240V高压直流HVDC供电系统技术应用指导意见.docx

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240V高压直流HVDC供电系统技术应用指导意见

通信用240V高压直流（HVDC）供电系统

技术应用指导意见

V2.1

报批稿）

2010年7月

1概述3

1.1基本概况3

1.2技术特点7

1.3适用范围9

1.4应用目标9

2规范性引用文件9

3术语和定义10

4规划设计要求13

4.1使用环境条件13

4.2系统标准电压13

4.3系统组成14

4.4系统容量配置15

4.5蓄电池组配置15

4.6系统采用悬浮方式供电16

4.7保护接地方式17

4.8直流配电17

4.9末端设备机架配电及控制方式19

5系统设备技术要求19

5.1系统总体技术要求19

5.2保护功能要求21

5.3告警性能要求22

5.4防雷性能要求22

5.5安全性能要求22

5.6系统电磁兼容性要求24

5.7系统音响噪声要求24

5.8可靠性指标要求24

5.9有效使用年限要求24

5.10监控模块功能要求25

5.11整流模块功能要求26

5.12交流配电功能要求27

5.13直流总输出屏要求27

5.14机房直流配电屏要求27

5.15直流电源列柜要求28

5.16设备外观与结构要求29

5.17包装与标志29

6IT设备对HVDC的适应性要求29

7工程管理及验收、割接要求30

7.1系统设备安装基本原则30

7.2系统设备安装要求30

7.3工程验收测试项目和要求30

8运行维护要求31

8.1IT设备对直流电源供电适应性的确认31

8.2IT设备送电应按下列顺序和要求操作31

8.3IT设备下电应按下列顺序和要求操作32

8.4IT设备发生故障时应按下列要求操作32

8.5安全操作要求32

8.6绝缘监察装置检查33

8.7日常巡视检查项目33

附录A：

IT设备对高压直流供电的适应性要求34

附录B：

IT设备上电前对直流电源供电适应性的测试方法35

附录C：

IT设备不能正常启动者不能正常工作处理方法36

附录D：

IT设备和数据设备供电电源的过渡建议37

附录E：

导线颜色及截面积的相关规定39

附录F：

通信用240V（HVDC）适用设备（部分）41

通信用240V高压直流（HVDC）供电系统技术应用指导意见

1概述

1.1基本概况

1、交流UPS供电存在的问题随着通信网络和业务需求的不断发展，通信设备对电源安全供电要求也越来越高。

长期以来，使用交流电源的通信设备均由交流UPS供电，但UPS电源系统存在着单点故障点的问题始终没有地得到很好解决，因UPS电源系统而造成整局瘫痪的恶性通信事故屡屡发生，给通信维护部门带来了严峻的考验。

与传统的供电方式比较，在通信网络系统设备中采用交流UPS系统供电，主要存在一下弊端：

（1）可靠性低

UPS交流电源系统，就单台设备而言，通过冗余技术可以使其UPS设备本身的可靠性大为提高，但就整个UPS供电系统而言，有很多不可备份的系统单点故障点，比如同步并机板、静态开关、输出切换开关等，这些单点故障点，都可能导致整个通信系统“掉电”瘫痪。

即使采用相对可靠的串联热备份系统，切换电路的单点故障也容易造成整个通信网络系统“掉电”瘫痪。

尤其是瞬间过载的容错能力差，一旦UPS主机过载保护切换到备机，备机由于瞬间浪涌也同时过载保护自动切换到旁路。

对于过去有人值守的机房可以立即人工处理，但现在普遍采用机房无人值守，一旦发生故障，恢复时间较长，危害很大。

（2）维护、扩容难度大

随着通信技术的不断发展，数据通信逐渐成为主体已经成为不争的事实。

在网的程控交换必然逐步退网，数据业务比重逐步增大。

按照现在的设备供电模式，会有大量的新的UPS系统投入运行，也会有大量的在用UPS系统扩容改造。

由于UPS扩容涉及到电源的频率、电压、相序、相位、波形等问题，不像直流电源系统扩容只关注电压一个参数，所以每一次UPS在线扩容都是一次巨大的风险操作，甚至可能因为UPS制造商产品更新换代使得UPS扩容不可能，使得UPS单台故障时没有设备替换。

