中国电信江苏公司运行维护部ITIT设备高压直流供电技术交流设备高压直流供电技术交流2010.3.23.中国电信江苏公司运行维护部 主要内容主要内容n一、高压直流提出的技术背景n二、高压直流电压范围选取n三、单管直流供电问题研究（直流供电时单管长时间运行，安全吗？）n四、高压直流安全方面的技术措施n五、已验证的负载n六、江苏电信内部推进情况中国电信江苏公司运行维护部 提出“高压直流供电”的技术背景n技术背景一、UPS的问题 交流UPS供电的模式在通信系统中安全性、经济性等方面的问题越来越凸显，主要体现在以下几个方面： 1、能耗高 2、可靠性低 3、维护、扩容难度大 4、建设成本大 n技术背景二、高频开关电源技术普及，生产成本已经低于变压器电源n技术背景三、转型业务、数据通信、各种增值业务平台在电信运营商的比重日趋增大，安全要求、节能要求与电源保障提出了空前的要求中国电信江苏公司运行维护部 提出“高压直流供电”的技术背景n解决手段-为解决UPS的问题，江苏电信盐城分公司提出通信用240V直流供电方式（简称高压直流供电方式） 高压直流电源代替UPS电源 高压直流电源比交流UPS电源结构简单、建设成本低、运行可靠性高、操作维修方便，最突出的优点是既安全又节能，在当今全球能源紧张的情况下，高压直流电源代替UPS电源，将给通信行业以及其他大规模使用IT设备的行业产生较大的经济效益和社会效益 中国电信江苏公司运行维护部技术背景IT设备电源电路分析1n由图1可见, 我们只要输入一个范围合适的直流电压给DC/DC变换电路，就同样能安全满足IT设备工作。因为输入端没有工频变压器，所以输入直流不会产生短路阻抗，就没有必要非得交流输入，不用交流也就没有必要用UPS，由此因UPS交流供电引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我们输入的直流合理配上蓄电池，辅以远程监控，构成一个可靠的直流供电系统，就可取代UPS交流供电系统。 交 流输入输入滤波整流滤波DC/DC12V5V3.3V图 1. IT设备电源模块工作原理示意图中国电信江苏公司运行维护部技术背景IT设备电源电路分析26交流供電交流供電直流供電直流供電12V5V3.3VDC/DC12V5V3.3VDC/DC中国电信江苏公司运行维护部 技术背景高压直流供电的可行性1、 IT设备的开关电源前级为整流桥, 并为后级提供一个波动的高压直流2、整流桥后的高压直流范围为: DC250 -336v (交流输入为: AC220V )3、对于直流输入而言, 整流桥可视为直连结论结论: : 只要在交流输入端使用合适范围的高压直流只要在交流输入端使用合适范围的高压直流, IT, IT设设备的开关电源是可以正常工作的备的开关电源是可以正常工作的7中国电信江苏公司运行维护部 高压直流电压范围选取高压直流电压范围选取 n电压选取的基本原则电压选取的基本原则n通信系统可靠性比使用UPS大大提高 n对原有设备不作任何改造 n要适应与IT设备配套的相关设备的使用 n要适应非电信运营企业的使用n要兼顾整个产业链效应n安全与节能兼顾 （近阶段重点要解决安全问题，当前和长远战略综合思考）n尽可能利用现有成熟技术中国电信江苏公司运行维护部 高压直流电压范围选取 n（一）直流电压范围上限计算（一）直流电压范围上限计算（整流二极管最大反向电压）。 通常PC机或服务器铭牌标明工作电压范围180240V ,由此得出电压上限电压为240*1.4=336V U高=336Vn（二）（二） 直流电压范围下限计算直流电压范围下限计算 经过对多种设备的现场测试，IT设备电源模块交流工作电压在180240V范围均能正常工作，根据IT设备电源模块恒功率特性和整流元件直流波形发热特性两方面因素，直流工作电压最低电压计算如下: U低=180*0.91.3 2250V中国电信江苏公司运行维护部单管供电问题研究 n由交流输入供电改成直流输入供电，IT设备的电源模块整流桥路将变成单边工作，原来两只整流管同时工作的模块，改成单管长时间工作，安全问题一直是人们担心的。直流供电时单管长时间工作安全吗？