通信工程设计中配置蓄电池组容量的计算方法

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【作者】 郭武  吴文静 

【关键词】计算方法 温度调整系数 安全系数 放电容量系数 

【出版日期】2005-05-15

【摘要】在通信局站中,直流供电系统和UPS供电系统都配置了相应容量的蓄电池组。在通信工程设计中,系统中的蓄电池组的容量选择有不同的方法,本文就蓄电池组容量计算常用的三种方法进行探讨。

【刊名】电信工程技术与标准化

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1蓄电池组在通信局站中的重要性在通信局站中,蓄电池组的应用非常广泛。通信设备一般所需的直流电压为48V/24V;所需的交流电压为380V/220V。为满足通信设备的用电需要,在通信局站中,根据通信设备的要求,需设置相应的直流供电系统和交流不间断电源(UPS)供电系统。直流供电系统由高频开关整流设备、配电设备及蓄电池组等设备组成;UPS供电系统由UPS、输入输出配电设备及蓄电池组组成。当交流电源中断时,系统中的蓄电池组是支持通信设备不间断并正常工作的唯一后备电源。由此可见,蓄电池组在直流供电系统、UPS供电系统中的重要性。2通信用蓄电池组放电小时数的取定根据中华人民共和国通信行业规范YD5040-97《通信电源设备安装设计规范》(以下简称“设计规范”)及相关行业标准(规范),在直流供电系统中,一台直流配电屏一般接两组蓄电池,每个直流供电系统一般设置两组蓄电池。在特殊情况下,一个系统也会出现设置数台直流配电屏、3组蓄电池甚至更多的蓄电池组。选择配置的蓄电池组总容量应符合设备规范中相应通信设备的放电时间要求,并适当考虑供电系统在今后适当发展的需求。在UPS供电系统中,每台UPS接一组蓄电池,即使某台UPS接入两组蓄电池组(两组蓄电池组并联),但我们仍然认为该台UPS接一组蓄电池组。蓄电池组放电时间的选定要符合规范的要求,放电功率应满足UPS供电系统相应输出功率的要求。一般两台并联冗余的UPS供电系统中,两组蓄电池的放电时间宜依据“设计规范”的规定按单台UPS满载工作设定;3台UPS并联冗余供电系统(两主一备)中,3组蓄电池组的放电时间宜依据“设计规范”的规定按两台并联UPS满载工作设定。根据“设计规范”的规定,通信用蓄电池组放电小时数按表1设置。3通信用蓄电池组在工程中的计算在通信电源工程设计中,计算蓄电池组容量的方法有多种,但在实际应用中一般按以下3种计算方式:(1)根据“设计规范”中的要求计算;(2)根据蓄电池厂商提供的蓄电池恒流放电电流表查表计算;(3)根据蓄电池厂商提供的蓄电池额定放电功率电信工程技术与标准化-26-2005.5表查表计算。在工程设计中,用于直流供电系统中的蓄电池组容量计算一般是设计单位负责,采用的计算方法也是一致的,即按“设计规范”的规定计算。在UPS供电系统设计中,UPS设备所配蓄电池组有相当部分都是UPS厂商进行容量计算。这就出现了UPS厂商的蓄电池组容量计算结果往往小于设计单位按“设计规范”所计算出的结果。为什么会出现上述情况,下面我们就从蓄电池组容量计算的3种方法中探讨一下通信电源工程设计中的蓄电池组容量计算问题。3.1按“设计规范”中蓄电池组容量计算方法设计人员可根据规范中的要求,经建设单位认可后,设定系统中的蓄电池组总容量的放电小时率。具体放电小时数根据市电类别按表1设定。根据”设计规范”,设计中所配置的蓄电池组总容量应按公式(1)计算:式中:Q:蓄电池组容量(Ah);K:安全系数,取1.25;I:负荷电流(A);T:放电小时数(h);η:放电容量系数;市电类别一类市电二类市电三类市电四类市电蓄电池组放电小时数(h)0.5一般局站为1~2光缆、微波有人站为3光缆、微波无人站见备注一般局站为2~3光缆、微波有人站为6~8光缆、微波无人站见备注8~24备注无人值守通信站电池放电小时数应根据以下因素考虑:a.接到故障信号后应有一定的准备时间(一般不超过1h)b.从维护点到无人站的行程时间c.故障排除时间(一般不超过3h)d.一般夜间不派技术人员检修(最长等待时间不超过12h)根据市电供电情况表1蓄电池组放电小时数设置表t:实际电池所在地最低环境温度数值。