IT設備高壓直流供電技術交流2010.3.23.主要內容一、高壓直流提出的技術背景二、高壓直流電壓范圍選取三、單管直流供電問題研究（直流供電時單管長時間運行，安全嗎？）四、高壓直流安全方面的技術措施五、已驗證的負載六、江蘇電信內部推進情況

提出“高壓直流供電”的技術背景技術背景一、UPS的問題交流UPS供電的模式在通信系統中安全性、經濟性等方面的問題越來越凸顯，主要體現在以下幾個方面：

1、能耗高

2、可靠性低

3、維護、擴容難度大

4、建設成本大技術背景二、高頻開關電源技術普及，生產成本已經低于變壓器電源技術背景三、轉型業務、數據通信、各種增值業務平臺在電信運營商的比重日趨增大，安全要求、節能要求與電源保障提出了空前的要求技術背景——IT設備電源電路分析1由圖1可見,我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路，就同樣能安全滿足IT設備工作。因為輸入端沒有工頻變壓器，所以輸入直流不會產生短路阻抗，就沒有必要非得交流輸入，不用交流也就沒有必要用UPS，由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我們輸入的直流合理配上蓄電池，輔以遠程監控，構成一個可靠的直流供電系統，就可取代UPS交流供電系統。交流輸入輸入濾波整流濾波DC/DC12V5V3.3V圖1.IT設備電源模塊工作原理示意圖技術背景——IT設備電源電路分析26交流供電直流供電12V5V3.3VDC/DC 12V5V3.3VDC/DC 技術背景——高壓直流供電的可行性1、IT設備的開關電源前級為整流橋,并為后級提供一個波動的高壓直流2、整流橋后的高壓直流范圍為:DC250-336v(交流輸入為:AC220V)3、對于直流輸入而言,整流橋可視為直連結論:

只要在交流輸入端使用合適范圍的高壓直流,IT設備的開關電源是可以正常工作的7

高壓直流電壓范圍選取

（一）直流電壓范圍上限計算（整流二極管最大反向電壓）。通常PC機或服務器銘牌標明工作電壓范圍180～240V,由此得出電壓上限電壓為240*1.4=336VU高=336V（二）直流電壓范圍下限計算經過對多種設備的現場測試，IT設備電源模塊交流工作電壓在180～240V范圍均能正常工作，根據IT設備電源模塊恒功率特性和整流元件直流波形發熱特性兩方面因素，直流工作電壓最低電壓計算如下:U低=180*0.9÷1.3×2≈250V單管供電問題研究

由交流輸入供電改成直流輸入供電，IT設備的電源模塊整流橋路將變成單邊工作，原來兩只整流管同時工作的模塊，改成單管長時間工作，安全問題一直是人們擔心的。直流供電時單管長時間工作安全嗎？一、整流管工作電流是否在整流管規定的安全參數范圍？二、長期運行單管工作散熱量是否比雙管大？圖4.1交流輸入時整流管電流波形

tT/6

T/3

T/2

2T/35T/6Tti圖4.2直流輸入時整流管電流波形0.7I

電流計算通過測試,IT設備二次電源基本上是一個恒功率設備.當交流220V供電時,它的等效直流電壓為200V.如果將交流220V改為直流260V供電,相當于電壓提高了30%,也就是說,此時的輸入電流下降了30%.設交流額定輸入時,電流為I,則直流輸入時,電流為0.7I。安全問題，結論1：

高壓直流供電整流管工作電流比交流供電時小！安全問題－單管供電，發熱量小整流管等效電阻R也不是一個常數,根據二極管的伏安特性，直流輸入狀態下的R也比交流輸入狀態下R小。結論2：交流輸入狀態下二極管發熱量比直流輸入至少大于3倍。長時間單管直流供電安全嗎？