一、整流管工作电流是否在整流管规定的安全参数范围？二、长期运行单管工作散热量是否比双管大？中国电信江苏公司运行维护部图 4.1 交流输入时整流管电流波形 t T/6 T/3 T/2 2T/3 5T/6 T t i 图 4.2 直流输入时整流管电流波形 0.7I n电流计算电流计算n通过测试,IT设备二次电源基本上是一个恒功率设备.n当交流220V供电时,它的等效直流电压为200V.如果将交流220V改为直流260V供电,相当于电压提高了30%,也就是说,此时的输入电流下降了30%.设交流额定输入时,电流为I,则直流输入时,电流为0.7I。 安全问题，结论安全问题，结论1： 高压直流供电整流管工作电流比交流供电时小！高压直流供电整流管工作电流比交流供电时小！中国电信江苏公司运行维护部 安全问题，整流管热量计算安全问题，整流管热量计算n 热量计算热量计算 根据热量计算公式: t K：电能转换成热能系数； R：整流管等效电阻 t：电流通过的时间 设一个周期时间为T 则，交流输入时，单个整流管在一个周期内平均热量: （33）（T/6）/T 1.5（） 直流输入时: （0.70.7）TT （0.49II） 显然, 当整流管等效电阻当整流管等效电阻R R一定时一定时, , 整流管长期工作时整流管长期工作时, , 发热量只有发热量只有交流输入状态下的交流输入状态下的1/3 .1/3 .中国电信江苏公司运行维护部安全问题单管供电，发热量小安全问题单管供电，发热量小n整流管等效电阻R也不是一个常数 ,根据二极管的伏安特性，直流输入状态下的R也比交流输入状态下R小 。结论2：交流输入状态下二极管发热量比直流输入至少大于3倍。n长时间单管直流供电安全吗？ 工作电流小，发热小 结论：安全！安全！中国电信江苏公司运行维护部使用情况使用情况200710200710月江苏盐城开始高压直流供电试验月江苏盐城开始高压直流供电试验n2007年1月开始，中国电信盐城分公司开始试验高压直流供电，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600600多台，基本覆盖了分公司全部机型。n盐城公司从2008年6月份起，凡新装IT设备，全部使用高压直流供电，目前已替换了七套UPS系统，现场装表测量，安全性优于安全性优于UPS,UPS,节能节能25%25%以上。以上。解决UPS供电可靠性问题节能提升供电效率高压直流替代UPS中国电信江苏公司运行维护部使用情况使用情况23套高压直流供电系统在线运行套高压直流供电系统在线运行公司机房名称主要负荷名称及容量改造前原UPS供电情况高压直流设备（标称电压240V，浮充270V）盐城多个数据核心机房计费系统等多个IT业务平台能耗大,安全隐患多艾默生、中达、中恒、动力源等8套设备徐州环城路局号百机房台席150、2层和3层交换机8台、服务器和其他设备15台APC SL60KH（1+1）故障频发中达开关电源30KVA 2套铜山路局数据核心机房（MS 和SHLR）服务器7架、其他设备3架APC SL40KH （1+1）故障频发中达开关电源20KVA 2套无锡北塘分局数据核心机房江苏省号百平台服务器16架等梅兰60KVA1+1系统，艾默生60KVA1+1系统中恒开关电源40KVA 3套大浮电信支局IDC客户托管机房客户服务器30架电信路由器4台爱克塞9390 80KVA2台160KVA 1台中恒开关电源80KVA 2套常州朝阳路局综调中心机房台席70、2层和3层交换机6台、服务器和其他设备5台索克曼UPS30KVA使用10年，故障频发，随时出现阻断。中恒开关电源20KVA 1套文化宫路局数据机房网络视讯服务器6架梅兰日兰UPS2+1并机，3台200KVA UPS使用10年中恒开关电源30KVA 1套扬州东大楼网管网管APCUPS中恒开关电源90A1套南京汉中门局小灵通及网管设备APC40KVA,超龄使用故障频发伊顿（爱克赛）1套连云港解放路168机房168平台20KVAUPS故障频发中恒开关电源40A 2套中国电信江苏公司运行维护部使用情况节能效果好、安全性高使用情况节能效果好、安全性高n采用标称电压为240V的高压直流电源替代交流UPS向IT设备供电，不需要对IT设备内部改造，不需要对IT设备输入接口改造，在保障通信安全、降低运行能耗、节约建设成本、操作维护简单等方面比UPS供电系统具有很大优势。