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1.1通信電源中最常見的一種就是鉛蓄電池。
其按種類劃分主要可分為富液式和閥控密封式兩種類型。且兩者有著顯著不同的特征。其中第一種電池具有著較長的壽命,同時安全性能也很高,耐用性,可以使用較長的時間所以其被廣泛應用在很多的國家中的通信電源設備中。我國大部分應用到電源的地方則主要使用的是第二類型的電源,所以,在鉛蓄電池被普遍使用的情況下相關方面的技術水平也有相應的加強。近幾年來經常出現變化例如電池的內部空間逐漸變大,能夠供電的時間逐漸變長等。新出來的有關的方式和方法也越來越多樣化。有一種新型的電池,憑借其能夠供電的時間之長,現在已經被廣泛投入了使用。在相關的研究和調查的內容中顯示,新出現的冷壓純鉛板成型的手段。這樣就能夠在更加進一步的程度上讓電池具有更高的壽命和更高的效率和使用更能。
1.2鋰離子電池
鋰離子電池在不斷被投入使用和研究的基礎上,技術水平上也不短的提高,應用的范圍也在不斷地加大。同時在經過技術不斷的優化的條件下,鋰離子電池能夠供電的時間也越來越長,性能越來越好。所以在應用的范圍方面也逐漸擴大,就目前來看,不僅僅能夠被使用在便攜產品的使用方面,還能夠被應用在后備電源,車輛機械等多個范圍中,同時還在逐漸的向外擴展。
1.3組合電池
目前,在不斷提倡環境友好的前提下,對于電池在使用過程中造成的環境的問題已經日益明顯,所以在節能減排方面的要求也出現了越來越多的規定。目前出現的很多環境友好的電池已經占領了市場的很大的一個領域中,例如通過對太陽能,水力能源等多種自然資源的利用來進行發電。然而由于通信電源技術在很多方面有著同其他不一樣的特殊化的相關規定,所以在不同的要求和背景下,我們所采用的具體的對策和應急方式也是不一樣的。其中最主要的就是單獨設定的通過采光來提供電源的方式。風、光、柴混合或風、光互補發電系統,光伏發電和燃料電池系統等。
2.通信電源系統的發展和現代化
主要是通過交流電來進行供電的系統。這個系統首先是十分復雜的。包括了以下幾個方面的組成部分:首先是降壓變壓器,高壓配電裝置,油機發電機,UPS以及低電壓的配電屏等相關的組成。所以這個系統的交流電源有以下幾個部分組成:通過油機來進行電源供應的系統。后補的電源系統,UPS的供給電源設備。首先來進行第一種的介紹。由于油機發電機。出現市電不足的情況的時候,發電機就會自動來給系統進行交流電的供給。UPS:這是一種為了能夠使得通信電源保持完整的,沒有突變并且能夠提供持續的穩定的電流的系統。其中包含了多種結構。例如有鉛蓄電池,整流器,逆變器和不動態的電源通斷控制器等設備。在相關的一切的情況都正常的情況下,在市電的逆變器一起并聯并作為一種能夠提供交流電流的設備來進行使用。
3.應對通電系統中的多種復雜情況的方法。
我們最終希望達到的目的是為了盡可能減少由于各種通信電源出現故障之后出現的各種通信電路相關的障礙,例如出現的電路中斷等相關的情況。在電源平時基本的維護工作被完成了之后,要同系統中系統的實際情況相結合起來,擬定好相應的能夠對系統出現的任何障礙和故障順利應對并解決好的完整對策。從而能夠在發生多種事故的時候,有急事解決的對策的出現,來對問題進行完整解決。這樣的方式的采用還能夠在很大程度維持電源持續工作,使得電源停運的時間大大的縮短。首先,要保證有有效并合理的管理制度,使得相關的管理人員和操作人員能夠在事故出現的第一時間達到事故發生的地點,并盡可能在短時間內找出造成出狀況出現的原因以及相應的解決方式。要不就應該將一些輔助的設施關閉。讓電源能夠維持較持久的電流供應。如果出現的相應的交流電的問題是因為交流電配電系統中出現了很多相應的毛病造成的,可以采取的措施是首先要將接觸器置于短路的狀態,完成之后再進行相應的維修工作。如果沒有出現交流電路中的相關的問題,整流電流的輸出也是運行良好的,可以首先將電源供應上之后,在進行接觸器的恢復工作。
