- 關于開關電源整體更換的方案研究
- 采用臨時電纜并接兩只二級屏正負排
- 在臨時系統和更換前的老系統及更換后的新系統的并接上
任何一種設備都是有它本身的生命周期，到了設備生命周期的晚期階段，設備不可避免地會出現老化、效率下降、故障增多等種種情況，也不利于生產安全，且易發生關聯故障，引起重大損失。另外，由于設備生產廠家的原因，生命周期后期的各種備品備件無法得到保障，給設備的維護檢修帶來一定困難，故需對到期設備進行更新改造，確保現網生產安全。
-48 V直流是傳輸、交換設備的主要用電規格，部分數據設備也使用-48 V直流，因此直流開關電源[1]是通信設備的主要保障電源，根據《中國移動通信電源、空調與監控維護管理規定（2008版）》第三章第一節第十九條規定，高頻開關整流變換設備的更新周期為12年，到期即需組織專業人員制定更換方案并安全實施[2].
由于開關電源所負責供電的通信設備絕大部分都是核心網元，要求提供24 h不間斷工作電源，因此開關電源在整體更換過程中必須確保輸出不中斷，整個過程不能對負載有任何不良影響，威脅網絡安全。開關能源整體更換方案具有較大難度和風險。中國移動成立已滿10年，開關電源設備已開始陸續進入更換期，而在整體更換方面，還沒有太多的經驗。本文對開關電源整體更換方案進行了詳細介紹，并通過具體工程對其可行性進行了充分驗證，在此提供一種可供借鑒的方法。
上海移動公司于2008年和2011年先后在漕溪大樓和武勝大樓成功地實施了對西門子和臺達的開關電源進行整體更換改造工程。對整個替換過程和注意要點，筆者進行了總結，在此作相關介紹。
1 更換方案的比較
-48 V直流開關電源系統如圖1.開關電源設備整體更換更新基本有以下幾種基本方案，具體優缺點分析如下：
圖1 -48 V直流開關電源系統圖
1.1 原位更換
方案要點：在機房內安裝一套臨時電源系統，與老系統并接后，將所有負載割接到臨時系統后，在原位安裝新電源系統，再次與臨時系統并接后，將所有負載割回新系統的方式，并拆除臨時電源系統。
優點：機房整體協調，不破壞原有供電系統，對通信設備影響較小，適合于少量套數電源更換，投資較低，且適合無多余裝機位置的老機房。
缺點：難度最大，包括方案的制定和具體的施工實施，要求對系統非常熟悉，施工工作量大，涉及大量不停電割接。
1.2 換位更換
方案要點：在機房內安裝一套新系統后，與老系統并接后，對所有負載重新布放新電纜或老電纜利舊接長后，在線割接所有負載到新系統后，拆除老系統。
優點：施工難度較小，工作量明顯小于原位更換方案，適合裝機位置富裕的機房。
缺點：原有供電系統中的輸出電纜由于路由改變都將重新布放，或通過電纜復接等手段延長原有電纜，留有隱患，投資較大。
1.3 保留原有直流配電屏，只更新整流模塊部分
方案要點：在機房內安裝臨時電源系統，與老系統并接后，拆除原有整流模塊屏，安裝新模塊屏，與直流配電屏并接后，拆除臨時電源系統。
優點：施工工作量小，對負載熟悉程度要求較低，投資小，若是更換同廠家同型號產品，則難度較低。
缺點：由于廠家設備也在不斷更新，同型號產品很可能已經停產，此方案中的模塊屏和直流屏的連接和安裝方式需重新設計，難度較大。若是不同廠家產品，則牽涉到系統的檢測、控制和告警系統混用，難度更大，且電源系統內部設備周期不一致，存在后續更新工作量。
不同更換方案優缺點及適用場景對比如表1.綜合各方面因素從長遠考慮，本案例采用了方案1.雖然施工難度較大，但屬于一勞永逸，可以確保電源長期穩定輸出。只要做好前期準備工作，成功把握性還是比較大。
表1 不同更換方案優缺點及適用場景對比表
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2 開關電源整體更換方案
根據方案一的要求，需要首先新建臨時動力系統，將負載全部割接至臨時系統，然后將原位置設備拆除，新建動力系統，再將臨時系統上的負載全部割接至新建系統上。關鍵點有三個：
（1）負載排摸；前期準備，所有工作順利完成的基礎，確保業務不受影響的前提；（2）系統并接；難度最高的操作，也是最難控制的環節；（3）負載割接；不同的負載接入方式需要不同的割接方法，需要萬分的謹慎和仔細。
下面對這三個重要環節逐一介紹。
2.1 負載排摸的方法
開關電源直流系統的負載在通信系統中非常重要，制定方案前必須將每套待更換的系統負載進行拉網式排摸，做到了然于胸，才能確保萬無一失。如負載性質、負載大小、負載供電方式、負載路由等等。
由于待更換的系統都是老系統，經過10年以上的運行，負載多次割接，負載情況變得非常復雜，在負載的排摸過程中，不可能通過簡單的測電流、摸線等方式就能摸清所有負載，需要采取一些非常規手段才能達到目的。
（1）首先對本局點所有直流負載資料進行核對，摸清大致情況；
（2）重點對待更換系統負載進行二級配電屏位置確認，可以開啟均充模式，在二級屏處量得均充電壓的，都為本系統輸出負載，必要時采用調整浮充電壓再次確認，要求輸出屏有多少熔斷器輸出，必須找到多少受電端子；
