Практическая надежность систем гарантированного и бесперебойного электропитания комплексов телекоммуникационного оборудования

Современные системы телекоммуникаций характеризуются высокой надежностью, что обеспечивает качество и бесперебойность услуг связи. Одним из важных компонентов обеспечения надежности функционирования оборудования связи является правильный выбор структуры и алгоритма функционирования системы электропитания. В современных комплексах телекоммуникационного оборудования требования к системам электропитания очень высоки и включают в себя помимо высоких качественных характеристик питающих напряжений жесткие требования к структуре системы, которая должна обеспечивать бесперебойность и переход на автономное питание без изменения заданных технических характеристик

Классическая схема системы электропитания объекта связи включает источники бесперебойного питания (ИБП) и автономный источник электроэнергии, обычно дизель-генераторную установку (ДГ). Современный комплекс электропитания такого состава полностью автоматизирован, что обеспечивает высокие характеристики надежности функционирования оборудования связи при любых неполадках в питающей сети в непрерывном режиме. Однако в стандартной комплектации оборудования не всегда учитываются особенности работы энергетического оборудования при комплексировании ИБП и ДГ в условиях непредсказуемого характера отклонений в характеристиках питающей сети.

Опыт эксплуатации подобных систем электропитания определил необходимость поиска нестандартных решений в комплексировании ИБП и ДГ, эксплуатационно-технические характеристики которых разнородны и определяются разными принципами заложенными в основу их работы. В частности, для ИБП это характеристики зарядно-разрядных циклов аккумуляторных батарей служащих элементом сохранения энергии при аварии внешнего источника питания, а для ДГ это циклы запуска-останова, являющиеся наиболее сложными режимами для работы двигателя. В то же время опыт эксплуатации оборудования показывает на высокую вероятность выхода параметров питающей сети за нормированные пределы с высокой частотой повторяемости. В этих условиях работа классической схемы ИБП и ДГ проходит в далеком от оптимального режиме. Так для ИБП многократные кратковременные переключения на использование энергии аккумуляторных батарей приводят к нарушению зарядно-разрядного цикла и как следствие полному разряду аккумуляторной батареи, после чего ИБП перестает выполнять свою функцию защиты нагрузки от кратковременных отключений питания. В случае если время между отказами питающей сети достаточно для запуска ДГ, тогда это приводит ко второй «слабой точке» в функционировании системы: многократный запуск и остановы генератора являются наиболее тяжелым режимом функционирования и это, в свою очередь может привести к отказу ДГ.

Оба варианта поведения системы в условиях таких отказов первичной сети снижают надежность системы и могут привести к отказам оборудования и как следствие к перерывам в электроснабжении нагрузки. Мы предлагаем эффективное решение для такой модели отказов. Коэффициент готовности системы при этом существенно увеличивается.

В результате анализа возможных вариантов устранения отмеченных выше недостатков, мы остановились на некотором изменении системы управления стартом и остановом дизель-генератора [2]. В структуру системы введен специальный формирователь сигнала запуска и останова генератора. Формирователь управляется от ИБП: сигнал на запуск генератора формируется только после допустимого разряда аккумуляторной батареи в ИБП при отсутствии входной сети. Сигнал останова формируется только после полного заряда батарей в ИБП и при наличии напряжения входной сети, находящегося в заданных пределах.

Блок-схема системы представлена на рис.1. Питающая сеть через коммутатор поступает на вход ИБП. При любом перерыве в питании первичной сети или если напряжение первичной сети выходит по величине за рамки допуска, коммутатор отключает ИБП от сети и он переходит на работу в режиме «батареи», продолжая питать нагрузку. При разряде батареи соответствующий сигнал с информационного выхода ИБП поступает на формирователь сигнала управления. Сигнал управления поступает на панель управления ДГ, обеспечивая запуск двигателя и переход ДГ в рабочий режим.

Система обеспечивает нагрузку качественным напряжением независимо от перерывов в электропитании от сети и дизель-генератор не запускается до полного разряда батарей в ИБП. Алгоритм поведения системы в том случае, когда перерыв в электропитании более длинный, чем необходимый для заряда батарей интервал времени, отличается только тем, что сигнал на остановку дизель - генератора формируется после восстановления питания от сети.

В течение коротких перерывов в электропитании от сети система ведет себя аналогично. Дизель-генератор начинает работать только после разряда батареи.

Такой алгоритм предотвращает сериальные старты дизель - генератора за короткие интервалы времени и тем самым обеспечивает «мягкий» режим эксплуатации дизель -генераторов, заключающийся в существенном сокращении количества стартов и остановов дизель - генератора, что приводит к увеличению срока его службы.

Описанная система бесперебойного электропитания обеспечивает критические нагрузки надежным и качественным электропитанием во всех случаях отказа сети как на длительное время, так и при кратковременных перерывах в электропитании.

Практически реализованы несколько систем с описанной структурой и алгоритмом работ. Статистика эксплуатации реальных объектов показывает рост такого показателя надежности и качества системы электропитания, как срок эксплуатации в сравнении с таким параметром для классических структур. Результаты технического обслуживания систем в течение нескольких лет также показывают снижение затрат на эксплуатацию.

А.Я. Гольдинер, А.И. Любельский, В.В. Головко ТХ «Электросистемы»

http://www.electrosystems.ru/