按照现在的运行状态和维护模式，发生巨大灾难的“掉电”事件将频频引发。

（3）能耗高

由于UPS中采用了逆变器，所以功率因数低，效率低。

正常情况下单机效率一般在

60～70％。

为保证IT设备用电的安全可靠性，目前通信用UPS电源系统，均配置在线式串联热备份或N+1并机冗余模式；在N+1并机冗余模式中，由于交流电源振幅、频率、相位等参数严格要求同步，使得并机冗余模式控制系统复杂，随着N数值的增大，系统可靠性大大降低，所以最常见的配置为1+1并机冗余系统或2+1并机冗余系统，这就使得系统效率进一步降低，一般在40-50%，实际使用中业务的发展是一个渐进的过程，兼顾到建设周期和业务发展规划，使得平均使用效率只有20－30％。

这个能耗指标在过去

通信业务以语音业务为主、数据业务比重很小的时代，IT设备耗能的绝对值很小，UPS系统效率低下往往被人们忽视。

而目前正处在数据业务迅猛发展的形势，数据业务将渐渐变为主流业务，IT设备的能耗越来越被引起重视，显然，这种低效率是无法忍受的。

2、高压直流（HVDC）替代交流UPS给IT设备供电的原理和优势

现时IT设备（计算机及其外设）机内电源普遍采用高频开关电源技术。

在市电的入口处都有一个整流桥。

交流电压通过整流桥，变成直流电压。

也就是说，IT设备内部最终提供到元器件级的都是直流电源。

图1-1是计算机内ATX开关电源的原理框图。

图1-1计算机内ATX开关电源的原理框图

实际上，是可以直接使用直流电源输出的直流电流从原来的交流入口处直接接入用户设

备供电，不必对原设备进行任何改动。

如图2-5所示。

图1-2ATX中的“市电侧整流滤波”电路可以通过直流电的示意图

从电子电路原理上分析，只要在设备电源的交流输入端没有串联电容或互感式电感线圈的隔离，都可以通过直流电。

由此可知，上述IT设备中绝大部分是可以采用同电压等级的直流电源替代交流电源供电进行工作的。

传统的交流UPS是AC-DC-AC模式，它有两个变换环节：

一是整流滤波（AC-DC）环节，二是逆变（DC-AC）环节。

图2-6中的左侧虚线框内所示的电路为传统交流UPS，它包括整流器、蓄电池和逆变器；图右侧虚线框内所示的电路，为计算机中的ATX开关电源，它包括抗干扰电路、市电侧整流滤波电路和DC/DC变换电路。

图左侧的传统交流UPS电路中，市电220V交流电压经过无任何升、降压功能的桥式整流器，整流成直流电向蓄电池进行浮充电，蓄电池上的直流电再经过逆变器逆变成220V工频交流电压向计算机供电。

图右侧的计算机ATX开关电源中，“市电侧整流滤波电路”再将220V工频交流电压整流成直流电，而后再由ATX中的DC/DC变换器将直流电压变换成±12V，±5V和3.3V的直流电压向计算机供电。

由图

2-6可以看出，左侧交流UPS中的整流器输出与右侧ATX中“市电侧整流滤波电路”的输出都是直流电压。

这就说明逆变器将蓄电池的直流电再逆变成220V交流电是多余的。

因此可以将UPS中的逆变器去掉，并直接将蓄电池的直流电通过计算机中ATX的“市电

侧整流滤波电路”向计算机供电，成为直流供电。

1-1所列

采用高压直流（HVDC）替代交流UPS给IT设备供电，有着明显的优势优势，如表

表1-1高压直流（HVDC）与传统交流UPS的比较

项目

高压直流电源系统（240V）

传统UPS系统（220V/380V）

输出波形

直线

正弦波或方波

输出电压

240V

220V/380V

系统结构

模块化程度高

模块化程度低

控制

可自主控制输出

对控制模块依赖性高

蓄电池供电

直接

经逆变器

并机条件

极性、电压相同

极性、电压、相位、频率相同

并机复杂程度

可自爱直流侧简单并接

不可简单并接

单点故障点

少

多

在线更换

可行性大

可行性小

可维护性

较高

较低

3、中国电信高压直流供电试验情况

为了从根本上解决通信设备交流供电可用性不高的困局，中国电信江苏省公司大胆地开展了高压直流供电系统应用的尝试，从在网实际试用的规模和广泛性来说，均已经走到业界的前列，达到了国内乃至国外领先的水平。