工作電流小，發熱小結論：安全！使用情況－200710月江蘇鹽城開始高壓直流供電試驗2007年1０月開始，中國電信鹽城分公司開始試驗高壓直流供電，從辦公PC機逐步擴展到服務器、網絡設備（二層交換機、三層交換機、光纖交換機、防火墻等）、磁盤陣列、小型機、營業廳票據打印機等600多臺，基本覆蓋了分公司全部機型。鹽城公司從2008年6月份起，凡新裝IT設備，全部使用高壓直流供電，目前已替換了七套UPS系統，現場裝表測量，安全性優于UPS,節能25%以上。解決UPS供電可靠性問題節能—提升供電效率高壓直流替代UPS使用情況－23套高壓直流供電系統在線運行公司機房名稱主要負荷名稱及容量改造前原UPS供電情況高壓直流設備（標稱電壓240V，浮充270V）鹽城

多個數據核心機房

計費系統等多個IT業務平臺

能耗大,安全隱患多艾默生、中達、中恒、動力源等8套設備徐州環城路局號百機房臺席150、2層和3層交換機8臺、服務器和其他設備15臺APCSL60KH（1+1）故障頻發中達開關電源30KVA2套銅山路局數據核心機房（MS和SHLR）服務器7架、其他設備3架APCSL40KH（1+1）故障頻發中達開關電源20KVA2套無錫北塘分局數據核心機房江蘇省號百平臺服務器16架等梅蘭60KVA1+1系統，艾默生60KVA1+1系統中恒開關電源40KVA3套大浮電信支局IDC客戶托管機房客戶服務器30架電信路由器4臺愛克塞939080KVA2臺160KVA1臺中恒開關電源80KVA2套常州朝陽路局綜調中心機房臺席70、2層和3層交換機6臺、服務器和其他設備5臺索克曼UPS30KVA使用10年，故障頻發，隨時出現阻斷。中恒開關電源20KVA1套文化宮路局數據機房網絡視訊服務器6架梅蘭日蘭UPS2+1并機，3臺200KVAUPS使用10年中恒開關電源30KVA1套揚州東大樓網管網管APCUPS中恒開關電源90A1套南京漢中門局小靈通及網管設備APC40KVA,超齡使用故障頻發伊頓（愛克賽）1套連云港解放路168機房168平臺20KVAUPS故障頻發中恒開關電源40A2套使用情況：解決了哪些問題適應性強，240V直流供電系統能夠支持IT設備的主要電源標準（ATX、SSI標準）個案：CRT顯示器變色、激光打印機（熱量不夠，墨烤不干）供電系統可靠性大大提高，240V系統最長使用2年，目前所有系統運行穩定，解決了UPS系統故障頻發、系統阻斷問題分散供電模式蓄電池直接向負荷供電擴容方便，可維護性強不存在“零地”電壓差問題節能效果明顯徐州節電27%，無錫節電30%節省投資40%以上，減少超前投資50%以上全部采用國產電源設備IT設備高壓直流供電取代UPS是明顯的趨勢實驗結論實操注意事項和存在問題供電系統全程采用雙級保護，即正極和負極均需要安裝空開或熔絲等保護器件。綜合集裝架內一律取消插座。取消保護接地就近接地的習慣，直流供電系統范圍內全部采用三芯線。IT設備供電電源“通、斷”避免使用設備上的鈕子開關，應采用綜合集裝架分配單元上的空開控制。少量IT、IP設備電源輸入正負極需要現場調整。高壓直流安全方面的技術措施

1.高壓直流系統及配電設計1）前后級配置，采用熔斷器和空開組合方式；

整流器蓄電池直流屏或頭柜IT機柜圖一、前后級配置示意圖

各種情況下應不用插座連接，每個IT設備的電源模塊均需要對應一個單級空開控制，一臺IT設備有多個模塊時，必須采用多路空開控制，同時多路空開中盡可能來自不同的電源系統或來自不同的末端分配單元；見圖三、KzK1K2KnK3KzK1K2KnK3圖三、多電源IT設備供電示意圖模塊一模塊三模塊二模塊四電源1（或分路1）電源2（或分路2）高壓直流安全方面的技術措施高壓直流安全方面的技術措施各種情況下不應采用空開串聯方式接入系統，避免降低供電可靠性；IT設備電源模塊帶有開關時，保持開關在ON狀態，見圖四圖四IT設備接入單極控制方式示意圖(1)IT設備電源插頭（2）IT設備電源控制開關（3）電源頭柜空開(3)ONOFF(1)(2)IT設備電源頭柜

