地鐵民用通信系統(tǒng)中供電技術(shù)選用分析

鐘 濤

（上海郵電設(shè)計咨詢研究院有限公司，上海 200092）

0 引 言

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，地鐵民用通信系統(tǒng)也在不斷革新，新型室分以及各種通信設(shè)備的成熟應(yīng)用，使得地鐵民用通信電源系統(tǒng)也向著智能化、多樣化發(fā)展，針對地鐵隧道、站廳、站臺等不同的覆蓋場景，以及3家運營商不同的供電需求，合理的供電方案和最優(yōu)的電源建設(shè)方式，能有效地減少運營成本，降低通信系統(tǒng)故障率，更好地保障地鐵民用通信系統(tǒng)安全，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量[1]。

1 地鐵民用通信電源系統(tǒng)的要求

地鐵區(qū)域作為特殊場景，其民用通信電源系統(tǒng)的建設(shè)必須滿足更高的要求。一是擁有獨立的供電設(shè)備，并具備集中監(jiān)控管理的系統(tǒng)功能；二是必須保障對通信設(shè)備不間斷、無瞬變的供電，滿足通信設(shè)備的各項要求；三是應(yīng)采用一類市電供電，即引入兩路供電線，且來源應(yīng)是不同的可靠電源，機房內(nèi)交流配電箱應(yīng)設(shè)置自動切換開關(guān)（Automatic Transfer Switch，ATS）。圖1為外市電引入示意圖。

圖1 外市電引入示意

2 地鐵民用通信電源的系統(tǒng)構(gòu)成

結(jié)合各運營商之間設(shè)備參數(shù)的不同，地鐵民用通信電源系統(tǒng)有交流和直流2種供電方式[2]。交流供電系統(tǒng)主要包括不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS），交流配電屏、240V/480 V蓄電池等。當交流配電柜的外市電引入UPS后，經(jīng)過穩(wěn)壓交流輸出至交流配電屏，通過空開對各個通信子系統(tǒng)設(shè)備進行供電。市電正常時，UPS在給負載提供電力的同時，對240V/480 V蓄電池組進行充電，市電故障時，UPS則通過逆變器將電池組的直流電源轉(zhuǎn)換成交流提供給負載。不同于交流供電方式，直流供電系統(tǒng)主要包含開關(guān)電源、直流配電屏以及48 V蓄電池組等，當外市電交流電源引入開關(guān)電源柜后，經(jīng)過整流模塊變壓轉(zhuǎn)換成-48 V的直流電源，再通過直流配電屏分路后輸送至各個通信子系統(tǒng)。市電輸入正常時，經(jīng)過整流模塊轉(zhuǎn)換后的直流電源一方面對設(shè)備供電，另一方面對48 V蓄電池組進行浮充或者均充。當市電中斷時，48 V蓄電池組則通過開關(guān)電源向負載連續(xù)供電。電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 電源系統(tǒng)構(gòu)成

3 民用通信電源的配置原則

依照《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51194—2016），項目建成投產(chǎn)后1～3年為近期，3～5年為遠期。通信電源設(shè)備應(yīng)在保障供電質(zhì)量的前提下，考慮安裝、維護和使用方便，按照相應(yīng)的近期和遠期需求進行配置。市電引入按照遠期需求配置容量，考慮到地鐵系統(tǒng)本身電力保障已非常完善，可就近接入地鐵電源系統(tǒng)[3]。電源設(shè)備應(yīng)考慮遠期的發(fā)展規(guī)劃進行配置，其中整流模塊可按照近期需求進行配置，蓄電池配置需考慮機房空間、承重后，按近期負載需求進行配置。總之，通信電源系統(tǒng)的配置需要多方案技術(shù)經(jīng)濟比較后選擇可靠性高、造價合理和維護成本低的方案。

4 地鐵民用通信系統(tǒng)供電選用

4.1 站廳、站臺的供電方案

站廳、站臺作為地鐵交通中的節(jié)點，一般都配備有民用通信機房，因此在供電方案上可選取空間較大。隨著新型室分的不斷應(yīng)用，通信設(shè)備對于供電需求也越來越多樣化[4]。相較于傳統(tǒng)室分的直流供電方式，混合供電方式更適應(yīng)于地鐵民用通信系統(tǒng)。以某地地鐵站廳站臺為例，運營商選用的是新型室分室內(nèi)基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）+RHUB+PRRU的覆蓋方式，考慮到RHUB等設(shè)備需求輸入電源為220 V交流，且部分設(shè)備廠家對因直流供電造成的設(shè)備損壞不予保修等情況，綜合對比后最終選用混合供電方式，即傳輸設(shè)備以及BBU選用直流供電系統(tǒng)，RHUB等設(shè)備則選用交流供電系統(tǒng)，2套系統(tǒng)均配備對應(yīng)容量的蓄電池作為后備電源，當市電發(fā)生故障后，直流供電系統(tǒng)的48 V蓄電池負責(zé)給直流設(shè)備提供電源，交流供電系統(tǒng)中的蓄電池則通過UPS轉(zhuǎn)換成交流電供給交流設(shè)備，2套供電系統(tǒng)互不干擾地同時運行，減少了因交直流轉(zhuǎn)換時造成的損耗，降低了運營成本，同時又避免了遠端設(shè)備因轉(zhuǎn)換模塊故障造成的損傷，更有效地保障了通信系統(tǒng)的安全運行。

