德州公司中恒开关电源设备事故分析报告

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德州公司中恒开关电源设备事故分析报告

摘要

9月23日艾家坊基站中恒开关电源出现着火事故，导致基站掉电，通信设备较长时间中断，当地移动电话用户不能正常通话，影响了用户满意度。虽然基站早已恢复了正常工作，但是为了预防事故的再次发生，提高通信设备工作的可靠性，消除安全隐患，我们于9 月26 日下午对该站的供电情况作了全面的测试。

关键词：开关电源、中恒、故障

一、基站供电设备情况描述

1、开关电源：中恒S200，配置为3 个整流器共150A，负载电流10A，整流器的限

流点为（10＋150）÷3=53A。

2、蓄电池：华日电池，两组500AH，蓄电池充电电流比率为0.15C。

3、交流电：A 相-218VAC，B 相-238VAC，C 相-220VAC.机房交流配电部分装有B

级防雷，零地电压为0.8VAV，变压器零线接地良好。

目前电源设备运行正常。

二、测试情况

为了了解市电异常作用在整流器模块时的工作状况，我们对几种可能情况进

行了测试。

1、断开低压变压器输入B 相的跌落保险（中间的一个）的情况

在断开之前关闭电源柜的交流输入（整流器输入总开关），当断开该跌落保

险后低压变压器就开始有吱吱的叫声。空载时用万用表测量交流电压，相电压：A 相278VAC、B 相312VAC、C 相100VAC；线电压：UAC=195VAC，UBC=345VAC，UAB=395VAC。加载时（将3 个整流器全部打开），用万用表测量交流电压，A 相88AC、B相320VAC、C 相295VAC；线电压：UAC=365VAC，UBC=565VAC，UAB=393VAC。此时整流器的工作情况如下：A 相的整流器正常工作，电流为20A（限流等亮，电流指示段码4 个格-3 格变化）,B 相和C 相的整流器均不能工作。

2、断开低压变压器输入A 相的跌落保险（右边的一个）的情况

在断开之前关闭电源柜的交流输入（整流器输入总开关），当断开该跌落保

险后低压变压器就开始有吱吱的叫声。空载时用万用表测量交流电压，相电压：A 相15VAC（电压有波动现象）、B相190VAC（电压有波动现象）、C 相200VAC（电压有波动现象）；线电压：UAC=216VAC，UBC=398VAC，UAB=185VAC。

①加载时（将3 个整流器全部打开），用万用表测量交流电压，A 相289AC、

B 相310VAC、C 相120VAC；线电压：UAC=355VAC，UBC=399VAC，UAB=580VAC。此

时整流器的工作情况如下：C 相的整流器正常工作，电流为40A（限流工作）,A

相和B 相的整流器均不能工作。

②加载时，将A 相整流器关闭，只有B 相整流器在工作，输出电流从40A

至满载不停变化，整流器内部发出嗤嗤的声音，C 相整流器工作状态不稳定（频

繁开/关）。用万用表测量交流电压，A 相275VAC（电压波动比较剧烈）、B 相240VAC（电压波动比较剧烈）、C 相300VAC（电压波动比较剧烈）；线电压：UAC=550VAC，UBC=393VAC，UAB=342VAC。

③加载时，将A 相和C 位置整流器关闭，只有B 相整流器在工作时，输出电

流从40A 至满载不停变化，整流器内部发出嗤嗤的声音。B 相电压变化异常（从

监控单元看）：从160VAC→240VAC，此时整流器工作在满负荷状态（指示段码满

格）；然后该相电压又发生了变化：从240VAC→120VAC，此时整流器处于限流状

态，输出电流为40A 左右，整流器声音异常。

三、整流器工作情况描述

杭州中恒电器股份有限公司S200-002364 整流器，对交流异常有如下的保护

功能，过压保护点为300VAC±10V（关闭输出），低输入电压时是通过不同的输

入电压范围调节输出限流值来保证整流器工作在最佳状态。交流电压在

165VAC-300VAC 时，输出限流最大值为52.5A-55A；交流电压在110VAC-165VAC

时，输出限流最大值为35A±2A；交流电压在80VAC-110VAC 时，输出限流最大

值为15A±2A。

从上面的测试情况来看整流器的过压保护功能正常，输入电压在295 以上的

整流器不工作；整流器输入电压在120Vac 时整流器仍能工作，输出电流大约在

40A 左右，限流指示灯亮；整流器输入电压在88Vac 时，输出电流大约在20A 左

右。从而说明整流器过压保护功能和降载保护功能正常作用。

四、变压器高压缺相对低压侧的影响分析

对于标准的双绕组电力变压器的接线最好一次侧用△方式接线，二次侧用Y

方式接线。一次侧用△方式接线使三次谐波电流或二次侧接地故障电流所引起的

零序电流在一、二次侧两个系统是隔离的。下图是变压器绕组的连线图。

高压侧的三角形接线方式，其矢量图如下所示。

交流电压矢量表示公式：UA＋UB = -UC，如果高压A 相缺相时，三相输入的

平衡遭到破坏（0 点电压不再为0 了），A 相电流为0，AB 之间电压基本为零，低压侧Ua 也基本为零，BC 之间电压基本正常，低压侧Ub 基本正常，大约在220V