高壓直流系統安裝割接注意事項準備工作：現場測試，系統總電流和各機架總電流，估算高壓直流系統的放電能力，配置適合的熔斷器、空開；制作臨時分配單元、輸入和輸出正負極性對調的臨時線，準備好不同物理形狀插頭的電源線。（目前在網運行的至少有3種，大量的是梯形的，大功率的IT設備是矩形的，部分小型機采用梯形帶凹槽）采用一路空開控制多路插座插入多個IT電源模塊的，考慮割接后采用一路空開控制一個電源模塊的配電方式；高頻開關電源交流輸入盡可能均分成兩路輸入。不提倡采用雙電源切換裝置，避免增加維護難度；對小功率設備割接時，因為內部沒有軟啟動電路，應把供電系統浮充電壓調到260V，防止設備開機時產生故障，待全部設備割接完成后，浮充電壓再調回到正常值270V左右；對于雙電源輸入的IT設備，割接前要檢查電源模塊是否雙配置，如果是只配置了一個模塊，應按照單電源IT設備處理，先人工關機，再割接電源。系統割接完成后，應做一下放電試驗，重點檢查從浮充轉放電時的電壓下降幅度，正常情況下，瞬間電壓下降幅度應不大于20V。

已被驗證的負載見《采用高壓直流供電的ＩＴ設備清單》其中普通PC機有30多種品牌和筆記本有10多個品牌未統計，因為普通PC機不論何種型號，均采用ATX標準制造，凡采用ATX標準的設備全部支持高壓直流，換句話說，PC機全部支持高壓直流，筆記本有功率大小之分，無論何種筆記本都支持高壓直流，特小的筆記本有可能采用半波整流，可能會出現正負極性對調問題。另外，液晶電視、非變壓器的手機充電器、掌上電腦充電器、MP3充電器、機頂盒電源、VCD、功放等也支持高壓直流。現代通信大量使用的EPON和GPON設備，不論哪個廠家的產品、不論哪個品牌的產品，全部支持高壓直流。總之，由于高頻開關電源技術的廣泛使用和便于工業化生產以及開關電源成本低于變壓器電源等因素，使得高壓直流直接應用于原本需要交流220V供電的場景更多、設備類型更多、范圍更廣。

《通信用240V直流供電系統技術要求》已經頒發09年12月1日，由TC4、中國電信提出的《通信用240V直流供電系統技術要求YDB037—2009》通過工信部審查，12月10日頒發。26已引起通信電源行業的廣泛關注，產業鏈支持不存在問題高頻開關電源眾多廠家有電力操作電源產品系列；產品技術要求規范、明確現場試驗包括：中達電通、艾默生、中恒、動力源、伊頓等蓄電池無特殊要求電纜、母線載流量比-48V系統低，現有產品系列基本可以兼容；無特殊要求開關、熔斷器等控制器件有各種電壓等級、電流規格的產品，已經通過大量現場障礙模擬實驗（與國家電力公司的運行規范相背，專利重要權利之一）發明專利已通過了受理、審查程序，09年12月開始對社會公示27江蘇公司內部推進措施7、2009年起草了《高壓直流維護規范V1.0》、《通信用240V直流開關電源系統技術規范書（招標）》。8、目前除鹽城運行8套外，徐州4套、無錫5套、常州2套、揚州1套、南京1套、連云港2套（共23套）。蘇州、鎮江即將上線。在用設備品牌有艾默生、動力源、中恒、中達、伊頓（艾克賽）。9、原有機房通信設備采用UPS系統供電的，仍繼續使用，原