摘要:本文從工程、運行維護角度對通信電源系統運行質量指標的"五性"----穩定可靠性、可用性、可維護性、可持續性、安全性進行分析和論述,作為經驗推廣,其目的是使現有在運行的系統更加高效、可靠地運行和為以后的工程提供技術支持.
關健詞: 通信電源 質量 穩定可靠性 可用性 可維護性 可持續性 安全性
一 、 前言
現代通信電源系統主要由柴油發電機組、高頻開關電源、VRLA蓄電池、UPS等設備組成。
信息產業部《通信設備進網質量認證文件匯編檢查實施細則（試行）》第三冊對通信用高頻開關電源、VRLA蓄電池、UPS的使用條件、常規功能、參數指標有明細的要求。但主要是偏重各設備出廠以前的性能指標，對設備投入使用后，只有MTBF（平均無故障工作時間）和MTTF（平均故障修復時間）兩項指標要求，而該兩項指標只是狹義的模擬實驗數據而已。那么，怎樣衡量各設備投入運行以后的性能指標？組成系統的各設備之間有什么關聯性？正是本文所要闡述的問題。
二、 闡述
1．穩定可靠性
"穩定可靠性"包含"穩定性"和"可靠性"兩個概念，兩者各有自身的含義又互相關聯。
"穩定性"表現在自身運行的三個方面:
"可靠性"表現在對外界因素的抵御能力和對自身故障的處理和系統操作能力兩方面:
筆者曾為中國聯通公司編寫過《配套設備試運行可靠性測試（RRT）辦法》，嘗試把"穩定可靠性"歸結到不同的故障等級，通過量化的數據來評定單臺和整批設備的"穩定可靠性"，證明效果良好，現摘錄高頻開關電源部分獻上（見附件）供大家參考。
2．可用性
系統配置是通信電源工程中重要的一環，首先要清楚了解主設備對電源設備的要求，電源設備的使用性質、使用條件、使用環境等，再考慮柴油發電機組的輸出特性，高頻開關電源的輸入/輸出特性，UPS的輸入/輸出特性等，設備自身參數指標的優劣；UPS的備份和冗余方案的合理性；同網各電源設備之間匹配的合理性等，因為這都會直接或間接影響整個系統可用性。
"可用性"主要表現在以下5個方面：
(1) 設備自身的能耗
★效率是一項十分重要的指標，它不僅與設備的設計思路有關，而且與用戶的使用模式有關。見圖二、圖三效率曲線:
高頻開關電源在對蓄電池進行浮充供電時負載率常在30%-50%左右，可見B品牌的效率特性明顯優于A品牌。
UPS、柴油發電機組的效率特性亦然，不贅述。
★設備的空載損耗
如20KVA UPS的空載損耗高者達到800W，低者達到400W，對于組成熱備份形式的系統結構，備用機長期耗能，每年所耗費的電費分別為：
365（天）×24（小時）×0.8KW×1.2元/千瓦時=8409.6元
365（天）×24（小時）×0.4KW×1.2元/千瓦時=4204.8元
★其他
UPS的并機環流和高頻開關電源的均流差異都會導致無功損耗的增大和引起末級驅動器件的溫升和損壞。
UPS、高頻開關電源的風扇工作方式分智能調速風冷和強制風冷兩種形式，論經濟性和可靠性，前者優于后者。
(2) 設備的輸出特性和硬件支持決定帶載能力。
★波峰因數達到3:1的UPS可以帶100%的低功率因數整流性負載。
★永磁發電機波峰因數為2:1，可以帶66%的低功率因數整流性負載。自勵磁發電機波峰因數為1:1僅可帶33%的低功率因數整流性負載
★市面上大部分UPS最高長時帶載能力為80%，超過該限度會損壞逆變器，個別品牌UPS逆變部分功率器件采用MOSFET和IGBT組合器件或智能型IGBT組合器件，通流量大，開/關特性好，溫升低，所以允許長時間帶載100%。
(3) 設備的輸入特性導致前端設備的功率容量浪費。
輸入功率因數是輸入特性中一項十分重要的指標，市售的高頻開關電源由于采用模塊化、小型化設計，而且多為單相輸入，所以功率因數校正比較容易，輸入功率因數基本能接近0.99。
UPS則不然，由于目前對于大功率三相整流電路進行功率因數校正通常只能做到無源功率因數補償，六脈沖整流不加濾波器僅為0.65左右，十二脈沖整流僅為0.8左右，濾波器體積大，重量高，而且價格昂貴，供貨廠商通常把濾波器列為選件，用戶基于節約購置成本考慮，往往不愿購買，見下表：
換言之:
80KVA的六脈沖UPS需要配置200KVA的柴油發電機組的功率容量;
80KVA的十二脈沖UPS需要配置120KVA的柴油發電機組的功率容量;
80KVA的IGBT高頻整流UPS只需要配置80KVA的柴油發電機組的功率容量。
(4) 負載的輸入特性影響電源設備的可用度
★波峰因數達到3:1的UPS帶低功率因數的整流型非線性負載可以達到100%
★UPS帶容性負載可達到100%
★UPS帶感性負載僅可達到44%
(5) 設備的備份和冗余方案影響的可用度