2007年10月开始，中国电信盐城分公司率先开始高压直流供电试验，从办公PC机逐步扩展到服务器、网络设备（二层交换机、三层交换机、光纤交换机、防火墙等）、磁盘阵列、小型机、营业厅票据打印机等600多台，基本覆盖了整个盐城分公司通信网络使用的所有交流用电设备。

从2008年6月份起，盐城分公司逐步使用高压直流供电替代UPS系统供电，目前已实现了全本地网不再新建和使用UPS系统供电。

所用的高压直流系统最长使用时间2年多，目前所有系统运行稳定。

解决了原来UPS系统故障频发、系统阻断问题。

中国电信江苏省公司将高压直流系统的应用列为创新项目，积极鼓励，大力支持。

在盐城分公司试点的基础上，认真总结经验。

2008年发布了《通信设备高压直流供电安装设计规范》，2009年起草了《高压直流维护规范V1.0》，2010年6月起草《通信用240V直流开关电源系统技术规范书（招标）》对高压直流设备进行入围招标。

从2009年初开始，面向全省扩大试点。

扎实稳步地逐步推广。

2009年9月，中国电信江苏省公司网运部专门发文明确，“在整治改中积极采用节能高效的电源、空调设备，大力推进各项节能新技术的应用。

对于100KVA及以下需更换或扩容的UPS设备，原则上不再购买新的UPS设备，而以高压直

流设备替换”。

具体措施包括：

原有机房通信设备采用UPS系统供电的，仍继续使用，原UPS系统原则上不再考虑扩容。

如通信系统扩容或设备更新，对新扩容或更新的设备应优先考虑采用高压直流供电；

新建IDC、IT主机类机房以及数据设备机房优先考虑采用高压直流供电系统，从

2009年开始逐步停止采购新的UPS设备；

对核心网络、企业信息化平台、重要客户IT设备等仍采用UPS系统供电的，如现有UPS系统存在使用年限长、负荷重、故障率高、供电可靠性差等问题，从保障通信安全、兼顾设备利旧的角度考虑，结合今年的电源安全隐患整治工作及节能减排工作，采用高压直流系统建立可靠的备份供电系统。

目前，中国电信江苏省公司范围内已经有十几个本地网、约计几十套高压直流系统在线运行，取得了良好的成效。

3、高压直流供电的推广应用

由于高压直流系统比UPS系统结构简单，生产技术更成熟，从根本上克服了UPS系统供电存在的单点故障，系统安全性能大大提高，维护操作方法得到简化，倍受电信运营商和设备制造商的高度关注。

中国电信正在积极推进用240V高压直流（HVDC）系统代替交流UPS系统为设备供电的新技术，2010年要在全集团范围进一步扩大推广应用。

在推广、实施过程中，运营商以及整个产业链，除了要有传统观念上的改变，还要在操作过程中有较大的变化，并对由此而产生的诸多疑惑。

为了避免在全面推进高压直流技术应用过程中出现错漏和偏差，有必要尽快制定一个240V高压直流（HVDC）供电系统技术应用指导意见。

1.2技术特点

1.满足目前使用交流供电的通信网络设备供电保障需求应用高压直流HVDC供电技术，首先以提高通信设备供电的安全可靠性为主要目标，同时兼顾节能高效、降低成本、智能管理、标准化模块化等其它性能的安全性设计。

由于高压直流系统直接将蓄电池接在输出母排上，大大减少了单点故障点，因此采用单套高压直流（HVDC）系统、双路独立物理路由的供电模式，从原理分析和现场试验应用等多方面证明，其可可靠性以等效于完全独立的双系统、双母线（2N）的交流UPS系统，能够满足通信网络系统设备最高等级的供电保障要求。