4結語
通信機房內所有線纜均采用走線架上走線,走線架根據使用功能分為主走線架、列走線架,根據走線種類分為交流電源線走線架、直流電源線走線架和信號線走線架。走線架設置的層數、標高,對整個機房的規劃及有效使用起到重要作用。
一般情況下,通信機房內走線架設置為2~3層,每層走線架的高度均為300mm,最底層走線架與通信設備機柜頂端間距約為200mm,防靜電地板高按500mm、工藝設備高按2200mm考慮。兩層走線架時,電源線走線架在下層(對室內地面標高為2900mm),信號線走線架在上層(對室內地面標高為3200mm)。三層走線架時,交流電源線走線架在下層(對室內地面標高為2900mm),直流電源線走線架在中間層(對室內地面標高為3200mm),信號線走線架在上層(對室內地面標高為3500mm)。這樣設置使得線徑粗、數量多的電源線的布放長度最短,利于電源與工藝專業間實際走線的配合。
主走線架整體規劃、一次安裝到位,列走線架與通信設備同期建設,分步實施。主走線架不宜安裝在設備上方。
2通信電源與土建專業的配合
通信建筑在使用初期,通信電源與土建專業的配合更為密切,包括電力機房位置、機房荷載、空調的設置位置及空調配電等。
2.1電力機房的位置電力機房的位置要考慮輸入輸出電纜進出線方便,考慮供電至本層工藝設備的路徑盡量短、便捷暢通。電力機房的面積要能滿足樓層配電柜、為工藝設備供電的所有開關電源系統及UPS系統、部分預留面積的需求,需與建筑專業不斷溝通確定合適位置并考慮相應上線井的需求。電力機房的荷載需按相關標準規定的16kN/m2考慮。
2.2空調的設置電力機房內開關電源系統及UPS系統運行時會散發熱量,其他通信機房內的工藝設備運行時更會散發大量的熱,所以需要設置機房專用空調,達到降低環境溫度的目的,保證各設備正常工作。空調設置的位置要考慮設備的冷熱風道及散熱量,如:電池和低壓柜不散熱,開關電源的整流模塊柜及UPS主機散熱,則空調設在散熱設備的對面。空調設置位置還要兼顧電源設備的近遠期規劃。電力機房內可能設置空調配電柜,需與建筑電氣專業溝通具體放置的位置與走線路由,是否與通信電源合用交流走線架等。
3結論
(1)蓄電池組的放電試驗表明:1號蓄電池組容量非常小,無法滿足大電流的使用要求;2號蓄電池組雖然容量不滿,但還有一半的容量。(2)2次調整2臺開關電源的直流電壓,負載電流隨即發生轉移,證明了直流分配屏中的2個單向二極管運行正常,不存在一組蓄電池組向另一組供電的可能。根據事故當日通信電源交流失電的情況分析,當開關電源的交流輸入全停時,蓄電池組開始帶負載,由于1號蓄電池組電量較少,負載能力低(有1只電池電壓低),可能小電流(估計不會超過30A)帶負載30s后負載下電動作;2號蓄電池組提供大電流(估計100A以上),在1號蓄電池組下電后2號蓄電池組帶全部負載,2s后2號開關電源負載下電動作。根據2號電池組的放電試驗結果,不應該在供電32s后就啟動負載下電。現場通信電源實際接線情況是,2組蓄電池在1樓交直流室,通過長35m,截面積70mm2的電纜分別和2樓機房內的2套開關電源連接。事故當日,交流失電2號蓄電池組帶全部負載,原負載電流是132A/53.5V,電池放電時負載電流是150A/46.9V(根據P=IU計算)。理論計算當時電纜上直流壓降ΔU=IR=IρL/S=150×0.0175×2×35/70≈2.63V,其中,R(導線電阻)=ρ×L/S,ρ(銅的電阻率)=0.0175Ω•mm2/m,L(導線長度)=2×35=70m,S(導體截面積)=70mm2;I(電池供電時電流)=150A。