在部分特殊环境下的机房条件（如环境湿度偏大），在做好墙体防水处理的前提下，能够起到保护供电系统的作用。

某通信运营商小型通信机房平面布置如图1所示。

机房外市电为220 V 三相供电，交流配电箱负荷开关为交流30 A。现有机房直流电负载为10 A，机房内现有设备为1 台光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）设备，综合机柜内使用1 台交转直设备为OLT 供电。该机房场景目前拟需要进行电源配套改造，场景分析如下。

（1）梳理机房内各类负荷需求。总负载电流为

式中：Ia为总负载电流；
Ib为设备总电流；
Ic为电池平均充电电流。结合配置原理，得出容量。

（2）整流模块算法。模块数n的计算方法为

整流模块的数量应根据当前负荷考虑，电流负载应根据实际负载电流确定（不考虑电池充电电流）。数量按照n+1 配置：当n≤8 时，备用1 个；
当n≥9时，备用2 个。

（3）蓄电池组算法。依据蓄电池组公式，总容量为

式中：Q为蓄电池组总容量，Ah；
K为安全系数，取1.25；
I为负荷电流，本次取50 A（现有负载10 A+后续发展预估40 A）；
T为放电小时数，本次取4 h；
η为放电容量系数，取0.79；
t为实际电池所在地最低环境温度数值，本次取15 ℃；
α为电池温度系数，本次取0.008。将以上数值带入计算，得出Q≥344 Ah。因此本次选用2 组200 Ah 蓄电池组可满足本次拟改造要求。

（4）通信设备电流需求。通信设备电流需求为直流（10 A）加后续发展（40 A），共50 A。空调电流需求为交流9 A。照明、监控等电流需求为交流7 A。蓄电池充电为直流40 A。直流负荷需求合计90 A，交流负荷需求合计16 A。

（5）根据直流负荷需求以及机房条件限制（空间狭小、地面面积不足），拟配套改造方案如下。选择壁挂式开关电源150 A 或200 A 规格作为开关电源，2 组200 Ah 规格蓄电池组作为后备电源。对于交流配电箱容量应做适量扩容处理，对应外市电上口电容量也需进行扩容。新增动环监控系统以完善机房动力环境配置。

4.1 需要注意的问题

在通信机房电源建设的设计阶段，应先对电源系统的可靠性进行勘察并确认。如果设计中没有合理的电源备份情况，一旦发生断电情况，就会发生长时间的业务中断情况。勘察时，需要记录配置开关电源的一些基础数据。如本期通信设备的耗电量与端子需求，并适当考虑后期扩容的需求。根据机房的使用面积和供电系统确定终期需求。当进行系统扩容设计时，应详细记录现有开关电源的品牌、型号、尺寸、容量、端子占用情况、用电负荷情况以及电缆线径等数据。针对机房内现有直流配电屏与蓄电池的现状也应一并勘察并记录相关数据情况，以便调整扩容方案。对于机房内现有地线排的位置与端子占用情况也需要了解并记录。注意勘察设计时不应完全套用之前的机房平面数据材料，应在勘察阶段对平面数据进行校核，对现有机房设备进行定位测量并记录。对于机房楼板承重，需仔细核查并确认现有承重情况，计算扩容后楼板负荷情况，如不满足楼板承重要求，应提出并要求相关责任方对楼板进行承重加固措施后方可进行建设环节。

4.2 优化建议

依据之前的场景分析，针对于小型通信机房的电源系统建设，提出以下优化建议。

（1）建议将小型通信机房100%纳入动环监控系统，进而加强机房自管理能力，能够及时发现机房内的风险因素，提高机房运营效率和水平，推动监控系统的建设，实现有人值守向无人值守的转变。

（2）差异化选择产品。对于小型通信机房，可选择的开关电源有组合式开关电源（电流为600 A 和900 A）、柜内嵌入式电源（电流为50 ～200 A）、壁挂式开关电源（电流为100 ～200 A）。对于机房条件较为良好且预估后期周边用户业务发展趋势较好的，建议使用组合式开关电源。对于机房地面空间较为狭小的，建议使用壁挂式开关电源。对于室外综合柜的场景，建议使用柜内嵌入式电源。

（3）供配电系统应尽量靠近机房设备负荷，合理选择电缆走向，降低线损。配置系统时应考虑技术的先进性和设备的可维护性，尽可能选择可维护性高、智能化高、质量可靠、使用效率高以及寿命长的节能型产品[5]。

（4）考虑经济性及合理性，提高交流主用电源的利用率及可靠性，延长备用电源的使用年限并缩短备用电源的容量。根据供电负载的重要程度采用不同的供电方案，区别对待重要负载和非重要负载[6]。

（5）考虑供电系统的适应性和扩展性[7]。直流电源供电方式应能符合交换机等通信设备对高阻或低阻供电要求，交流电源应能符合网管、计费、监控等系统的要求。同时，电源系统在配置时应便于扩展，以满足通信设备扩容的需要[8]。

（6）开关电源的设置需与机房内负荷现场一致，不应使用设备的默认出厂配置。在选择壁挂式开关电源的安装位置时，可选择在水泥面或其他不燃烧面，并和其他易燃物保持足够的安全距离。应注意避免在潮湿或返潮比较严重的墙体上进行安装[9]。核实安装墙体是否为实墙，其墙体承重需符产品合安装要求。在确定安装位置时，也应考虑后期维护空间要求。

（7）注重节能减排技术的应用。目前我国通信行业年耗电量增长迅猛，通信行业的节能减排工作将大有可为。在通信电源设备层面，可采用谐波整治、开关电源模块休眠技术等新技术，提升机房的节能减排效果[10]。

（8）在机房前期建设中，做好机房接地系统的勘测和设计，以保证机房的接地电阻值符合相关标准要求。由于小型通信机房的使用面积有限，在前期规划设计中，应因地制宜地结合机房现有条件，合理地规划机房设备布局。

作为通信机房内供电系统中的重要角色，开关电源的选择是通信机房建设中极为重要的一个环节。壁挂式开关电源作为近年来使用率较高的电源设备产品，其应用场景较为广泛。文章分析小型通信机房的开关电源选择以及壁挂式开关电源产品优势，对于小型通信机房内电源系统的建设方式提供了一种新的思路。

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