（3）測量每路熔斷器電流值，同時測熔斷器端和受電端，如測得電流一致且與其余電流值差異較大，則可確認對應關系；
（4）若電流值差異較小，則可根據電纜線徑加以判斷；
（5）若線徑相同，則可根據電纜外觀加以判斷，包括電纜的顏色、新舊程度、電纜皮的材料等；
（6）若電纜外觀相同，則可根據電纜接線頭加以判斷，包括接線頭的材質、顏色、絕緣包布的材質、顏色等；
（7）若接線頭也相同，則需采用非常規手段了，如有可能，請通訊專業同志配合增加或減少負載量，根據電流變化判斷；
（8）若不可行，則可接駁假負載，人為制造電流變化，加以判斷；
（9）同時需結合電纜吊牌、電纜路由、走向等其它因素共同判斷熔斷器端和受電端的對應關系，不能放過任何一個疑點，要求同時符合所有條件才能最終判定；正線的排摸過程中，兩端測得的電流很可能不一致，則可找到大致對應關系后結合電纜線徑、材質、電纜頭等多種因素后判斷；若仍不能確認，也采取人為影響負載變化的方法，包括復接正線等手段，都可以采用。
2.2 系統并接的方式
開關電源更換中的一個難點在于臨時系統和更換前的老系統及更換后的新系統的并接上。由于通信設備的連續工作特性，要求兩套系統并接需帶電進行，且不能影響設備用電，難度較大。系統并接前，需關閉電池均充模式，同時調節系統浮充電壓。
系統并接一般有以下幾種方式：
2.2.1 銅排直連
兩套系統的正負銅排直接采用硬連接，即銅排直連，老系統需有螺栓緊固點，連接銅排需現場測量尺寸加工沖孔，難度很大，也不美觀，尤其是采用只更新整流模塊方式的，必須采用銅排連接，其中還牽涉到原有銅排的拆除，難度更大。
2.2.2 電纜連接
兩套系統的正負銅排采用電纜直接接駁銅排，難度在于由于電纜較多，較難找到正負銅排上足夠的螺栓緊固點，或找到也不集中，影響負載割接時的施工空間。空載系統浮充電壓適當低一點，以免接電纜時冒火星，并接后，慢慢調高浮充電壓，承擔負載電流。
2.2.3 通過蓄電池端連接
兩套系統的正負銅排通過蓄電池組正負排連接，較安全，施工難度小，且電池在其中起到了調節作用，減小系統波動。空載系統浮充電壓適當調高一點，隨著負載的逐漸增加，系統電壓會降低。
本案例采用第三種方式。
2.3 負載割接的方式
三種更換方案中，對于只更換整流模塊的方案不牽涉到負載割接，其余兩種都牽涉到負載割接，且在不中斷業務的情況下割接，尤其是原位更換更是涉及到割接到臨時系統和割接回新系統兩次，每次割接都會存在較大風險，都需要謹慎對待。這個環節就顯現出前面負載排摸的重要性，摸的越準，出事故的概率越小，同時必須遵循在線電源系統割接基本原則，如低業務風險原則、維護部門全程督導原則等[5].
具體負載可分為幾大類，分別有不同的割接方式對應實施：
（1）可停電負載。
a.通信專業同志配合停止設備工作，監測電流變化，負線電流到零，正線電流明顯減小，這是由于電流總是從電阻小的線路通過的特性決定的；b.拆除熔斷器；c.拆除電纜；d.臨時電纜接長后，接入另一系統；e.裝上熔斷器；f.啟用設備；g.監測電流變化，要求與原值基本一致。
（2）主備用兩路熔斷器輸入的負載。
a.在設備端停止一路電源供電，監測電流變化，另一路電源承擔全部電流，且正線電流也有相應變化；b.拆除熔斷器；c.拆除電纜；d.臨時電纜接長后，接入另一系統；e.裝上熔斷器；f.在設備端恢復供電，監測電流變化，兩路電源分擔電流，且正線電流也有相應變化；g.重復操作另一路熔斷器的割接。
（3）單路輸入的負載。
a.在二級屏周圍尋找同一系統供電的另外二級屏，且二路熔斷器電流相加值不大于單路熔斷器額定值的80%;b.采用臨時電纜并接兩只二級屏正負排；c.拆除熔斷器；d.監測電流變化，另一路熔斷器電流增加，正線電流相應變化；e.拆除電纜；f.臨時電纜接長后，接入另一系統；g.裝上熔斷器；h.監測電流變化，兩路熔斷器電流相應變化，正線電流相應變化。
（4）多根電纜并接的負載。
拆除電纜時，一根一根電纜拆除，同時監測電流變化。
（5）單根電纜輸出的負載。
必須采取先布放臨時電纜措施，再拆除原有電纜，同時監測兩路電纜電流變化。
總之，負載割接時需做到，拆除時量電流，接上時量電壓，同步監測相應的熔斷器和電纜電流變化，變化的方向和大小要和預估保持一致，電壓不得超過-43~-58 V的范圍[6].所有的電纜除割接時握在手中的，全部都要做絕緣處理，電纜標識要清楚，避免現場混亂，方能保證割接安全。
3 總 結
設備隨著生命周期的終結，更換是必然的。在通信行業中，電源設備的不停電更換由于行業的特殊性也是必需的。維護人員只要做好充分的準備工作，包括前期大量的資料收集分析整理，制定詳細的割接方案，根據各種預演突發事件制定應急預案、回退機制，割接時經驗豐富的現場指揮保持清晰的思路、加強現場把控，監護人員保持高度的警惕性，施工人員嚴格按流程操作，膽大心細，帶電更換的成功是可以達成的。
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