遥控静音型便携柴油发电机在传输汇聚机房中的设计及应用

2015-03-15唐智文

通信电源技术 2015年1期

唐智文

（中国移动通信集团广东有限公司河源分公司，广东河源517300）

0 引言

在当前的信息化时代，传输汇聚机房和VIP基站主要承载着2G／3G／4G以及集团客户等重要网络业务，属于通信网络的重要站点，特别是传输汇聚机房，往往下带着上百个2G／3G／4G基站，其一旦出现故障，可能造成巨大经济损失。因此，传输汇聚机房运行的安全性与可靠性非常重要，应急保障要求较高，停电后需要马上组织发电，但由于噪声、功率、搬运、安全等原因，发电工作存在一定的难度：

（1）市区发电噪声扰民问题：大部分站点晚上无法发电，被当地居民投诉甚至驱赶，造成传输机房或VIP站点存在退服的风险。

（2）功率不足问题：目前基站使用的便携式汽油发电机功率在10 k W左右，无法承担市区站点和传输机房的设备，特别是共站址的机房，只能分别负担基站设备或传输设备，有的空调无法带载，停电时传输机房温度告警，风险较高。

（3）搬运问题：如果采用20 k W以上的发电机，功率能够满足要求，但因重量问题导致搬运困难，无法便携使用。

（4）发电安全问题：汽油挥发性强，易燃易爆，化学特性不稳定，在储存、运输、发电过程中安全隐患较高。

鉴于传输节点和VIP站点均面临发电困难问题，有必要探讨新的发电模式和工具，以更好地保障网络的应急供电，同时实现节能减排。本文研发的遥控升降式静音型便携柴油发电机组，缓解了噪音扰民、功率不足、搬运困难、便携发电机安全隐患等问题，有利于节能减排，满足了重要机房的发电保障需求，提升停电保障能力。

1 传输汇聚机房供电的特点

如图1所示，传输汇聚机房或VIP基站动力系统结构大多采用标准化配置，正常时由外部市电供电，在市电中断时由开关电源或应急柴油发电机供电，至于应急柴油发电机发电时间则由开关电源蓄电池的后备时长及传输汇聚机房及基站的重要等级决定。

由于传输汇聚机房及VIP基站承载的业务都比较重要，其安全和可靠性要求较高，一般一个传输汇聚机房或VIP基站负荷在20～30 k W左右，通常采用50 k W拖挂车式柴油发电机或整车式柴油发电机为传输机房发电，但存在噪声、成本较高、容量过剩、运输安全隐患等问题，难以普及应用。

图1 传输汇聚机房动力系统标准化配置

柴油发电机组由柴油机及其调速系统、发电机及其励磁系统组成，系统结构框图如图2所示［1，2］。柴油机供给发电机原动力，而调速系统通过检测实际转速，调节柴油机的输出动力大小，构成转速的闭环控制，在一定负载变化范围内保证发电机的转速稳定，保证电压的频率稳定［3］。发电机的励磁系统通过检测发电机端电压和负载电流调节励磁电流大小，构成电压的闭环控制，调节其输出无功功率，保证发电机输出电能的质量［4，5］。

图2 柴油发电机组系统结构框图

2 便携柴油发电机的设计

将柴油发电机、液压升降系统、降噪、控制系统、散热装置、电缆盘等集成在箱体里面，形成一体化遥控升降式静音型便携柴油发电机组，实现单人对1吨多的发电机组进行控制发电，解决噪声、搬运、安全等问题。

（1）液压升降支腿结构设计

从经济、实用、可靠性出发，4个旋转支腿采用转轴方式，轴套采用免维护的无油轴套，此种方式可靠性高，基本上不用额外的保养，如图3所示。

图3 液压升降支腿结构示意

左右旋转支腿时拨动棘轮卡位，便可手动旋转到任意位置。在转轴中心加装重型棘轮结构，左右旋转时只需轻轻拨动卡位便可轻松转动，实物及原理如图4所示。

（2）液压升降结构及同步控制系统设计

液压系统采用2.2 k W直流DC 12 V液压驱动单元，为不影响机组正常启动，特单独配一组200 Ah的动力型蓄电池作为动力单元的电源。机组启动电池与液压单元的动力型电池分别配备市电充电器。考虑机组的移动型，市电充电器的电线加装一只自动卷线器提升用电安全。

根据实际工况，要使系统安全平稳实现上下车，升降系统必须满足：四个支腿既可单独工作，又可双向同步工作，且同步精度越高越好。在每个油缸分别配备一组保压阀、三位四通换向阀、防爆阀、组合阀块，让每个油缸与驱动单元间形成单独的回路，通过三位四通换向阀配合双作用油缸，便可实现每个油缸单独双向控制。为了确保支腿能在任意高度停止，每个油缸加装了液压锁，即油缸停止时液压锁马上锁住液压油使油缸保持在即时位置；油缸采用稳定可靠的集流分流阀来调节油缸同步。考虑在支腿工作时液压驱动单元与油缸之间的连接软管有破裂的可能，造成安全隐患，在油缸的进回油出口处加装了防爆阀，控制原理为当防爆阀的两端压力差过大时防爆阀立即锁住油缸里的液压油而使之停留在即时位置。

