车载通信方舱供电系统

车载通信方舱供电系统的应用
结合工程实例,探讨如何设计高可靠性、安全的车载通信方舱不间断供电系统。由于车载通信方舱 供电系统兼顾市电/电站集中供电方式,要确保通信系统稳定可靠、不间断地实施通信指挥,供电系统 的设计尤为重要,除了满足一般供电系统的功能外,还应具有良好的机动性、环境适应性以及安全可靠 等技术指标要求。文中从供电系统设计原则、设计过程等方面介绍了供电系统的设计方式,并分析了不 间断电源的选型和蓄电池容量的选择等问题。
不间断电源系统;发电机组;配电箱;蓄电池;充电机 一、 引言 车载通信方舱主要是指将通信方舱运动到指定区域实施机动、灵活的通信指挥,虽然供电系统不是通信 方舱内主流设备,但它却是通信方舱内非常重要的设备。供电系统是通信方舱的“能量”保障,为了提 供符合质量要求的电能,减少电源引起的故障,确保通信系统方舱内各个通信设备的安全连续运作,通 信系统中必须有高可靠性、高可利用率和抗干扰能力强的供电系统,在设计时必须考虑供电系统的环境 适应性以及安全可靠性等指标要求,供电系统采取集中管理维护。 二、 供电系统的需求分析 车载通信方舱供电系统一般采用市电/电站集中供电方式,这样可实现快速切换。市电正常时,市 电优先向系统供电,UPS(不间断电源)经稳压后对设备供电,同时向蓄电池充电;市电发生故障时或 到野外应急使用时,通信系统主要设备通过 UPS 实现不间断供电,同时启动发电机组发电。在规定时 间内由蓄电池逆变供电切换到发电机工作状态。发电机组可以采用主、备机工作方式或双机同时工作方 式,发电机组可以在车上工作,也可以吊下车工作,与主舱保持一定距离,减少噪声对工作人员的影响。 设计中药考虑发电机组的安装、降噪及集中管理维护等。 三、 供电系统设计原则 车载通信方舱供电系统的设计一般应遵循如下原则: A. 满足通信系统设备的用电功率和参数要求,把不间断工作作为系统供电的不要目标。 B. 将市电、发电机组、交流 UPS、直流 UPS 等多种供电方式综合应用,护卫补充和备份,为主要
设备实现不间断供电。 C. 把供电安全可靠作为重要条件,具有必要的保护措施,如配电系统必须具有防雷、过流、过压
和漏电保护等功能,并要考虑良好的接地措施,这对于防止操作人员误操作造成伤害或对设备 造成损害至关重要。 D. 电源分机按标准化设计,接插件采用军用航空连接器,满足互换性和方便快速维修的要求。一 般设计为 19 英寸机架式或 24 英寸机架式。 E. 供电设备因其工作环境在野外,必须采取加固和三防措施,以便于其抗振动、冲击、高低温以 及防潮湿、盐雾、霉菌等,适应恶劣环境要求,同时满足电磁兼容性要求。 四、 供电系统设计过程 首先确定所有设备的用电总功耗和电源散热方式,再确定配电方式、电源品种和蓄电池容量,选择 相应配套的发电机。一般设计步骤为:确定功耗-确定配电方式-确定供电设备-确定结构布局-电源分机 设计。 1 交流供电系统 交流供电系统由配电箱、发电机、重要设备的交流 UPS 组成。市电可以直接提供给空调、舱内照 明和辅助性用电设备,UPS 稳压后向系统主要设备(服务器、计算机、网路设备、通信设备等)实现不 间断供电,市电不能提供电能时,先由 UPS 提供应急供电、蓄电池组提供应急照明,同时启动发电机 组,将电能接入配电系统,再 2 对设备和 UPS 提供交流电。 五、 发电机