左右，C 相由正常的C→A 变成了C→B，即CB 之间变成了两个绕组串联，低压侧

Uc=10000/45.45÷2=112V 左右。对于变压器低压侧的三相四线制（Y0），在带载的情况下，由于高压侧缺相平衡遭到破坏，已经无法通过零线（中性点由于高压缺相其电位已经不是零了，而变成了100V 左右，并且处于漂浮状态）来平衡每相电压的，因而低压侧会出现两相电压偏高的现象。特别是低压侧带不平衡负荷时，这种不平衡状态更加剧。

说明：如果变压器的高压侧绕组采用的是Y 方式，那么这种情况相对会得到

很大改善，但是也摆脱不了低压侧电压异常地命运。如图2 所示。

五、可能性分析

从故障现象及处理过程以及测试情况，出现该基站障碍，可能由以下几个原

因引起。

1、变压器高压输入端的A 相跌落保险闭合处接触不好打火，在一定的时间

段后接触处氧化加剧，接触电阻增大，导致变压器高压输入（A 相）电压异常（一

会电压高，一会电压几乎没有，如此变化），最后几乎完全失效（变压器的C 相

电压缺相），这一点在恢复基站电源工作的时候得到了印证。在缺相状态我们可

以参照上面的测试数据，放在A 相位置的整流器工作的工作情况极可能会出现我

们测试的情况：“输出电流从40A 至满载不停变化，整流器内部发出嗤嗤的声音。

交流电压从160VAC→240VAC，此时整流器工作在满负荷状态（指示段码满格）；

然后该相电压又发生了变化：从240VAC→120VAC，此时整流器处于限流状态，

输出电流为40A 左右，整流器声音异常。”如果长期如此反复，就会引起整流器

故障甚至损坏、起火（碳化），在这种非常异常的情况下整流器在几个工作状态

下频繁变化，整流器本身只能在一定范围内起到保护，而无法阻止整流器的工作

状态在这种环境下频繁切换。如果整流器长时间处于此状态，那么一些功率器件

受损或电感出现饱和，导致器件超过其热应力范围而损坏（交流输入保险为32A，

在此状态下通过保险的电流并不会达到熔断值，所以保险对此情况并不能保护）。

2、基站交流供电停电一段时间后，蓄电池放电深度较深，假如两个整流器

能正常工作，那么整流器在较长时间内处于限流状态，实际限流值=（10A＋1000

×0.15）÷2=80A，也就是两台整流器工作在最大电流55A 状态，至少10 小时。

整流器长时间工作在最大额定电流时是非常危险的，整流器容易出现故障，甚至

造成损坏。

六、解决方案

分别从电源角度和系统角度分析

1、从电源角度

不管问题出现在哪一个部分，为了提高通信设备的工作可靠性。本着“精诚

服务，凝聚顾客身上”的宗旨，我们从电源设备的角度出发，尽量增加其可靠性。

针对目前电网的情况，调整整流器的欠压保护功能，将低压工作点抬高，比如调

到165VAc 或150V。

这样调整有利有弊，利在于当低压变压器高压侧出现长时间缺相时，在类似

情况时整流器处于保护状态（所有整流器不会有输出），这样就避免了整流器在

三种状态下频繁切换，提高了电源的可靠性。同时由于整流器不能工作，容易从

远程及时发现问题所在，将故障消灭在萌芽状态，避免不必要的损失；弊在于缩

小了开关电源交流输入的工作范围，失去了ZXD2400 V3.0 整流器80-300VAC 宽

输入范围的优点（调整后的工作电压范围165-300VAC）。如果市电不正常时（相

电压低于165VAC），整流器就不能工作，蓄电池放电直到电源系统下，电通信设

备停止工作，导致断站。假如此类情况比较多的话，维护量将会增加。

2、从系统角度

①增加机房环境监控功能：众所周知，保证通信设备安全是非常重要的，为

了防患于未然，建议增加机房动力环境监控设备，及时检测机房的变化情况，也

能及时发现问题或者为故障分析提供依据，这样能提高通信设备的安全可靠性。

②从源头解决问题：从测试情况来看，导致变压器低压侧电压异常的原因是

高压侧较长时间缺相或处于若断若离状态，所以从安全和杜绝隐患角度考虑需要

对有专用变压器的基站进行检查。检查项目：检查高压侧的跌落保险是否接触良

好或符合安全要求；检查变压器的接线是否可靠等。详细情况可以咨询电力部门。

如果基站的交流供电使用的是公网变压器，一旦出现类似故障的话，电力部门会

及时发现，所以隐患比较小；另外还需要对机房交流供电系统的零线进行检查，

零地电压一般不超过10VAC，对零线驳接处进行详细检查，不得有氧化或接触不

良的情况存在，如果三相四线制供电的零线断开的话，电源的整流器烧毁的可能

性极大。

③合理配置开关电源容量：整流器个数＝（负载容量＋0.15C）×120％÷单

个整流器的额定输出电流＋1 个整流器容量。C 为蓄电池的总容量，120％为设计的余量加权系数，1 为N+1 冗余备份。

在选择电源系统时，原则上要保证该电源机架上的整流器个数最少不得小于3 个。另外还要考虑到以后的扩容。以该基站为例，蓄电池为2 组500AH，负载电流为10A，那么所需电源的容量＝（10＋150）×120%=192A。根据以上原则应选择中恒S200-500 电源系统，最终配置应为5 个整流器，容量为250A。如果在限流

充电时，整流器的最大工作电流就是32A，这样比较安全可靠。

结论：解决通信设备供电的安全是需要以“系统”的方法去通观全局，这样才能有备无患。