该项目通过现场试验，每套系统均节能2030%。 中国电信江苏公司运行维护部使用情况：解决了哪些问题使用情况：解决了哪些问题1.适应性强，240V直流供电系统能够支持IT设备的主要电源标准（ATX、SSI标准）个案：CRT显示器变色、激光打印机（热量不够，墨烤不干）2.供电系统可靠性大大提高，240V系统最长使用2年，目前所有系统运行稳定，解决了UPS系统故障频发、系统阻断问题分散供电模式蓄电池直接向负荷供电扩容方便，可维护性强3.不存在“零地”电压差问题4.节能效果明显徐州节电27%，无锡节电30%5.节省投资40%以上，减少超前投资50%以上6.全部采用国产电源设备IT设备高压直流供电取代UPS是明显的趋势实验结论中国电信江苏公司运行维护部实操注意事项和存在问题实操注意事项和存在问题1.供电系统全程采用双级保护，即正极和负极均需要安装空开或熔丝等保护器件。2.综合集装架内一律取消插座。3.取消保护接地就近接地的习惯，直流供电系统范围内全部采用三芯线。4.IT设备供电电源“通、断”避免使用设备上的钮子开关，应采用综合集装架分配单元上的空开控制。5.少量IT、IP设备电源输入正负极需要现场调整。中国电信江苏公司运行维护部高压直流安全方面的技术措施高压直流安全方面的技术措施 n1.1.高压直流系统及配电设计高压直流系统及配电设计1）前后级配置，采用熔断器和空开组合方式； 整流器蓄电池直流屏或头柜IT机柜图一、前后级配置示意图中国电信江苏公司运行维护部高压直流安全方面的技术措施n末端控制采用双级空开与单级空开组合方式；总空开采用双级直流空开，单级空开可以采用交流空开或直流空开；见图二、KzK1K2KnK3图二、末端控制方式示意图IT设备电源插头综合集装架高压直流配电单元中国电信江苏公司运行维护部 n各种情况下应不用插座连接，每 个 IT设 备 的电源模块均需要对应一个单级空开控制，一 台 IT设 备 有多个模块时，必须采用多路空开控制，同时多路空开中尽可能来自不同的电源系统或来自不同的末端分配单元；见 图 三 、KzK1 K2KnK3KzK1K2KnK3图三、多电源IT设备供电示意图模块一模块三模块二模块四电源1（或分路1）电源2（或分路2）高压直流安全方面的技术措施中国电信江苏公司运行维护部高压直流安全方面的技术措施n各种情况下不应采用空开串联方式接入系统，避免降低供电可靠性；nIT设备电源模块带有开关时，保持开关在ON状态，见图四 图四 IT设备接入单极控制方式示意图(1) IT设备电源插头 （2）IT设备电源控制开关 （3） 电源头柜空开(3)ONOFF(1)(2)IT设备电源头柜中国电信江苏公司运行维护部 高压直流系统安装割接注意事项n准备工作：现场测试，系统总电流和各机架总电流，估算高压直流系统的放电能力，配置适合的熔断器、空开；n制作临时分配单元、输入和输出正负极性对调的临时线，准备好不同物理形状插头的电源线。（目前在网运行的至少有3种，大量的是梯形的，大功率的IT设备是矩形的，部分小型机采用梯形带凹槽）n采用一路空开控制多路插座插入多个IT电源模块的，考虑割接后采用一路空开控制一个电源模块的配电方式；n高频开关电源交流输入尽可能均分成两路输入。不提倡采用双电源切换装置，避免增加维护难度 ；n对小功率设备割接时，因为内部没有软启动电路，应把供电系统浮充电压调到260V，防止设备开机时产生故障，待全部设备割接完成后，浮充电压再调回到正常值270V左右；n对于双电源输入的IT设备，割接前要检查电源模块是否双配置，如果是只配置了一个模块，应按照单电源IT设备处理，先人工关机，再割接电源。n系统割接完成后，应做一下放电试验，重点检查从浮充转放电时的电压下降幅度，正常情况下，瞬间电压下降幅度应不大于20V。 