电源供给设备(PFE)介绍

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power converter的作用是把-48V直流电转化为恒流高压直流电,说简单就是电压转化(升压).多个converter串联输出总电压(恒流高压直流电)到海缆。PFE里面其中一个converter故障,不会影响输出到海缆的总电压,从而不会影响通信,因为其他converter会自动升压来补偿该故障converter带来的的电压差。主干段落一般双端海缆站PFE对供,当其中一个站PFE故障而下电,另一个海缆站PFE变成单供状态(本站PFE通过对端站PFE设备的二极管直接供电到对端站的海地),从而保持整个主干仍然供电正常。本站沙滩的earth eletrode(对应下图负极)与对端站的earth eletrode(对应下图正极)通过大地连接在一起,所以构成一个供电回路,如下面图所示。
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正常情况下,主干对供的海缆站之一进行电流平衡调整,就是使得线路中间的虚拟零点进行漂移,本站调低电流,电压也随之下降,而对端站电流也随之下降但对端站电压升高(两个站的电压之和是不变)。当一个站PFE故障导致关闭,主干的对端站负责全程供电,此时虚拟零点漂移到故障站处。当发生供电导体故障(short fault或者shunt fault),出现了实际零点,零点位置在故障点位置,此时两个端站分别供电到故障点位置,此时海缆站进行电流调整(电流调大或者调小),两个站PFE显示的电压都基本不变化或者变化很微小。
分支段落为分支站单端供电到BU。中继段为Unipolar Repeater Segment,说明该段电流只能是一个方向。中继段为Bipolar Repeater Segment,说明该中继段电流可两个方向。海缆站PFE电源极性可改变,从而改变电流方向,这在电源重配需用到。主干的供电保护是网络保护(供电方式的保护,从双端供电到单端供电),一个端站PFE故障,另一个端站会单独供电整个主干路由。而分支站一般只供电到分支单元(BU),它的保护方式常是分支海缆站配2套PFE系统设备(设备1+1保护)。已经是单端供电的分支站PFE保护机制设计常常为设备冗余备份,有两套PFE输出模块(一套开着而另一套是关着即standby ),standby的PFE平时不加电,平常情况下,主用PFE供电到海缆,备用PFE连接到Test load,由于某些原因比如做主用PFE的维护或排障,此时需要做切换,变成主用PFE连接Test load,而备用PFE连接海缆,但要注意一点,只有当主用PFE和备用PFE的电压和电流都相等的情况下(不相等的情况下可通过调整Test load的电阻值来改变备用PFE的电压电流值从而使它们相等),才可完成切换,否则切换不成功。当分支站主用PFE输出出现故障而下电,需要人为将备用的那套PFE输出设备切换(此时主备用PFE电压电流都为0可完成切换)到海缆并上电。两个主干站对供的时候,两个站电压之和是一定的,通过调整,一个站电压增加同时对端站相应电压减少,但电压总和还是不变的。通过调整电流来平衡两站电压,通过按电流增加或者减少键来调整电流,本站电流调大时电压相应变大,由于恒流原理,本站电流变化影响对端电流变化,本站电流变大对端站电流也变大,但此时对端站电压减少。总结就是执行调整站的电流变大,该站电压也变大,同时对端站电流也变大但同时对端站电压相应变小。同理就是调整执行站的电流变小,该站电压也变小,同时对端站电流也变小但同时对端站电压相应变大。执行调整站(需要按增加或者减少键的海缆站),电压随电流相应变大或变小(电流变大电压就变大,电流变小电压就变小),而对端站电流由于恒流原理也随调整站电流变化相应变化,但对端站电压电流反着变化(如对端站电流减少的同时电压增大或者说对端站电流增大的同时电压减少)。PFE设备输出电流与海缆电流不一致,那是由于PFE设备内阻原因,多一个设备内阻。PFE的最大输出电压大小与供电模块converter的多少有关系,配置的模块多些,供电的电压就大些,但不能是无限大,因为海缆有抗压性,电压太大,海缆承受不了,有些系统距离实在太长,PFE最大电压无法满足要求,只能分成2段主干来供电(好处是都是双端供电),此时中间站要两套PFE,而且要变成2个BU,变成两条缆,增加了投资。还有一种是电压不能太大而分成2段供电,其中一段对供,另一段供电到BU。有些系统的分支站的PFE输出有限,只能供到BU处,不能在海缆故障情况下和其他海缆站对供,因为对供需要更大电压,而该站的PFE最大输出电压不能达到该要求.虽然双端供电(一端PFE各供50%线路),但其中一端的PFE故障,另一端PFE担当全段线路的供电。
海缆站PFE输出设备内的n个converter之间是串联(往往其中一个为冗余保护),当其中一个converter出现故障,其他n-1个converter的电压会自动上升,从而保证故障前后总输出电压不会改变。在正常供电情况下,在某些海缆系统用钥匙打开任意一个converter,会导致整个PFE自动快速shut down,此时主干会变成单端供电状态(由对端站供电到本站),由于PFE下电不是缓慢下电而是快速下电,会导致业务影响几秒钟,直至单端供电稳定。在正常双供电情况下,一个站按PFE下电键---”STOP”键,该站PFE会缓慢下电直至PFE的电压电流为0,此时对业务不会造成影响,那是因为对端站变成单供状态。在正常双供电情况下,一个站按”Emergency STOP”, PFE会快速(一般几秒左右)下电至电压电流为0,此时也是业务会瞬断几秒钟(虽然最后是对端单供)。