2.以不对通信网络现用交流供电的设备本身作改动为基础

从国家的供电体制以及IT设备供电技术发展来看，主要还是以380V/220V、50Hz

的正弦交流电源供电为主。

通信网络上使用的IT设备仅占整个IT产品市场的很少的份额，若要采用高压直流供电而不能兼容主流的交流供电，通信网络上使用的IT产品只能采用定制生产。

对于IT设备制造商而言，虽然直接制造成本不会大量增加甚至略有下降，但流通成本将大大增加，从而增加电信运营商的设备采购成本。

同时，也对电信运营商进行IT设备选择受到诸多限制。

目前的通信网络已经非常庞大，网上在用的使用交流供电的IT设备数量非常大。

如不能兼容这些在用设备，则高压直流供电系统只能用在新建网络上，给新的IT设备供电。

这将大大限制高压直流供电系统的推广应用，也无法解决当前急需解决的现网在用的交流用电设备供电可用性低，供电保障能力无法提高，影响通信网络畅通的老大难问题。

高压直流电压系统要充分考虑兼容性，充分考虑尽可能减少对产业链现有流程的影响。

能够兼容现有的220V交流用电设备，不对或尽可能少对IT厂商和用户提出技术性改动要求，是现时采用高压直流供电系统的基础，这对今后通信用高压直流电源系统的顺利迅速推广应用是至关重要的。

3.重点关注整个高压直流供电系统全过程的供电可靠性和使用安全性整流模块技术在电力操作电源基础上发展而来，其技术比较成熟，因此需要关注的不仅仅是整流电源本身的性能指标。

而是应重点关注整个直流供电系统全过程的供电可靠性和使用安全性：

由于输出电压比较高，不同于传统-48V直流及220V交流系统，需要考虑系统过流保护器件的选择及人身安全防护等因素。

除此之外，高压直流供电系统既要适应IT设备运行又要适应与IT设备配套的相关设备的使用。

因为IT设备要发挥应有的功能，必须有外围的光电转换设备、传输设备、交换设备等数据设备配合工作。

如果IT设备使用高压直流标准，其他配套设备使用传统的直流48V标准或交流220V标准，则IDC机房的整体协调、安全管理、节能运行、操作维护等都会有诸多不便。

4.和原有供电方式相比，可以明显减少投资和降低能耗，达到提高效益和节能减排的效果。

中国电信江苏省公司的试验结果表明，在同等情况下，采用直流240V供电系统，规划建设中可以明显减少投资，在实际运行中可以减少耗电和运行成本，达到较高的性价比和投

资回报率。

而根据在盐城、无锡、徐州等分公司试验机房内经过现场装表测试数据，和传统

1+1并联冗余的交流UPS系统相比，在保证提供同样甚至更高的可靠性下，高压直流系统在实际运行中节约电能效果均在20%以上。

如果与2N模式的独立双系统UPS供电，则节能效果更佳。

1.3适用范围

1.本技术应用指导意见描述了通信用240V直流供电电源系统（以下简称系统）的组成、系列以及在规划设计、系统设备采购、工程管理及验收和割接、运行维护的各个阶段的技术要求。

2.本技术应用指导意见适用于中国电信通信网络中各种通信局站、业务平台和支撑系统、数据机房、IDC机房以及ICT集成系统、客户解决方案中使用的标称电压为240V的直流供电系统（HVDC）。

1.4应用目标

本技术应用指导意见所描述的通信用240V直流供电电源系统，可以在不改变用电设备交流供电电压等级的前提下，对现行在通信网络上使用交流380V/220V供电的计算机、服务器、路由器、磁盘阵列等IT设备兼容性地提供直流供电。

以提高对上述通信网络系统设备安全供电的保障能力。

2规范性引用文件

GB191-2000包装储运图示标志

GB/T3873-1983通信设备产品包装通用技术条件

GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）

GB4943信息技术设备的安全

GB14048.3-2002低压开关设备和控制设备第3部分：

开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器

GB/T18380.1-2001电缆在火焰条件下的燃烧试验第1部分：

单根绝缘电线或电缆的垂

直燃烧试验方法

GB/T19826-2005电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求

YDB037-2009通信用240V直流供电系统技术要求

YD122-1997邮电工业产品铭牌

YD/T939-2005传输设备用电源分配列柜

YD/T983-1998通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法

YD/T1051-2000

通信局（站）电源系统总技术要求

YD/T1095-2008

通信用不间断电源（UPS）

YD/T1058-2007

通信用高频开关电源系统

YD/T5040-2005

通信电源设备工程安装设计规范

YD/T5079-2005

通信电源设备安装工程验收规范

DL/T5044-2004

电力工程直流系统设计技术规程

DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程

DL/T459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件

DL/T856-2004电力用直流电源监控装置

DL/T781-2001电力用高频开关整流模块

中国电信江苏分公司通信设备高压直流供电安装设计规范（试行）_v1

3术语和定义

3.1

直流电源系统DCpowersupplysystem

由交流配电、整流器、蓄电池、直流分配和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等设备组成的，制造厂负责完成所有内部电气和机械的连接，用结构部件完整地组合在一起的连接在一个共同的标称电压下工作的设备和导线（线路）的一种组合体。

