关于铁路通信电源系统配置选型的研究

2012 年 3 月 第 48 卷 第 3 期
铁 道 通 信 信 号 RAILWAY SIGNALLING ＆ COMMUNICATION
March 2012 Vol. 48 No. 3
关 于 铁 路通信电 源 系统 配置选 型 的 研究
刘海建
摘
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要: 从铁路通信电源系统对铁路通信的重要性出发，介绍铁路通信电源系统构成及特点，深 入研究直流电源设备和交流电源设备的配置，总结通信电源线缆的选型方法。 关键词: 铁路通信; 通信电源; UPS ; 高频开关电源 Abstract: Considering the importance of the communication power supply system in the railway system， the paper introduces the structure and characteristic of the system． Furthermore，the parameter configuration of DC power equipment and AC power equipment in the system is studied in depth． Finally，the selection method of the power cable is summarized． Key words: Railway communication ; Communication power supply ; Uninterruptible power supply， Highfrequency switching power supply 为保证铁路通信系统正常工作，一个安全、高 效、可靠的通信电源系统是必不可少的。一旦通信 电源发生故障，将对通信系统产生较大影响，甚至 会造成通信中 断， 更 严 重 的 将 导 致 铁路 行车 事 故， 威胁人身安全。因此，铁路通信系统的外供电源必 须十分可靠、安全。在外供电源停电时，应使用备 用蓄电池为通信系统暂时供电。 铁路通信电源系统是独立的供电系统，由交流 供电系统和直流供电系统构成。其中，交流供电系 统由电源输 入 输 出 线 缆、 不间 断电源 UPS 及 其 后 备电池组等构成; 直流供电系统由电源输入输出线 缆、高频开关电源及其后备蓄电池组等构成。 为使铁路通信系统 正常 工 作， 在 铁路 设计 中，
表1 节点类型 通信站( 小) 通信 站( 大 ) ( 含 数 据 G 网核心网 核心 层、 及交换) 中间站 中间站( 含骨干层) 区间基站 区间其他节点 传输 1200 接入 1000
I ) +1 ( 5) IM I M 为模块额定电流，CEIL ( ) 表示向上 其 中， 取整。 例 如 某 个 车 站 直 流 通 信 设 备 功 率 为 3. 3kW， 并且市电 情况 较 好， 要 求 备 用 电 池 组 供 电 时间为 1h，利用公式 ( 1 ) ～ ( 5 ) 可以得: 通信设备工作电流 I L : 3300 /48 = 69 A 备用 电 池 组 容 量 C : 69 × 1 × 1. 25 /0. 55 = 157 Ah 根据实际电池规 格， 可 选 2 组 100Ah 蓄 电 池， 共 200 Ah，电池均充电系数取 0. 1 ，则电池均充 电 电流为: 200 × 0. 1 = 20A 电源需输出的最大电流为: 69 + 20 = 89A 根据整 流 模块 的 规 格， 可 选 额 定 电 流 为 30A 的整流 模 块， 该 种 型 号 的 整 流 模 块 数 目 为 ( 89 / 30 ) + 1 = 3. 9 ，取整后为 4 。 所以，最终应该为该车站的通信系统配置为由 4 个额定电流为 30A 的整流模块构成 的 总 输 出 电流 为 120A 的直流电源系统，并选 2 组容量 100 Ah 的 蓄电池构成后备电池组。对于一般情况，铁路通信 直流电源设备容量配置分析见表 1 和表 2 。 整流模块数目 N' : N' = CEIL(
到期用户，提前进行续费催缴，抓好到期用户当月 续费，降 低 过 期 续费 用 户， 保 证 宽 带 用 户 到期 续 费率。 2． 自动催缴 提 醒， 减少 甚 至 杜 绝 由 于 账 号到 期或欠费造成的投诉，提高工作效率。 3． 极大地节省服务人员人工催款成本。 4． 不需在客 户 端 安 装 任 何 额 外 软件， 不影响 用户使用，以最小的代价完成自动催缴提醒服务。 5． 直观而准确 的 账 户 推 送 信 息， 进 一 步 向 个 性化、贴身化服务完善，通过人性化的自动提醒方 式保持用户粘滞度，减少客户的流失。 宽带催缴服务是缴费服务的重要延伸，实现宽
W 同步 时钟 200 动环 监控 总功耗 8400 后备 时间 /h 1
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— —负荷 铁路通信直流电源分析— 交换 GSM-R 2700 调度 300 数据网 3000
1200 400 1100 150 150
1000 400 400
1000
13500 900 900 900