正常情況下直流配電屏及熔絲壓降值取0.2V,則總體壓降為2.83V。為保證數據的準確性,模擬長為35m、截面積為70mm2的電纜進行實驗。實驗結果為,在46.6V/149.2A時,電纜上的直流電壓為3.14V,高于理論值。開關電源設置的負載下電電壓是44V,電池保護電壓是43.2V,負載下電和電池保護允許都設置為“是”,即當電池組端電壓達到47.14V時,就啟動負載下電動作;如考慮配電屏及熔絲壓降0.2V,則當電池組端電壓達到47.34V時,就啟動負載下電動作。分析當時的情況為:當交流失電時,蓄電池組開始帶負載,由于端電壓低,1,2號開關電源均發出直流電壓低告警(設置為45V),說明開關電源處電壓值低于45V(日志顯示1,2號開關電源交流停電與直流電壓低告警是同一時間)。由于1號蓄電池組電量較少,組電壓低(有1只電池電壓低),帶了較少負載,在30s后負載下電動作(按電流74A計算,需0.62Ah電量,小于實驗中1號蓄電池組放出的容量2.5Ah)。此時由2號蓄電池組帶全部負載,電流增大1倍(132A/53.5V,150A/46.9V),電纜上直流壓降也增大1倍(按電流增加74A計算,理論壓降增加74×0.0175×2×35/70≈1.3V。模擬實驗中,在74A電流時直流壓降為1.63V),2號開關電源處的電壓2s后掉至44V以下,雖然2號電池組還有容量,在帶全部負載后,僅運行2s開關電源就啟動了負載下電,導致所有通信設備失去電源。通信電源于2006年8月投運,截至2012年下半年2臺開關電源的負載電流合計不超過50A,分攤到2組電源上,直流壓降影響微小。之后連續新投了OTN設備、綜合數據網設備等,負載電流迅速升高。雖然當時擴容了開關電源的整流模塊,但未考慮到單電源供電時,電纜上直流壓降較大(比初設時增加5倍)造成的影響,這成為了此次事件的主要原因。
2原因分析
(1)正常運行時,1臺站用變壓器供全站低壓母線負荷,另外2臺站用變備用,而每季度的切換電源試驗對各類設備均是一次沖擊考驗。此次通信電源失電就發生在站用電切換試驗時。(2)1號蓄電池組中的1只蓄電池容量嚴重不足,造成整組不能正常供電,全部負荷均由2號蓄電池組供電,較大電流在導線上的壓降造成蓄電池組供電時低電壓下電保護切除負荷,這是造成此次事件的直接原因。(3)通信設備不斷增加,尤其是大容量設備增加時,未考慮通信電源蓄電池組容量及較長導線(蓄電池組與直流母線分配屏不在一處安裝)的電壓降,負荷下電保護的采樣電壓與電池組端電壓實際值存在偏差,導致錯誤地切除負荷,這也是本次事件的直接原因。(4)通信電源直流分配為單母線供電,形成線路薄弱點,失去了電源線路雙配置的優勢。
3整改措施
在我國當前社會發展形勢下,通信電源在通信網絡中的作用越來越突出了。通信電源是通信系統最重要的基礎設施,是保障所有通信設備的正常運行的基本條件。隨著科學技術的不斷發展,信息化技術在我國當前社會發展領域中得到了廣泛的應用。通信電源作為我國當前社會發展下的一種重要設備,以科技為核心,不斷提高通信電源的性能,實現通信電源的智能化發展已成為通信事業發展的必然趨勢。同時在構建社會主義和諧社會過程中,發展節能經濟、綠色經濟、環保經濟已成為我國社會發展的主要方向,針對通信電源而言,發展節能的通信電源也將成為當代通信行業發展的一個重要方向。