发电机最好选用与运输车本身使用的油料相同,即柴油车用柴油发电机,这样方便使用、运输。发电机 组考虑其额定功率必须大于负载功率外,还应考虑其额定功率所适用的海拔高度,系统在海拔 4500M 以上工作时,设备需降额使用。 根据研制要求,一般配备两台箱式柴油发电机组互为备份,具有常规/应急、自动/手动等做种运行方式, 并由稳定限流等多种保护功能;可单机工作或双机同时工作。
六、 配电箱 根据方舱内通信所有设备计算的总功耗,再按要求明确供电方式,一般确定为市电优先,发电机组 为辅,发电机组两台互为备份,配有双机切换电路(三相发电机当三相供电时还要考虑三相平衡问题), 具有控制和指示功能,同时必须还具备过压、防雷、过流和漏电保护;良好的接地方式、防雷装置,可 以提高通信系统的通信质量,确保通信设备及操作人员的安全。在有市电或发电机工作的情况下, 380V/220V 电源经电源接口、防雷装置进入配电箱,由配电箱分别控制输出至照明、空调、UPS、设备 等负载。 七、 交流 UPS 因为方舱内机柜数量的限制,不可能每种设备均配上 UPS,所以选定重要设备配上交流 UPS,明确 顶点后交流 UPS 逆变工作时间,计算出电池容量。 确定所需 UPS 的容量的方法如下:计算所有负载的综合 S=S1+S2+S3+---------Sn,单位为 V.A;考虑到 UPS 的抗冲击能力以及扩容需要,UPS 的容量应不小于 S/0.8;工作时间 T=(IV/S)X0.8,I 为蓄电池容量, V 为蓄电池组电压。 现在,免维护阀控式密封铅酸蓄电池以其体积小、电压稳定、电性能高、维护少得特点而作为电源 系统的首选,但在实际使用中常常因为维护不当(半年以上不开机)而造成蓄电池容量损失,电解液干 涸,不但影响了电池寿命,而且会引起 UPS 不能正常工作,所以加强对蓄电池的正确使用和维护尤为 重要。在使用说明书中尤其要强调维护蓄电池的方法的重要性,每 3 个月定期给蓄电池充电;如果长期 工作在市电状态不停电,则每 3 个月认为中断供电,使 UPS 带载放电,再充电,这样可以防止蓄电池 长期处于浮充状态下,一旦市电中断,UPS 供电时间很短,甚至不能供电。 交流 UPS 设计成以市电启动的方式(多数交流 UPS 启动靠蓄电池组的直流电压),这样即使电池组 电源不足,但有市电时也不会影响电源开机,在交流 UPS 工作时对蓄电池组进行充电,电池的浮充电 压值、均充电压值、电流限制流值要根据实际情况及蓄电池型号和容量进行合理设置,并对电池设置低 压切换保护功能,UPS 机箱采用前后风冷散热,注意防尘设计。 UPS 的选型有两种方法: 一种是选择在线式 UPS 正弦波输出,这种 UPS 的优点是输出电压无论是市电供电还是蓄电池供电, 对负载的输出电压均有逆变器提供,这从根本上消除了来自市电网的任何电压波动和干扰对负载工作的 影响,真正实现了对负载的无干扰稳压供电,当外界市电电压范围在 180V-250V 时,输出电压稳压范围 可达 220V+3%,正弦波工作频率在 50HZ+1%,波形失真度小于 3%,市电和蓄电池转换工作时间为 0 具 有优良的输出电压瞬变特性,电路的可靠性高,故障率低; 另一种选择是后备式 UPS 正弦波输出,这种 UPS 擦用抗干扰分机调压稳压技术,在市电电压为 180-250V 时,输出电压稳压范围可达 220+5%,然而后备式 UPS 仅仅在由蓄电池组供电时间内才向负载 提供高质量的无干扰的正弦波电源,转换时间约为 4ms,波形失真度小于 5%。虽然后备式 UPS 性能指 标不如线性式 UPS 好,而我们常常选择它的原因在于噪声方面的考虑,后备式 UPS 工作在市电时的噪 声相对于线性式 UPS 要小(市电时直接通过抗干扰滤波器对负载供电,所以噪声较小),从这方面考虑 是因为军方常常要求研制方控制舱内噪声要小于 60dB,那么对于每个分机就要尽可能选择噪声低得设 备,零一原因是在线式 UPS 的价格比后备式 UPS 高,如果抛开这两个因素,选择在线式 UPS 优于后备 式 UPS。 1.1 直流式供电系统 直流供电系统由直流 UPS、充电机、蓄电池组组成。直流 UPS 是指输入交流 220V,输出稳定的直 流电源,市电停电时由蓄电池组提供直流电源给 UPS 转换成直流输出,根据设备用电需求,我们将需

要直流供电的设备直接设计成直流 UPS 供电,使使用直流供电设备也可以实现不间断工作。在设计中 将不同输出电压直流电源组合输出,这样可以减少电源体积,交流市电直流供电 0s 切换,具有过流、 过压、过热、短路保护功能,电压调整率一般小于 0.5%,电流调整率小于 1%。如图:直流 UPS 原理框 图
对于需要短时间大电流放电的设备,直接选用大容量电池组供电,用充电机给蓄电池组充电。根据 蓄电池容量,采用先恒流后恒压的充电方式,充电电流限制在 0.1C-0.2C,确保蓄电池组充电安全快速。
八、 实际应用 实际使用过的车载通信方舱供电系统框图: 该设备总功耗 9kW,配有 6KwW 柴油发电机和 3kW 柴油发电机,要求配电柜实现市电和发电机之 间互锁功能,发电机组机可选 1 台,也可以选 2 台并用(在配电柜面板上设置转换开关),发电机在方 舱上配有小型吊机,方便发电机从方舱上吊到地面,可以与方舱拉开一定距离,以减少噪声对工作人员 的影响,配电柜设计按要求防过压、防雷、过流和漏电保护;UPS 设计成 19 英寸机架式,交流 UPS 功 率为 1500VA,这是 24V 蓄电池组逆变所能提供的最大功率,蓄电池组安放在机柜底部,,直流 UPS 选 用 12V/60A、5V/10A 两路组合输出,这两种 UPS 都由 24V120A.h 蓄电池组直流供电,停电后可以提供 40min 以上逆变输出,以保证重要设备不间断工作,同时给启动发电机组工作以充分的时间,大容量蓄 电池组选用 2 只 12V200A.h 免维护阀控式密封铅酸电池,给三防设备供电和直流照明灯供电,充电机设 计成 27V/20A 一体化恒流源。 九、 结束语 车载通信方舱供电系统提供稳定可靠的供电保证,同时考虑到野战使用环境的要求,供电设备环境 适应能力的要强,采用标准化、模块化设计,具有良好的可维护性,供电系统的功能和性能的优劣将对 通信系统功能的发挥起到至关重要的作用。


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