300 300 302 年第 48 卷第 3 期
4． 扩容考虑，如果通信站或车站近期负荷 小、 终期负荷大，为了减小近期投资额，可以按照近期 负荷容量进行设计。 与直流电源容量相关的因素主要有负载设备的 总功率、电池均充电流和未来扩容情况等。根据负 载设备的总功率 W L 和负 载 设 备 工 作 电 压 V L ( 一 般 通信设备的直 流 基 础 工 作 电 压 为 48V ) ， 利 用公式 ( 1 ) 可以求得设备负载工作电流 I L WL IL = ( 1) VL 根据规范，客运专线设计中通信站及车站的直 流电源后 备 电 池 组 为 2 组， 备 用 时间为 1h; 区 间 点的直流电源后备电池 组 为 2 组， 备 用 时间为 3h。 后备电池组的容量 C ( Ah) 为 IL C = × 1. 25 ( 2) K［ 1 + μ( t － 25) ］ I L 为设备负载工作电流 ( A) ， V L 为负载 其 中， ( V ) ， T ( 设备工作电压 为 设计 备 用 时间 h ) ，μ 为 K 为蓄电 池 温度系数 ( 一般取值为 0. 006 ～ 0. 01 ) ， K = 0. 55 ～ 放电效率。当放电时间为 T = 1 ～ 2h， 0. 6 ; T = 3 ～ 5h， K = 0. 75 ～ 0. 8 ; T = 5 ～ 10h， K = 0. 85 ～ 1 ; T ＞ 10h， K = 1。 已知蓄电 池 组 容 量 C 和 充 电 系数 α， 可得电池 均充电电流 I C IC = α × C ( 3) 电源输出总电流 I 为设备负载工作电流 I L 与电 池均充电电流 I C 之和。 I = IL + IC ( 4) 由于电源输 出 总 电流 是 由 N 个 整 流 模块 并 联 输出得到，整流器采用 N + 1 备份保护设计，可得
* 铁道第三勘察设计院集团有限公司 助理工程师，300251 天津 1209 收稿日期: 2011-
应确保铁路通信电源系统的先进性、可靠性和可扩 展性，必须科学配置通信电源系统的设备容量和合 理选择通信电源系统的输入输出线缆。
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直流电源设备容量配置分析
通信直流电源设备主要由高频开关电源及其后 备电池组构成，配置通信直流电源设备，也就是对 高频开关电源及其后备电池组进行配置。高频开关 电源及其后备电池组容量配置方法依据以下几点。 1． 蓄电池组一般配置 1 或 2 组。 2． 整流器备份一般采用 N + 1 备份方式。 3． 充电系数 α ， 一 般 选 择 0. 1 ～ 0. 15 ; 如 果 停电频度较高且持续时间较长，电池的充电系数可 以选择 0. 15 ～ 0. 2 ; 对 于 电 网 较 好 的 通 信 站 或 车 站，可以选择 0. 1 。 带自动催缴和多种缴费方式并存，可以为广大用户 提供更优质贴心的服务，更可以有效提高网络管理 效率，对各运营商具有现实意义。
T = 3 ～ 5h， K = 0. 8 ; 当备电时间T = 5 ～ 10 h， K = 0. 85 ; 当备电时间 T ＞ 10h， K = 1。 例如 通 信 站 交 流 设 备 的 交 流 总 功 耗 为 14. 6kW，负载输 出功 率 因 数 为 0. 8 时， 不间 断电 源 UPS 的 输 出 视 在 功 率 W0 为 14600 /0. 8 = 18250VA，UPS 的额定视 在功 率 W 为 18250 /0. 8 = 22813 VA，根 据 产 品 的 型 号 类 型， 可以 选 择 容 量 为 30 kVA 的 UPS。 对于一般情况，铁路通信交流电源设备容量配 置分析见表 3 和表 4 。 不间断电源 UPS 的 容 量 为 30kVA， 利 用公式 ( 8 ) 可得 负 载 功 率 P L = 30 × 1000 × 0. 8 × 0. 8 ， UPS 电池组容量 C : C = ( 30 × 1000 × 0. 8 × 0. 8 ) × 1 / ( 360 × 0. 92 × 0. 6 ) = 97 ( Ah)
参 考 文 献 ［ 1］ 杨向明． 网络时代信息 推 送 技术 及 其 相 关 问 题［ J］ ．江 2007 ， 35 ( 3 ) : 79 － 81. 西图书馆学， ［ 2］ 刘超． 上 海电 信 与同 济 大学 合 作推广高 速 上网、 校园 EB / OL］ . 手机一卡通［ ［ 3］ 彭国莉． 信息推送技术 与 信 息 推 送 服务［ J］ ． 中国信 息 2001 ， 8. 导报， ［ 4］ 房晓亮， 苏 斌． 基 于信 息 推 送 技术的 宽 带 用 户 服务 与 D］ ． 2009 ， 6. 催缴系统的研究与实现［ ( 责任编辑: 诸 红)
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交流电源设备容量配置分析
通信 交 流电源 设 备 主要 由 不间 断电源 UPS 及 其后备电池组构成，配置通信交流电源设备，也就 是对不间断电源 UPS 及其后备电池组进行配置。 首先，通过交流通信设备 的 总 功 耗 W H 可 得 不 间断电源 UPS 输出视在功率 W0 为: W0 = W H / PF