1.1智能化在我國當前社會發展形勢下,通信網絡對通信電源的需求越來越高,而通信電源對通信網絡的穩定性的影響也越來越大,如何確保通信電源的質量已成為現代社會發展的一個重要問題。在這個科技不斷發展的時代,我國當前通信網絡已經得到了普遍的覆蓋,智能化已成為科技發展的必然,高度集成化、通過采用模塊化線路實現體積小型化,化解了通信網絡對尺寸要求的壓力。智能化技術在其應用中主要體現在計算機技術,精密傳感技術,GPS定位技術的綜合應用。隨著產品市場競爭的日趨激烈,產品智能化優勢在實際操作和應用中得到非常好的運用,其主要表現在:大大改善操作者作業環境,減輕了工作強度;提高了作業質量和工作效率;一些危險場合或重點施工應用得到解決;環保、節能;提高了機器的自動化程度及智能化水平;提高了設備的可靠性,降低了維護成本;故障診斷實現了智能化,降低不必要的人力、物力、財力的投入,節約成本,保障通信網絡的穩定性、可靠性、連續性。
1.2節能在我國通信網絡系統中,通信電源作為通信設備中的重要組成部分,其能耗也是相當大的。隨著社會的發展,能源緊缺問題已成為我國社會發展的一大問題。我國經濟的發展是以犧牲環境為代價的,發展節能已成為我國當前社會發展的重要方向。不加快調整經濟結構、轉變增長方式,資源支撐不住,環境容納不下,社會承受不起,經濟發展難以為繼。只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展,才能實現經濟又好又快發展。在通信行業中,通信電源只有不斷發展節能技術,不斷提高通信電源設備的資源利用率,才能響應我國可持續化發展戰略的號召,從而促進我國社會的穩定、健康發展。
2結語
通信直流電源是一個復雜的系統,目前電力通信直流電源均采用-48V的高頻開關直流電源,電力系統中典型的電力通信直流電源結構組成如下圖所示,從圖中可知電力通信直流電源由交流部分、整流器、直流分配部分、蓄電池組和監控模塊等按照要求組合而成。
①交流部分。交流部分的市電輸入一般為2路380V三相四線交流輸入,在電源容量較小時有時也使用2路220V單相交流輸入,以保證電源可靠供電。為防止雷擊和過電壓破壞,在市電輸入端應加裝避雷器,常用的有普通氧化鋅避雷器和OBO防雷模塊等;由于此處的防雷主要是對非直擊的感應雷擊的浪涌電壓的防護,因此避雷器的通流量一般選擇在15-20KA,殘壓在1.5KV左右,就可有效的保護電源設備。為實現兩路輸入的交流電的通斷互鎖,自動切換,還需裝設交流切換裝置,采用機械互鎖或電氣互鎖方式,但是應注意任何時候都不允許出現兩路交流電源同時接通或者同時斷開的現象。經過切換裝置后,交流輸入分為整流器模塊輸入和交流分路輸出,交流分路輸出為機房其他交流用電設備提供電源,如計算機、UPS等。
②整流器部分。整流器是通信直流電源的最重要的組成部分,通信直流電源的供電質量主要取決于整流器的電氣指標,它完成AC-DC變換并以并聯均流方式為通信設備供電,同時對蓄電池組進行恒流限壓充電和監控模塊的供電。現在所有的通信直流電源均采用模塊化高頻開關整流器,它具有其體積小、效率高、模塊化、功率因素高、輸入電壓范圍寬、噪聲低、可靠性高以及可帶電熱插拔等優點;電力通信直流電源所使用的高頻開關整流器模塊一般為單相220V交流輸入,功率因素可達0.99以上,模塊容量一般為每塊20A/-48V~50A/-48V;在實際使用中,如果輸入的是380V三相四線交流電源,則應注意將所有整流模塊平均分配到每一相;同時為了提高整流器工作的可靠性,在設計時應考慮多余備用容量,模塊配置采用N+1冗余。高頻開關整流器模塊有內控式和外控式兩種類型,內控式整流器內部設有獨立的監控單元,可對整流器模塊參數進行設置、檢測和顯示,與系統的監控模塊采用RS-485總線相連;外控式整流器在內部不設獨立的監控單元,完全由系統監控模塊控制,若監控模塊故障,整流器模塊轉為自主工作狀態,其輸出電壓電流服從初始的設定值。
③直流分配部分。直流分配部分將整流器輸出的直流電壓進行分配,一路給蓄電池組充電,其它分配給通信設備和其它直流用戶供電。直流分配部分決定了設備的最終分配容量,因此要求在設計時應充分考慮直流分路輸出的用戶數和容量,滿足日后通信設備接入的需要。在給蓄電池組充電的分路開關之前應加裝欠壓保護繼電器,當蓄電池組放電達到欠壓告警值時發出告警,放電到欠壓關斷值時控制自動斷開蓄電池組,保護蓄電池組不會因為過放電而導致損壞。現在直流分路輸出開關多采用空氣開關,應注意配置使用直流空氣開關,因為直流空氣開關的滅弧能力很強,而不應使用普通交流空氣開關。