图4 液压升降支腿结构原理

四组液压元件均为单独的回路，再另加一组相同阀块，该组油路的出油口接一组一分二的分流集流阀（同步阀），先把流量泵的液压油均匀地分成两份后，再把等分后的油路后分别接一组分流集流阀，即把流量分成了四等分，再分别接入每个支腿的油缸中，控制该组阀块便可以使四个支腿同步工作，系统选用组合调节式分流集流阀可把同步精度调节在3%以内。机组在升降的过程中，为了避免因机械故障造成伤害，采用工业级的无线遥控进行人与设备不直接接触的操作方式，完成所有的升降动作。液压自动升降支腿的同步控制原理如图5所示。

（3）静音降噪结构设计

柴油发电机裸机的实测噪声达到1 m处103分贝，目前常用静音箱的噪声为1 m处80 d B左右，通过优化方案将静音箱与便携式柴油发电机整合为一体达到降噪效果。

便携式柴油发电机的静音箱分为进风消音室、油机消音室、排风消音室三部分，三个消音室各形成一个阻抗复合消音器，油机消音室依靠一个300 mm×300 mm的方窗来进风，排风完全通过风机完成，进风利用中压风机较大的吸力来增加风量并加快风速从而衰减噪声在空气中逆向传递，静音箱的内壁均贴上新一代的防水防油阻燃吸音棉。三个消音室在结构上把进、排气噪声分别经过两个阻抗复合消音器后再传出箱体外面。便携式柴油发电机静音箱的阻抗消音结构如图6所示。

图5 液压自动升降支腿的同步控制原理

图6 便携式柴油发电机静音箱的阻抗消音结构示意图

（4）其它辅助设施设计

脚轮：箱体的底部加装四个进口重型万向工业脚轮，该脚轮可靠耐用，单只额定承重1.5 T，还可通过扳手来调节脚轮的螺栓来达到调节机组水平和刹车作用。

电缆：机组还配备了手动电缆绞盘，绞盘可绞4×102电缆线30～50 m。绞盘集成在箱体里面加装防盗门锁。电缆两头接上IP67的航空工业插头，方便应急发电时的快捷接线。

油箱：机组配置了满足24 h运行的油箱，满足应急发电的时长。

控制装置系统：配置机组运行控制装置，满足机组启动、运行、告警保护等控制需求。

（5）系统制造工艺设计

系统的每个部件先经过设计人员画出1∶1的立体三维图，通过一系列的摸拟找出最合适的装配图，钣金箱体经过专业的软件出具标准的展开图，经高精度的数控光纤激光切割机、数控冲床、数拆加工成形后表面经喷塑而成，为适应室外恶劣环境，所有较链、门锁、连接螺栓都采用不锈钢。

3 实例与分析

某大学城传输汇聚机房位于大学城边，与大学城相邻，站点承载传输省干和本地网汇聚业务、下带基站约130个。站点的通信设备和空调总负荷约15 k W，蓄电池的后备时长约6 h。每月停电一至两次，停电时长6～10 h（含计划、故障停电），平时保障存在两个问题，一是负荷较大，常用便携式汽油发电机容量不足（10 k W左右），需要分级保障，关掉空调、降低电池充电电流、对开关电源进行轮流供电等；二是常规发电机噪声较大，影响学校上课及晚上休息，引起学校多次投诉。

采用上述遥控静音型便携柴油发电机设计方案，使用庆铃100P运输20 k W风冷发电机，通过遥控升降装置将发电机升起，将小货车倒入后，通过遥控升降将发电机放置在小货车上，运输到发电现场，再通过遥控装置，将机组放在地上，然后布放电缆并连接好进行发电，为传输汇聚机房供电。整个保障过程，一个人遥控操作，一个人监护，不需要进行人力搬运，快捷方便且安全可靠。具体优点包括：

（1）在噪声方面：实测值在1 m外70 d B（7 m处53 d B），基本上不影响学校上课及晚上休息。

（2）在发电功率方面：功率20 k W，可以满足站点的全部重要负荷使用，不需要再进行分级保障。

（3）在经济方面，该方案以较低的投入实现了便携式柴油发电机，替代了车载式移动电源车，免去高昂的特种车辆改装费、复杂的审批流程、以及车辆后期日常开支及维护费用，取得可观的经济效益。每套成本投入预算价格在13～18万元（含发电机），相比相同功率、相同噪声标准的车载式发电机组（约40～50万元）节省了2倍以上费用，且不支付后期车辆的维护费用及相关经费。