★UPS常見的備份和冗余方案有：主從熱備份、互動熱備份、互助熱備份、雙總線熱備份和冗余并聯。其中并聯主從熱備份、互動熱備份、互助熱備份和雙總線熱備份只對雙機有效，串聯主從熱備份和冗余并聯則可以雙機運行和多機運行。無論何種形式的雙機運行設備冗余方案，最大可用度僅為50%。n+1串聯主從熱備份和冗余并聯隨著UPS臺數的增加可用度可逐次提高到66%～85%。
★三相輸出的UPS任意一相過載即為輸出過載，三相的不平衡分配等于降低了UPS的可用度。同理，柴油發電機組亦然。
可見，可用性是設備和系統節能、高效的表現，它體現的不僅僅是經濟問題，可用性惡化到一定程度，會轉化為穩定可靠性或安全性，給電信運營企業帶來嚴重的損失。
3．可維護性
"分散供電，集中監控"是通信電源專業的發展方向，設備的維護趨向簡單化，維護隊伍趨向精英化。人力資源成本占據了企業運營成本的相當比重，再者人員的增加給企業管理上帶來的麻煩亦相應增加。90年代，閥控式密封鉛酸蓄電池取代了防酸隔爆鉛酸蓄電池，大大減少了維護工作量和維護人員工傷的機會；高頻開關電源和UPS的監控功能參差不齊，蓄電池管理功能中浮充/均充自動轉換功能、充電限流功能、過放保護功能等基本功能較為普及，但能大幅度降低維護工作量的蓄電池定期放電（靜置）測試功能、蓄電池定期均充功能、各單體電池端電壓測量等功能只有個別品牌具備；柴油發電機組的自動檢測、自啟動、自投載、自補給、自撤載、自停機等功能的應用亦受到電力部門的制約；UPS的自啟動和自關機程序亦只有個別品牌做到，各設備"三遙"功能硬件、軟件支持程度、通信協議的規范與否均制約集中監控或互聯網監控的實現。人機界面是否直觀友好與可維護性密切相關；UPS的電路板塊實行模塊化設計，有助于縮短MTTF；高頻開關電源整流模塊、監控單元的帶電插拔，亦有助于縮短MTTF，實現全前面板操作，有助于節省空間。設備的可維護性決定了近期、遠期維護工作量和擴展的空間，最終都影響運營成本。
4．可持續性
近幾年，電力、電子領域的快速發展，作為電信運營企業，不可能配備大量的檢測儀器、備品備件和培養大批的專職維修人員，維護人員的主要職責是按規程進行設備維護，修復一般性故障，保持備份設備的完好，保障供電不中斷，對于一些復雜的故障還得借助廠家的力量，要使設備能得到可持續性的服務主要看兩點：
(1) 產品市場保有量，尤其是在本地區的市場占有量。
(2) 供貨廠商的實力，諸如是廠家還是代理，幾級代理，代理年限，在本地區是否有維修服務站和備品備件倉庫，響應時間等都能得到反映，很難想象向實力單薄的供貨廠商購買一臺市場保有量低的設備能得到很好的服務。
5．安全性
這是一個可大可小的問題，輕者可至人為故障，重者可至供電中斷，甚至可至火災、爆炸。我們姑且把安全性問題歸為以下三類
(1) 影響了同網設備或負載的使用
這一點發生在UPS的個案較多，典型例子是河南省電視廳安裝了一臺輸入功率因數為0.67的六脈沖整流120KVA UPS，致使非UPS供電的設備由于電網嚴重污染而不能投入使用，結果花了一年多的時間，才找出原因并解決了UPS對電網的污染，但造成很大的時間和經濟損失。又例，廣州鐵路集團安裝了一臺UPS用于可視電話會議系統，兩者同處一室，由于屏蔽、接地、布線等施工環節欠妥，導致UPS對可視電話會議系統造成噪聲干擾而無法工作，最后通過綜合治理方才奏效。
(2) 存在操作安全隱患
操作界面沒有三級分權密碼保護，只要進入界面就能隨意對任何的系統操作和參數修改，太可怕了，然而這還是眾多電源設備的共性。
機柜內不同電位點沒有標識，而且距離非常接近，有的少于2cm。1000A的蓄電池熔斷器居然不配滅弧裝置，亦屢見不鮮。
UPS能真正做到脫機維修的絕無僅有，要么帶電作業，要么停電維修。
(3) 產生明火或爆炸
機柜內可以產生明火的部位不少，如變壓器、電感線圈等，最易產生明火的是交流輸入部分，有些廠家為了節省成本，象征性地裝一組*電狀的MOV器件用作防浪涌。該MOV一沒有熔斷裝置，二沒有脫扣裝置，三沒有滅弧填充物，四通流量小，五沒有前級空氣開關保護。遇上強大的雷電流必定起火燃燒，隨著使用年限的增長，漏電電流的增大，導致發熱，發熱后更增大了漏電電流，如此惡性循環，必定起火燃燒或短路爆炸。
蓄電池發生熱失控、膨脹、險釀成爆炸事故亦時有所聞，一個完善的產品是允許出故障，不允許起火的。
三、 結束語
1．穩定可靠性、可用性、可維護性、可持續性、安全性是客觀反映通信電源系統綜合質量的五大要素，五者相互依存、相互制約、滿足一定的條件會相互轉化，最終的檢驗應該是穩定可靠性和安全性。
2．通信機房最忌火，次忌癱，三忌浪費，不顧此失彼，通盤考慮，有的放矢，才談得上營造一個高質量的通信電源系統。雙總線熱備份和冗余并聯。其中并聯主從熱備份、互動熱備份、互助熱備份和雙總線熱備份只對雙機有效，串聯主從熱備份和冗余并聯則可以雙機運行和多機運行。無論何種形式的雙機運行設備冗余方案，最大可用度僅為50%。n+1串聯主從熱備份和冗余并聯隨著UPS臺數的增加可用度可逐次提高到66%～85%。