④蓄電池組。蓄電池組是通信直流電源的不可缺少的組成部分,蓄電池組一旦發生故障,在市電輸入停電時,將造成所有使用該蓄電池組作后備電源的通信設備全部停止工作,造成通信中斷。現在使用的蓄電池組都是閥控式密封鉛酸蓄電池(簡稱VRLA),它完全取代了過去使用的普通開口鉛酸蓄電池,采用密封結構,基本無酸氣泄漏,可與設備同室安裝,無需加電解液維護;可采用立式、臥式、單層、多層等各種組合安裝方式,安裝靈活;適用浮充工作制,使得供電系統電壓更穩定;壽命、容量等受溫度影響較大。蓄電池組的容量決定了市電停電后通信設備的運行時間,一般可根據負載大小和放電時間來選擇蓄電池組的容量,計算方法為:負載容量(A)×放電時間(h)÷放電時間小時率放電容量系數。
⑤監控模塊。監控模塊對于通信直流電源來說具有智能控制中心的作用,主要有監測功能,包括監測交流輸入電壓、電流,整流器模塊并聯輸出電壓值和每個整流器模塊的輸出電流,負載電流,蓄電池組充放電電流和電壓等;控制功能,包括電源系統的開關機,各整流器模塊的開關機,直流輸出電壓、輸出電流極限值的設定,蓄電池組浮充、均衡充電電壓和充電電流的極限值設定,電池溫度系數的補償和蓄電池組欠壓保護設定等;告警功能,當電源運行過程中某些參數達到或者超過告警的設定值,監控模式將發出聲光告警,并顯示故障部位和原因。此外,監控模塊還應可通過RS232/RS485接口與上級監控中心聯系,以實現集中監控。
2電力通信直流電源的維護
由于目前電力通信直流電源均使用了高頻開關電源和閥控式密封鉛酸蓄電池,這給電源系統的維護帶來了許多便利,但是在維護方面還要注意按照使用維護要點做好維護工作,才能真正保證電力通信直流電源可靠、穩定、不間斷地為通信設備供電。
①電源的交流輸入所采用的避雷器的狀態在進行電源的巡視維護時應注意檢查,特別是雷雨天氣時,更應該注意檢查避雷器的狀態,發現問題及時更換,如當發現OBO防雷模塊的故障顯示窗的顏色由綠色變成紅色時,就要對防雷模塊進行更換,確保發生雷擊時能夠發揮其防雷作用。這里應注意普通氧化鋅避雷器存在有一定的漏電流,長期使用容易老化,造成使用性能下降,所以即使長時間沒有雷擊發生,也要定期進行更換,確保其防雷效果。
②高頻開關電源在正常使用的情況下,整流器主機的維護工作量很少,主要是防塵和定期除塵,否則飛塵加上潮濕會引起主機工作紊亂,同時積塵也會影響器件的散熱。一般每季度應對主機徹底清潔一次,在除塵時應檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。
③通信高頻開關電源中設置的參數在使用中不能隨意改變。
④通信高頻開關電源在使用時應注意避免隨意增加大功率的額外設備,也不允許在滿負載狀態下長期運行。由于通信直流電源幾乎是在不間斷狀態下運行的,增加大功率負載或者在基本滿載下工作,都將可能造成整流器模塊故障,嚴重時將損壞整個電源系統。
⑤作為后備電源的蓄電池組維護工作載電力通信直流電源的維護工作中占有非常重要的地位,這也是電源維護工作的一個難點。由于現在使用的閥控式密封鉛酸蓄電池實現了密封,免除了以往開口鉛酸電池的測比、配比、添加蒸餾水等工作,大大減少了維護工作量,因此有些維護人員認為其是免維護電池,在使用中不去維護,聽之任之,結果造成維護不當,發生問題。在對閥控式密封鉛酸蓄電池的維護工作中,應重點注意以下問題:
定期檢查整個蓄電池組的浮充電壓,如果其浮充電壓超出了蓄電池組的要求,應進行調整。浮充電壓過高將增加水的損耗,加速電池正板柵的腐蝕,可能嚴重影響蓄電池的壽命;過低則可能不能使蓄電池充足電。對單只蓄電池每月應記錄一次它的浮充電壓,若電壓超過廠家的指標,觀察幾個月后無向均一方向發展的趨勢,應與廠家聯系進行處理。
閥控式密封鉛酸蓄電池的日常運行對溫度要求較高,它要求的環境溫度最好是20~25℃,如不然,應對浮充電壓采取溫度補償,每升高1℃,浮充電壓應降低3~4mv,但即使對浮充電壓進行調整補償,溫度仍對蓄電池的壽命影響較大,如壽命為10年的蓄電池在30℃下運行,無溫度補償壽命僅為5年,有溫度補償壽命也縮短為8年。因此閥控式密封鉛酸蓄電池應安裝在有空調的房間,安裝方式要有利于散熱。在日常巡視維護中發現蓄電池有明顯發熱現象應立即與廠家聯系進行處理。
閥控式密封鉛酸蓄電池的自放電極低,而且電池內部不會形成電解液分層現象,因此無需定期進行高壓均衡充電,定期均衡充電只能增加水的損耗,增大正板柵的腐蝕,在對蓄電池進行維護時應盡量減少或取消均衡充電。
應避免閥控式密封鉛酸蓄電池的大電流充電和過放電。大電流充電可能使蓄電池極板膨脹變形,活性物質脫落,電池內阻增大且溫度升高,造成電池報廢。過放電將使蓄電池的循環壽命變短,放電后應立即充電,否則易引起蓄電池內部硫酸鹽化現象,導致容量不能恢復。因此在進行容量試驗或放電檢修中,通常放電達到蓄電池組容量的30%~50%即可。
檢查蓄電池連接部分有無大壓降、腐蝕、松動等現象,如有應及時緊固,否則極有可能引起燒毀電池等事故。
當發現蓄電池組內有損壞且無法修復的蓄電池時應及時進行更換,更換時不得把不同容量、不同性能、不同廠家的蓄電池連在一起,否則將對整組蓄電池帶來不利的影響。
閥控式密封鉛酸蓄電池屬于貧液電池,無法進行電解液比重測量,因此它的好壞和容量預測在業界也是一大難題,日常維護中可用電導儀測試電池內阻判斷其好壞,但最可靠的方法還是放電法。
要注意閥控式密封鉛酸蓄電池的壽命期限,對壽命已過期限的蓄電池組要及時進行更換,這樣即保證供電后備電源的可靠,又可避免因蓄電池組影響到整個通信直流電源的運行。
⑥電源系統出現故障時,應先查明原因,分清是負載還是電源本身,是整流器還是蓄電池組。高頻開關整流器模塊的輸入輸出主回路由于有輸入過壓和輸出限流保護,因此發生故障的可能性較小,其內部控制電路、顯示電路、保護電路等發生的故障相對較多,而且這些電路中只要有一個元器件發生故障,就可能導致整流模塊停止工作,處理這些故障時只需更換有故障的電路板便可排除故障。筆者在維護工作中就曾經遇到過高頻開關整流器通電后顯示正常,測量輸出電壓正常,就是不能帶負載,后經檢查發現就是內部控制電路電路板問題造成了該模塊無法正常工作。
⑦當高頻開關整流器模塊出現保險管燒斷等故障時,務必不得直接進行更換保險管后通電重新開機,否則會接連發生相同的故障,不但檢查不出故障所在,還可能會在開機的瞬間導致故障范圍更加擴大。在現場處理緊急故障時,可采取整流器整機更換的方式來排除通信直流電源供電的故障,但在更換整流器時,通信直流電源供電系統不得停止對通信設備的供電。
⑧通信設備在接入直流配電分路輸出開關時,要注意通信設備上的電源總輸入開關的容量不得大于其接入的直流配電分路輸出的開關容量,否則將引起越級跳開關,可能造成通信直流電源系統故障。
3結語
面對電力通信發展的日新月異,做好電力通信直流電源的維護顯得尤為重要,相信在全體電力通信人員的努力下,不斷總結和提高電力通信直流電源的運行維護經驗和水平,使電力通信電源能夠為電力通信的快速發展提供更優質可靠電源保障。
參考文獻:
[1]中華人民共和國通信行業標準YD/T1058-2000,通信用高頻開關組合電源[S].
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