正常情况下PFE供电的接地为海地,流向海地的电流为PFE供电电流。PFE设备通过地线连接到沙滩的地极(海地),当海地(sea earth)出现故障,PFE系统会自动切换到站地(station earth)。海地为该海缆系统之用,而站地为站内所有设备共用。在日常维护中,如果发现海地有劣化现象,就要人为切换海地到站地,随后进行海地的排障。海地与站地的切换不会影响到供电。如何发现海地有劣化或者有问题,有两种方法,第一是通过查看发现海地的电压变大(例如海地电压与站地电压之差超过一定值),第二是当在日常维护中把地检测模块的开关打在“check”处,此时供电电流(output current)分成站地电流和海地电流两部分,即海地电流与站地电流两者之和等于供电电流。通过维护作业长时间多次记录发现sea earth电流逐次下降,而同时station earth电流逐次上升,也说明海地出现了问题或者劣化现象,需要进行维修。
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test load可看成一个可调电阻,有些海缆站需要test load单元多些,而有些海缆站需要的test load单元少些,那是各站PFE输出电压最大值都不同(根据供电距离),电压大的当然需要更多的电阻。通过test load的转盘可改变电阻值,从而改变电压值。PFE设备接到test load可用于查看PFE供电输出是否正常。
BU/CC(电流在设定的目标小电流处会停止而不会继续上升)和BU/CV(电压在设定的目标小电压处会停止而不会继续上升)模式用在电源重配过程中,目的是使BU的三个脚状态发生改变,同时也起到保护BU里面继电器的作用,不会因为大电压烧坏BU里面的继电器。
对于有中继器的海缆系统,终端站必须给海底中继器里面的泵浦激光器提供电源,中继器是一个放大器,一个有源设备,供电设备(PFE)通过海缆的铜导体向海缆供恒流电,对中继器串联供电,某个海缆站为正电压供电,另一端海缆站负电压供电,是采用双端供电。当一个PFE坏了,另一个PFE电压会升高,成为单端供电。有时一个端站的PFE设备有备份,一个供电到海缆,另一个供电到测设负载上。当一个PFE坏,可以启用另外备份用的PFE。一般一个海缆站的PFE有多个converter,通常这些converter串联,很多情况下串联后的converter电压(最大供给电压)之和大于海缆站单端供电的电压值,所有一个海缆站里面几个converter坏了,也不影响电力供应,但有些海缆系统设计的conveter电压之和刚好等于输出电压,这时一个converter坏且在单端供电的情况下会影响业务。POWER UNIT CURRENT指该供电单元供到海缆的电流,当PFE关闭时,该值为0。当单端供电的时候,比如本端海缆站PFE关闭,此时对端海缆供电电流流到本端沙滩的海地。对端单端供电的时候,本端PFE也显示有电流(就是对端PFE流到本端海地的电流),与对方显示的电流一致。
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对海底中继器供电
海底中继器所需的电能是由海缆站的供电装置(PFE)通过海底光缆的供电线以直流电流供电的,供电系统的基本结构如下图
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当传输线路很长,往往采取双端供电的方式,将系统所需电压一分为二,利用两个海缆站的正、负电压实施供电,确保系统的可靠性,一方PFE故障时可以由另一端单独供电(单端供电)。PFE设备通过Earth
cable 连接汕头的4个电极(每个电极有一段距离),PFE设备通过power feeding cable
连接到CTB的电缆接口
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而分支站也是同样的道理,BU地与海缆站的海地可看出同一电势,可连接起来形成一个回路。
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海缆站PFE读数为海缆站与虚拟零点的电势差(海缆正常情况)或海缆站与实际零点(海缆故障)的电势差,当然这里是不计PFE内阻电压。
由于一端突然PFE关闭而不是缓慢地关闭(按正常步骤可缓慢关闭本站PFE),导致由双端供电转为单端供电,可以对设备产生瞬断(有环保护的可产生RING倒换),可能是海缆零点不能及时从虚拟零点马上移动到海缆站导致,瞬断告警会马上消失。
通过把PFE连接到虚拟负载(Dummy Load)上可以检测PFE的性能。串联的convrter也有可能再并联,提高可靠性
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http://s15/mw690/001Nmgobgy6OGLrDySqce&690
鱼骨型海缆结构电源重配,此时都没有海缆故障,当所有站都下电后重新上电,要求所有分支站都OPEN
CIRDUIT那样电才不会漏到分支站,按照正常的加电步骤,整个系统才能加电成功。如果某个分支海缆故障(比如短路或者旁路故障)而同时其他站都因某原因下电,此时要进行电源重配,为使得电流不流向该故障分支,采用某个PCN或者某个设定值进行电源重配(此时的步骤与正常供电步骤不同),有可能目的是采用某个PCN值后,双方主干各自供电到对应故障点分支的BU,使得BU电势为0,没有电流留到故障点,从而使得系统电源重配成功。有分支故障和系统正常(都没有故障)的电源重配步骤是不一样的。采用正常的供电步骤而某个分支(如A分支)忘记OPEN
CIRCUIT(相当于该分支会有漏电流,有点类似该分支海缆故障),此时电源重配供电不成功,但此时采用A分支故障的电源重配步骤就供电成功只是A分支没有电。