光電混合纜及其在遠供電系統(tǒng)中的應用

顧利國，薛夢馳，錢建榮，沈建春，張衛(wèi)強（江蘇亨通光電股份有限公司，江蘇 吳江 215234）

0 前言

目前，在3G網絡建設中開始使用分布式基站或小型基站來完成網絡深度覆蓋，由于該類基站建站方便、費用低、網絡覆蓋效果好，日益受到重視。隨著物理站點數量的大量增加，組網建網過程中設備用電問題也凸顯了出來，采用傳統(tǒng)的就近取電、辦電建站的費用較大，同時結合地方社會環(huán)境的不同還會增加許多辦電的附加費用。同樣，在FTTx建設中用戶端ONT的取電也面臨相同的問題。為了解決上述建網過程中存在的問題，采用光電混合纜，并根據遠距離供電需求，引入直流遠供設備，形成高壓直流遠供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供不間斷電源，具有安全可靠等特點。

1 光電混合纜

光電混合纜的結構是將單?；蚨嗄９饫w套入由高模量的聚脂材料做成的松套管中，套管內填充光纖油膏，同時加入一根或多根絕緣電纜與松套管一起絞合在中心加強件上形成纜芯，纜芯間隙應添加阻水物，纜芯外同時含有必要的隔離層。根據應用場合光電混合纜可設計成單層鋁帶鎧裝護套或單層鋼帶鎧裝護套光纜用于管道、非自承式架空等場合。如果光纜需要進行直埋敷設，其結構可設計為雙層護套，典型結構如圖1所示。

光電混合纜是一種新型的接入方式，它集光纖和饋電線于一體，同時解決光纖通信和設備用電問題，傳輸過程中光信號和電能傳輸不會發(fā)生相互干擾現象，既保留了普通光纖光纜的特性而且還能滿足低壓輸電電纜的相關標準，其主要具有以下優(yōu)點。

圖1 光電混合纜典型結構

a）外徑小、重量輕、占用空間?。ㄍǔＧ闆r下用多根線纜才能解決的系列問題，在此可以用一根光電混合纜來代替）。

b）客戶采購成本低、施工費用低、網絡建設費用低。

c）具有優(yōu)越的彎曲性能和良好的耐側壓性能，施工方便。

d）同時提供多種傳輸技術，設備的適應性高、可擴展性強，產品適用面廣。

e）可提供巨大的帶寬接入。

f）可將光纖作為預留之用，避免了二次布線。

g）解決網絡建設中設備用電問題，避免重復布放供電線路。

2 高壓直流遠供電系統(tǒng)

由于3G或FTTx中的遠端設備RRU或ONT往往距離電源處較遠，輸電過程中饋電線中存在線路損耗問題，且隨著傳輸距離的加長而增大，因此，高壓直流遠供電無疑是解決長距離通信的最佳方案。高壓直流遠供電系統(tǒng)的原理是將機房內開關電源的48 V直流電通過遠供電源局端設備隔離升壓到200～400 V，將直流高壓電通過光電混合纜中饋電線傳輸到遠端設備處，傳輸過程中電源處于對地懸浮狀態(tài)，通過遠端設備進行電壓逆變，變換到遠端設備所需電壓（如直流48 V或交流220 V），最終實現遠端設備正常通信（見圖2）。

光電混合纜在結構設計過程中，主要是饋電線的截面積選取，饋電線的截面積與傳輸距離、用電設備功率、傳輸電壓等級、遠供電設備接收電壓范圍等有關，線纜設計完后，還需進一步驗算線纜損耗，一般線纜損耗功率以不超過遠供局端設備輸出功率的10%為宜。

圖2 高壓直流遠端供電原理

由于遠供電源采用機房的不間斷電源為接入電源，所以其本身為不間斷電源，而遠供系統(tǒng)的升壓功能主要作用是減少傳輸線路中的電功率損耗，遠端設備的降壓主要為通信設備提供穩(wěn)定的工作電壓。傳輸過程中采用光電混合纜的主要作用是將光路傳輸與電路傳輸復合到同一根纜上，減少二次施工帶來的不必要麻煩，同時也降低了采購成本和維護成本。