所在地有采暖设备时,按15℃考虑,无采暖设备时,按5℃考虑;α:电池温度系数(1/℃),当放电小时率≥10时,取α=0.006;当10>放电小时率≥1时,取α=0.008;当放电小时率<1时,取α=0.01。阀控式铅酸蓄电池不同放电小时的放电容量系数η见表2。在工程设计计算时,我们可根据“设计规范”从公式(1)得公式(2):Q=CI(2)式中:Q:蓄电池组容量(Ah);C:容量计算系数;I:负荷电流(A)。根据“设计规范”,在不同放电时间、不同环境温度情况下得出蓄电池组容量计算系数(C),详见表3。在工程计算时,我们可根据负荷电流及表3中的蓄电池组容量计算系数(C)快速计算出蓄电池组的总容量。例1:有一北方地区程控交换局,其中程控交换机直流负荷为-48V/750A,传输设备负荷为-48V/130A,程控交换设备和传输设备共用一套直流供电系统,市电类别按二类市电,计算直流供电系统所配置蓄电池组容量。Q≥K I T(1)η[1+α(t-25)]电池放电小时数(h)放电终止电压(V)放电容量系数η≥20≥1.851101.8181.80.9461.80.8841.80.7931.80.7521.80.611.80.451.750.551.750.41.70.450.51表2阀控式铅酸蓄电池放电容量系数η通信电源专题电信工程技术与标准化-27-2005.5二类市电的程控交换局直流供电系统配置的蓄电池组总容量按1~2h放电率计算,取T=1h;北方地区程控交换局一般有采暖设备,即环境温度t=15℃;单只蓄电池放电终止电压取1.8V;-48V直流通信负荷合计为:I=750+130=880A;查表3中蓄电池组容量计算系数C为3.02,即由公式(2)得出:Q=CI=3.02×880=2658Ah所以两组蓄电池组的总容量应不小于2658Ah,即每组蓄电池容量不小于1329Ah。若不考虑满足今后通信设备适当发展,本工程应选用两组1400Ah的阀控式铅酸蓄电池组。从例1看出,按“设计规范”计算通信用蓄电池组总容量非常简单,只需按“设计规范”的有关规定,结合工程设计中所收集的通信负荷等资料,即可快速准确地计算出蓄电池组的总容量及选配电池。我们再看一个选择UPS供电系统蓄电池组的计算实例。例2:东北某工程需要配置两台并联冗余的UPS,每台UPS额定容量为200kVA,蓄电池组总容量应满足电源故障后单台UPS满载运行1h的要求。UPS蓄电池组额定电压为384V,逆变器低压告警点为蓄电池组330V,计算每台UPS应该接多少容量的蓄电池组。从示例中得出,蓄电池组单体只数为384/2(V/单体)=192只,取终止电压1.75V,这里放电终止电压取定为192(只)×1.75=336V>330V。(1)UPS放电电流计算I=(P×1000×cosφ)/(η×N×E)式中:I:UPS放电电流;P:UPS额定容量(kVA);cosφ:功率因数,本工程取定0.8;η:逆变器效率,本工程0.94;N:蓄电池组只数(2V),192只;E:单个蓄电池放电的终止电压,1.75V/单体。注:放电电流我们在这里按单体蓄电池放电终止电压为1.75V取定。I=(P×1000×cosφ)/(η×N×E)=(200×1000×0.8)/(0.94×192×1.75)=506.6A(2)蓄电池组容量计算从表2中查出蓄电池容量计算系数C为2.25,故:Q=CI=2.25×506.6=1139.85Ah按每台U P S接一组蓄电池,若选用美国G N BABSOLYTEⅡP系列阀控式密封铅酸蓄电池,在设备供应商提供的表中查得,本工程应选用90A15630Ah蓄电池。