中国电信江苏公司运行维护部 负载加载测试准备内容n凡是服务器一类设备不需要静态测试，只需要通电测试，观察是否支持高压直流供电；n凡是2008年以后出厂的各种设备不需要静态测试；n对配套IT设备使用的小型设备，通电前用模拟万用表电阻档测量电源输入端电阻，阻值在几十到几百欧之间，表明该设备不能使用高压直流，阻值在几十千欧以上可以通入高压直流开机；n设备送电操作顺序，系统部份由前向后依次送电，开关电源蓄电池直流屏（或头柜）综合集装架总空开；IT设备末端控制由后向前依次送电，IT设备插头连接IT设备开关ON（部分设备没有开关）末端分配单元分路空开；中国电信江苏公司运行维护部已被验证的负载已被验证的负载n见采用高压直流供电的设备清单n其中普通PC机有30多种品牌和笔记本有10多个品牌未统计，因为普通PC机不论何种型号，均采用ATX标准制造，凡采用ATX标准的设备全部支持高压直流，换句话说，PC机全部支持高压直流，笔记本有功率大小之分，无论何种笔记本都支持高压直流，特小的笔记本有可能采用半波整流，可能会出现正负极性对调问题。另外，液晶电视、非变压器的手机充电器、掌上电脑充电器、MP3充电器、机顶盒电源、VCD、功放等也支持高压直流。n现代通信大量使用的EPON和GPON设备，不论哪个厂家的产品、不论哪个品牌的产品，全部支持高压直流。总之，由于高频开关电源技术的广泛使用和便于工业化生产以及开关电源成本低于变压器电源等因素，使得高压直流直接应用于原本需要交流220V供电的场景更多、设备类型更多、范围更广。 中国电信江苏公司运行维护部通信用240V直流供电系统技术要求已经颁发n09年12月1日，由TC4、中国电信提出的通信用240V直流供电系统技术要求YDB 0372009 通过工信部审查，12月10日颁发。26n已引起通信电源行业的广泛关注，产业链支持不存在问题高频开关电源众多厂家有电力操作电源产品系列；产品技术要求规范、明确现场试验包括：中达电通、艾默生、中恒、动力源、伊顿等蓄电池无特殊要求电缆、母线载流量比-48V系统低，现有产品系列基本可以兼容；无特殊要求开关、熔断器等控制器件有各种电压等级、电流规格的产品，已经通过大量现场障碍模拟实验（与国家电力公司的运行规范相背，专利重要权利之一）中国电信江苏公司运行维护部发明专利已通过了受理、审查程序，发明专利已通过了受理、审查程序，09年年12月开始对社会公示月开始对社会公示27中国电信江苏公司运行维护部江苏公司内部推进措施江苏公司内部推进措施 n1、鼓励试点，将高压直流列为创新项目，对复制、采用创新项目的其他本地网，将在年度考评中加分、创新项目原创单位也相应加分。n2、组织虚拟团队对试点地市进行技术支撑，成立技术支撑组（由各地有数次割接经验的技术人员组成）。n3、对高压直流割接进行管控，各地高压直流割接必须报省公司，省公司安排相应的技术支持、以保证割接成功率；同时组织其他地市人员现场观摩，为即将进行高压直流改造的地市培训人员。n4、鼓励向割接单位提供技术支持，2010动力专业月度考核增加“高压直流等新技术推广中，对外市进行技术支持的，酌情加0.5-5分”。n5、省公司召开会议对高压直流进行技术交流推广。除在省动力专业会议上对高压直流技术进行推广、辩论、交流，还以专题会议的方式交流。不但在电源专业内部交流，还针对计划建设及采购部门进行专门交流。n6、2008年发布了通信设备高压直流供电安装设计规范。中国电信江苏公司运行维护部江苏公司内部推进措施江苏公司内部推进措施n7、2009年起草了高压直流维护规范V1.0、通信用240V直流开关电源系统技术规范书（招标）。n8、目前除盐城运行8套外，徐州4套、无锡5套、常州2套、扬州1套、南京1套、连云港2套（共23套）。苏州、镇江即将上线。在用设备品牌有艾默生、动力源、中恒、中达、伊顿（艾克赛）。n9、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；n10、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；n11、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，采用高压直流系统建立可靠的备份供电系统。中国电信江苏公司运行维护部敬请各位专家批评指正！30