3.2

通信用240V直流电源系统240VDCpowersupplysystemfortelecommunication标称电压为240V的直流电源系统（以下简称系统）。

3.3

整流器rectifier

将交流（AC）转化成直流（DC）的一种装置。

3.4

充电charge以不同的工作方式对蓄电池补充容量的工作状态。

3.5

恒流充电（稳流充电）constant-currentcharge对蓄电池的充电在充电电流维持在恒定值的工作状态。

3.6

恒压充电（稳压充电）constantvoltagecharge对蓄电池的充电在充电电压维持在恒定值的充电状态。

3.7

浮充电floatingcharge以浮充电压值对蓄电池进行的恒压充电在正常运行时，整流器承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电。

3.8

均衡充电equalizingcharge为补偿蓄电池组在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电。

3.9

限流恒压充电currentcontentvoltagecharge采用限制电流，继而维持电压在恒定值的充电状态。

3.10

核对性放电checkingdischarge在正常运行的蓄电池组，为了检验其实际容量，以规定的放电电流进行恒流放电，当蓄电池组放电到规定的容量、时间，或蓄电池达到规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，计算出蓄电池组的实际容量。

3.11

终止电压finishvoltage

蓄电池组容量选择计算中，终止电压是指直流系统的一点负荷在指定的放电时间内要求蓄电池必须保持的最低放电电压。

对于蓄电池本身，终止电压是指蓄电池在不同放电时间内

及不同放电率放电条件下允许的最低放电电压。

一般情况下，前者的要求比后者要高。

3.12

纹波系数ripplefactor纹波有效值系数和纹波峰值系数统称为纹波系数。

3.13

纹波有效值系数r.m.s-ripplefactor脉动量纹波含量的均方根值与直流分量的绝对值之比。

3.14

纹波峰值系数peak-ripplefactor脉动量纹波峰谷间差值（包括噪声）与直流分量绝对值之比。

3.15

直流系统标称电压directnominalvoltage直流系统被指定的电压。

3.16

直流额定电流directratedcurrent

用充电装置直流额定电流表示。

3.17

电磁兼容性electromagneticcompatibility（EMC）设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

3.18

电磁骚扰electromagneticdisturbance任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。

3.19

电磁干扰electromagneticinterference（EMI）电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

3.20

电磁）发射（electromagnetic）emission

从源向外发出电磁能的现象。

3.21

（对骚扰的）抗扰度immunity（toadisturbance）装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。

3．22

刀熔开关Fusedswitchknife刀熔开关具有刀开关和熔断器的双重功能。

负荷开关的主要功能是有效地通断负荷电流，能进行短路保护。

4规划设计要求

4.1使用环境条件

1.温度范围要求：

工作温度：

-5℃～40℃；储运温度：

-40℃～70℃

2.

95

相对湿度范围要求：

工作相对湿度：

≤90％（40±2℃时）；储运相对湿度：

≤

％（40±2℃时）

3.海拔高度要求：

≤1000m

注：

当海拔高度＞1000m时，应按GB/T3859.2-1993规定降额使用。

4.振动性能要求：

应能承受频率为10～55Hz、振幅为0.35mm的正弦波振动。

5.抗震要求：

满足YD5096-2005《通信用电源设备抗地震性能检测规范》的要求。

根据当地的抗震要求，最低不得低于6级。

6.使用地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体级导电介质，不允许有霉菌存在。

4.2系统标准电压

1.交流输入电压为

系统输入的交流标称电压为380V/220V。

其中：

三

相380V：

允许变动范围为（323～418）V。

单相

220V：

允许变动范围为（187～242）V。

注：

交流输入电压超出上述范围但不超过额定值的±25%时，系统可降额使用。

输入频率：

50Hz±2.5Hz。

输入电压波形失真度：

交流输入电压总谐波含量不大于5%时，系统应能正常工作。

2.直流输出电压系统输出的直流标称电压为240V，电压变化范围如表