放电时间0.5h*0.5h*1h*1h*2h3h4h5h6h7h8h5℃1.741.952.713.314.885.957.548.9610.1511.4512.6715℃1.541.742.253.024.465.446.888.189.2610.4511.56环境温度放电时间9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h19h5℃13.8114.2115.6317.0518.4719.8921.3122.7324.1525.5726.9915℃12.6113.3014.6315.9617.2918.6219.9521.2822.6123.9425.27环境温度放电时间20h21h22h23h24h30h36h48h3d4d5d5℃28.4129.8331.2532.6734.0942.6151.1468.18102.27136.36170.4515℃26.6027.9329.2630.5931.9139.8947.8763.8395.74127.66159.57环境温度放电时间6d7d8d9d10d12d14d20d24d28d30d5℃204.55238.64272.73306.82340.91409.09477.27681.82818.18954.551022.7315℃191.49223.40255.32287.23319.15382.98446.81638.30765.96893.62957.45环境温度表3阀控式铅酸蓄电池组容量计算系数(C)注:表中带*号格中,第一个0.5h、1h分别是蓄电池放电终止电压为1.7V和1.75V;第二个0.5h、1h分别是蓄电池放电终止电压为1.75V和1.80V。通信电源专题电信工程技术与标准化-28-2005.53.2根据蓄电池厂商提供的蓄电池恒流放电电流表查表计算同样是例2,UPS放电总电流为506.6A,即每台UPS放电电流为506.6/2=253.3A。查表4得蓄电池组放电1h,放电终止电压为1.75V,满足放电电流253.3A的蓄电池为90A13540Ah。若考虑温度对放电的影响,k=[1+α(t-25)]=0.92,每台UPS放电电流为253.3/0.92=275.3A。若不考虑安全系数K,在表4中查出应选用90A13540Ah蓄电池。若考虑安全系数K,每台UPS放电电流为275.3×1.25=344.1A。在表4中查出应选用90A15630Ah蓄电池。3.3根据蓄电池厂商提供的蓄电池额定放电功率表查表计算同样是例2,UPS放电的直流功率为:Pdc=P×cosφ/η=(200000×0.8)/0.94=173913W即每台UPS半载时放电的直流功率为173913/2=86956.5W。考虑每台UPS接一组蓄电池,每组蓄电池额定电压为384V,有192个单体,即每个单体电池放电终止电压为1.75V的额定放电功率为86956.5/192=453W。查得表5中1h放电率的蓄电池应选用90A13540A。考虑温度对放电的影响,k=[1+α(t-25)]=0.92,每台UPS放电直流功率为453/0.92=492.4W。查得表5中1h放电率的蓄电池应选用90A13540A。若考虑安全系数K,每台U P S放电直流功率为492.4×1.25=615.5W。在表5中查出应选用90A17720Ah蓄电池。这就出现两种不同的选择,而UPS厂家往往忽略了安全系数K。3.4三种计算方法的区别从三种蓄电池组容量计算方法看,若考虑温度调整系数及安全系数时,3种计算结果基本相当。为什么会出现某些UPS厂商所配蓄电池组的容量设计单位提供的UPS供电系统的技术规范书偏小的问题呢?我们知道公式(1)中蓄电池组温度系数α为0.006~0.01,蓄电池所在地实际最低环境温度值t为5℃或15℃,所以[1+α(t-25)]的值应在0.8~0.94之间,蓄电池安6h1.8V终止1624324048562640536780931071201341471601744h1.8V终止213243546576355371881061241421591771952132313h1.8V终止2740536780944466881101321541761982202422642862h1.8V终止3654729010812659881181471772062362652953253543841h1.8V终止5583111139167195941411892362833313784254735205676151h1.75V终止588711614617520410015120125130235240245350355360465430mi

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