4.2 隧道區(qū)間的供電方案

隧道區(qū)間的供電方案，主要取決于通信系統(tǒng)覆蓋方式、機房空間以及供電距離等因素，考慮到隧道中不易取電、維護難度高，一般采用集中式供電[5]。隧道區(qū)間的主要供電對象為隧道內(nèi)的射頻拉遠單元，根據(jù)各運營商的設(shè)備參數(shù)不同，所需要的供電類別也不同。結(jié)合現(xiàn)有的供電技術(shù)，大體上可分為以下3種方式。

方式一：采用直流遠供方式。直流遠供方式是通過局端設(shè)備將-48 V穩(wěn)定電源處理變壓至280 V后，通過光電復(fù)合纜或電力線輸送給遠方或接入端的通信設(shè)備端，再經(jīng)變壓至負載設(shè)備所需的標準電壓進行供電，備用電源可與民用通信機房內(nèi)的直流供電系統(tǒng)共用。直流遠供系統(tǒng)如圖3所示。直流遠供電源無需配置UPS，只需要配備局端設(shè)備和遠端設(shè)備，節(jié)約了投資，同時因懸浮電壓的設(shè)計，避免了遠距離傳送過程中的漏觸電風(fēng)險，對人身更安全。直流輸電不會產(chǎn)生電磁污染，減少了通信系統(tǒng)中的供電節(jié)點及蓄電池配置，符合國家提出的節(jié)能環(huán)保要求，屬于綠色環(huán)保供電方案。直流遠供技術(shù)在城鐵、高鐵沿線等長距離帶狀區(qū)域的通信覆蓋場景中應(yīng)用較多，而在地鐵場景中主要受限于機房空間、線纜損耗以及遠端模塊安全性等。

圖3 直流遠供系統(tǒng)

方式二：采用UPS交流供電。UPS交流供電是將機房內(nèi)的交流電源通過電力纜線直接傳送至遠端設(shè)備供電，交流設(shè)備可直接供電，直流設(shè)備可在遠端設(shè)備側(cè)增加外置電源模塊轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸入電壓進行供電。隧道區(qū)間內(nèi)的各個供電節(jié)點可采用串聯(lián)方式，節(jié)約了電力線纜的投入，備用電源可與機房內(nèi)交流供電系統(tǒng)共用。近些年由于模塊化UPS的成熟應(yīng)用，大大減少了UPS在前期建設(shè)過程中的成本投入，容量隨需隨擴也避免了后期因負載增加導(dǎo)致UPS容量不足需要重新更換的局面，在地鐵覆蓋場景中應(yīng)用較多。UPS交流遠供系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 UPS交流遠供系統(tǒng)圖

方式三：采用高壓直流輸電（High-Voltage Drrect Current，HVDC）方式。與傳統(tǒng) 48 V 供電系統(tǒng)類似，唯一不同的是局端設(shè)備允許接入電壓包含了市電220 V交流電源，可直接將其轉(zhuǎn)換成270 V、350 V或420 V等電壓的直流電壓。其余配置與傳統(tǒng)的-48 V直流遠供一樣，本文不再進行詳細描述。

4.3 經(jīng)濟分析

隧道區(qū)間的供電方式選用，需依據(jù)現(xiàn)場情況以及實際建設(shè)需求，同時還要考慮方案的經(jīng)濟性、可靠性等原則。以某地機場線地鐵為例，區(qū)間包含高架、地下隧道及山嶺隧道3種場景，高架場景由室外宏站覆蓋，地下、山嶺隧道采用傳統(tǒng)室分覆蓋，總長度約21 km，6段隧道內(nèi)共設(shè)置了52個供電節(jié)點。采用UPS供電方式，機房側(cè)需配置6套UPS供電系統(tǒng)，6組蓄電池，電源線需配置大約36.54 km，隧道內(nèi)電源分配箱52臺，總投資約330萬；采用直流遠供方式，需配備直流遠供局端機52臺、局端綜合柜11臺、遠端機134臺、遠端配電單元52臺、開關(guān)電源11臺、直流屏6臺、整流模塊72套以及蓄電池22組，各類電力電纜44.68 km，總投資約為270萬。經(jīng)過綜合對比，直流遠供方案前期投資小，但因直流線損導(dǎo)致每年電費支出較UPS供電多支出21萬元，且后備蓄電池組占用空間較大，現(xiàn)有民用通信機房空間不足以安置，最終選定采用UPS供電方案建設(shè)。

5 結(jié) 論

綜上所述，地鐵民用通信系統(tǒng)的電源方案宜采用混合供電方式，直流供電系統(tǒng)負責(zé)機房內(nèi)傳輸設(shè)備以及BBU的直流電源供應(yīng)，交流供電系統(tǒng)負責(zé)機房內(nèi)交流設(shè)備以及遠端設(shè)備的交流電源供應(yīng)，這樣才能合理地利用地鐵民用通信機房的有限空間，有效解決通信設(shè)備供電需求不一的問題，提升設(shè)備運行的穩(wěn)定性，保障地鐵民用通信的安全性。