3 遠供電相關設備

遠供電系統(tǒng)的設備主要分為局端設備和遠端設備兩大部分。局端設備是整個遠供系統(tǒng)的核心，可以完成-48 V直流隔離升壓的功能，便于長距離傳輸。遠供電系統(tǒng)一般應具有如下安全功能。

a）采用直流隔離升壓技術，保證直流電壓輸出對地處于懸浮狀態(tài)。

b）具有輸出過壓、輸出過載和輸入過壓、輸入欠壓保護功能。

c）開路保護。當傳輸線路（正極或負極電纜）部分或全部被破壞時，為確保維護人員與設備安全，系統(tǒng)告警，切斷高壓輸出。

d）短路保護。當傳輸線路中，某處電纜的正極與負極短接時，為保證設備和線路安全，系統(tǒng)告警，切斷高壓輸出。

e）漏電保護。當遠供傳輸線路中任何一處對地絕緣阻抗下降，產生對地電流時（≥15 mA），為確保維護人員與設備安全，系統(tǒng)告警，切斷高壓輸出。

f）強電入侵保護。當局端設備檢測到有市電與遠供傳輸線路產生搭接時，為保證設備和線路安全，系統(tǒng)告警，切斷局端的高壓輸出。

g）防雷保護。局端輸出端具有防雷、防浪涌功能，防雷等級不小于20 kA；而在實際使用過程中，防雷保護是必不可少的功能，多次實踐證明在多雷地區(qū)使用遠供電系統(tǒng)，沒有完備的防雷保護功能會因雷擊引起設備及線路損壞。

h）報警功能。具有聲、光報警功能，不同的保護狀態(tài)對應不同的指示燈，方便維護人員查障。

遠端設備是將輸入的直流高壓或者交流220 V變換成穩(wěn)定的直流-48 V，為遠端設備提供所需電源，一般應具有如下安全功能。

a）寬范圍直流輸入、DC/DC降壓功能。

b）輸出短路、過壓、過流保護功能。

c）直流輸入端防雷保護（等級20 kA）。

在實際使用過程中，高壓直流遠供系統(tǒng)使用的安全性往往成為關注的問題。在高壓直流遠供系統(tǒng)中，正常供電的正負兩級處在對地懸浮狀態(tài)，即在不構成回路的狀態(tài)下是不會觸電的，也就是說單獨觸碰任何一根正在工作的導線都不會有觸電的感覺，也不會造成任何的人身傷害；同時局端設備具備的保護功能能夠很好地解決這類問題，在開路、短路、漏電等情況出現的時候，局端設備可以在0～2 s內切斷高壓輸出，實現整個線路的保護功能，同時也在最大程度上起到了保護人身安全的作用。

4 案例概述

目前高壓直流遠供系統(tǒng)在移動網絡建設上發(fā)揮了一定的作用，現以BBU+RRU場景（見圖3）為例進行介紹。BBU安裝在宏基站內，RRU×3掛桿，距BBU所在基站的距離小于或等于2 km。局端輸入電壓為-48 V，輸出電壓為350 V，輸出功率為1 200 W。安裝在BBU所在的宏基站或接入機房內，取用該基站內-48 V電源。中間通過光電混合纜傳輸。遠端輸入電壓為250～350 V，輸出電壓為48 V，采用防水外殼，外掛于RRU設備下部，輸出功率為300 W×3（同時為塔上3個RRU）供電。

4.1 測試場景

a）BBU安裝位置。某老年公寓宏基站。

圖3 BBU+RRU場景

b）RRU安裝位置。與天線一起安裝在工人文化宮景觀塔上方。

c）BBU到RRU的距離為500 m。

d）老年公寓宏基站電源配置。原宏基站開關電源1臺，800 Ah/48 V蓄電池2組，新裝遠供電源單元1套，BBU1臺。

4.2 遠供電源的安裝位置

a）局端位置。與BBU安裝在同一基站。

b）遠端位置。安裝在景觀塔內底部，遠端與BBU之間的電源線從RRU沿景觀塔內部布放到遠端。

c）傳輸電纜。12B1+4×1.5 mm2光電混合纜。長度為500 m。

4.3 測試設備

該案例采用的測試設備如表1所示。

4.4 測試過程及測試記錄

a）使用2×10 mm2銅纜將開關電源-48 V輸出與遠供局端-48 V輸入正確連接，藍色線纜接-48 V負極，黑色線纜接-48 V正極。

b）將光電混合纜內銅芯線纜連接到局端輸出的正極和負極。

c）將遠端與防雷模塊安裝在景觀塔底部，光電混合纜內銅芯正確連接到防雷模塊輸入端。

d）防雷模塊輸出端連接到遠端單元的輸入端。

e）RRU電源線連接到遠端單元-48 V輸出端。

f）局端加電，遠供系統(tǒng)及3個RRU工作正常。

表1 測試設備

g）測量局端輸入電壓、電流，局端輸出電壓、電流，遠端輸入電壓、電流，遠端單路輸出電壓、電流（測試數據見表2）。

表2 測試數據

此外，還對其安全保護功能進行了測試，測試過程如下：

a）斷開局端設備正極輸出，局端立即開路保護，局端面板開路告警燈常亮，蜂鳴器報警；重新連接好正極，設備在50 s后自動恢復正常工作。

b）用一根導線直接短接局端輸出的正極、負極，局端立即短路保護，局端面板過載告警燈常亮，蜂鳴器報警；去掉短接線，設備在50 s后自動恢復正常工作。

c）用一根導線的一端接觸局端輸出的正極，另一端接觸局端機殼（保護地），局端立即漏電保護，局端面板漏電告警燈常亮，蜂鳴器報警；去掉連接線，設備在50 s后自動恢復正常工作。

d）用一根導線一端接機房交流電的火線，另一端接一空開；另外使用一根導線一端接空開，另一端接局端輸出正極；閉合空開，局端立即強電保護，局端面板強電告警燈常亮，蜂鳴器報警；打開空開，設備在50 s后自動恢復正常工作。

e）用一根導線直接短接遠端單元輸出的正極、負極，遠端輸出短路保護，RRU停止工作；去掉短接線，遠端設備輸出正常，RRU恢復工作。

4.5 結論

經過本次測試，一套遠供電源設備可以為3個RRU設備進行供電，且具備輸出開路保護、短路保護、漏電保護、強電搭接保護、自動恢復等各種功能，并且反應靈敏，局端、遠端轉換效率較高。

5 光電混合纜產品面臨的問題

光電混合纜產品最早是為解決短距離供電和通信應用而開發(fā)的，但是隨著我國3G網絡和FTTx發(fā)展的需求，遠端設備或終端設備的供電問題變得越來越突出。從成本和安全等方面考慮，集光纖和饋電線于一體的光電混合纜無疑是最好的選擇，而遠供電設備的引入正好滿足運營商網絡建設的新需求。通過直流高壓遠供系統(tǒng)實現長距離、安全、可靠的供電需求。2008年至今，國內光電混合纜產品需求突飛猛進，但是隨之而來的問題是出現了惡性競爭，一些不規(guī)范、不達標的光電混合纜開始在市面上出現，如導線截面積不達標、絕緣層厚度不達標、隔熱耐電壓不達標等結構性缺陷或質量問題相繼出現，這導致在高壓直流供電過程中容易出現溫度偏高導致的通信不穩(wěn)、供電不穩(wěn)、漏電等質量隱患，更有甚者因結構性缺陷而導致在維護時出現人員傷亡等重大安全事故。

6 結束語

江蘇亨通光電股份有限公司從1998年開始從事光電混合纜產品的開發(fā)和制造，近年來根據市場需求，聯(lián)合遠供電設備優(yōu)秀企業(yè)進行高壓直流遠供方案的試點和推廣，并成功運營多年，由于其具有安全、可靠、方便、成本低廉等優(yōu)點，相信其將在物聯(lián)網建設和4G時代具有更廣闊的市場空間。