移動(dòng)通信基站配套電源的整改方案

唐連雷，邱 劍

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

1 背 景

配套電源是通信基站配套資源的重要組成部分，隨著近幾年中國(guó)移動(dòng)TD－SCDMA、TD－LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，新增的通信設(shè)備給現(xiàn)網(wǎng)站址的配套電源提出了新的需求。為了保障通信網(wǎng)絡(luò)的暢通運(yùn)行，確保電源系統(tǒng)的可靠和安全，解決現(xiàn)網(wǎng)配套電源存在諸多弊端和安全隱患，開展基站配套電源的整改工作勢(shì)在必行。

2 通信基站配套電源整改思路及原則

通信基站配套電源主要由智能電表、交流配電箱、開關(guān)電源、蓄電池組、直流分配箱等組成，如圖1所示。

通信基站配套電源系統(tǒng)，通常在以下三種情況下需要進(jìn)行電源整改。一是機(jī)房負(fù)載設(shè)備功耗超過供電設(shè)備的供電能力；二是供電設(shè)備超過使用年限或者故障率高；三是新增負(fù)載設(shè)備供電電壓等級(jí)需求與原電源系統(tǒng)提供的電壓等級(jí)不一致。

2.1 蓄電池組整改思路

圖1 通信基站配套電源系統(tǒng)圖

蓄電池組作為通信基站的備電系統(tǒng)，在應(yīng)對(duì)市電故障的過程中起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)蓄電池組的使用年限或者額定容量達(dá)到報(bào)廢臨界值時(shí)，需要整體更換蓄電池組。根據(jù)《中國(guó)移動(dòng)通信電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池，使用8年以上或容量低于80%額定容量的，需要進(jìn)行更換。

另外，隨著機(jī)房負(fù)載設(shè)備的增加，蓄電池組的備電時(shí)間會(huì)變短，當(dāng)蓄電池組的備電時(shí)間小于市電正常故障時(shí)間或者小于維護(hù)單位故障排除時(shí)間時(shí)，則需要更換為更大容量的蓄電池組。蓄電池組的容量需求主要與負(fù)荷電流、放電小時(shí)數(shù)、放電容量系數(shù)、蓄電池組所處環(huán)境等因素有關(guān)，具體計(jì)算公式如下：

式中：Q為蓄電池容量（Ah）；I為負(fù)荷電流（A）；K為安全系數(shù)：取1.25；T為放電小時(shí)數(shù)（h）；η為放電容量系數(shù)（根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范取值）；t為最低環(huán)境溫度數(shù)值，無(wú)采暖按15℃考慮；α為電池溫度系數(shù)（1／℃）：取0.01，放電小時(shí)率＜1；取0.008，10＞放電小時(shí)率≥1；取0.006，放電小時(shí)率＞10。

在進(jìn)行蓄電池組更換的過程中需要注意，由于不同廠家、不同型號(hào)、不同生產(chǎn)批次的蓄電池內(nèi)阻不一致，若并聯(lián)或者串聯(lián)使用會(huì)導(dǎo)致蓄電池壽命降低，甚至出現(xiàn)安全事故，所以在整改方案制定過程中切忌混用。另在蓄電池組整改方案中需注意以下兩點(diǎn)，一是目前移動(dòng)通信基站已廣泛應(yīng)用了密封閥控式鉛酸蓄電池，對(duì)于市電穩(wěn)定的供電基站，鉛酸蓄電池仍是目前應(yīng)用的主流；二是對(duì)于市電不穩(wěn)或新能源應(yīng)用領(lǐng)域特別適合應(yīng)用磷酸鐵鋰電池，與鉛酸蓄電池相比，其特點(diǎn)主要有重量輕、體積小、耐高溫、壽命長(zhǎng)、節(jié)能降耗等，故磷酸鐵鋰電池取代鉛酸蓄電池將會(huì)成為今后的發(fā)展方向。

2.2 開關(guān)電源整改思路

開關(guān)電源是通信基站的供電單元，用于完成交直流的轉(zhuǎn)換。開關(guān)電源的整改主要取決于兩點(diǎn)，一是開關(guān)電源的滿配容量是否滿足機(jī)房新增設(shè)備后的直流總負(fù)載容量需求？二是開關(guān)電源的供電電壓是否滿足新增直流負(fù)載的電壓等級(jí)需求？

開關(guān)電源容量的計(jì)算有兩種方法：

（1）根據(jù)開關(guān)電源監(jiān)控模塊上的電流值計(jì)算。開關(guān)電源監(jiān)控模塊上的電流值為浮充電壓下（－48 V系統(tǒng)：53.5 V或54 V，＋24 V系統(tǒng)：26.7 V或27 V）的電流，在核算系統(tǒng)容量時(shí)應(yīng)考慮將其轉(zhuǎn)換成48 V或24 V?？蓞⒄杖缦鹿剑洪_關(guān)電源容量＝（開關(guān)電源監(jiān)控模塊上的電流值×浮充電壓＋本期新增設(shè)備功耗）÷系統(tǒng)電壓÷開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率。

（2）根據(jù)開關(guān)電源所帶負(fù)載功耗計(jì)算。可參照如下公式：

開關(guān)電源容量＝（（機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)有設(shè)備直流功耗＋本期新增設(shè)備直流功耗）÷系統(tǒng)電壓＋ 蓄電池組充電電流）÷開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率。

根據(jù)以上兩種計(jì)算方法計(jì)算出開關(guān)電源的容量需求。另為了保證開關(guān)電源工作的穩(wěn)定性，在進(jìn)行整流模塊配置時(shí)，一般采用N＋1備份的方式，即開關(guān)電源的容量需求需要冗余一個(gè)開關(guān)電源整流模塊的容量。

針對(duì)新增直流負(fù)載電壓與原基站供電電壓不一致的情況，通常采用DC／DC設(shè)備來(lái)解決，常用的DC／DC有＋24 V轉(zhuǎn)－48 V和－48 V轉(zhuǎn)＋24 V兩種。DC／DC設(shè)備的原理為直流電源經(jīng)輸入空開到直流變換模塊，經(jīng)各直流變換模塊變換為－48 V或＋24 V直流電，通過匯接進(jìn)入直流配電輸出，分多路提供給通信設(shè)備使用。

由于基站內(nèi)直流負(fù)載的增加，開關(guān)電源內(nèi)用于直流分配的熔絲或者空開端子不足也會(huì)成為開關(guān)電源整改必須考慮的問題。目前主流的解決辦法是增加外置直流分配箱。外置直流分配箱相當(dāng)于開關(guān)電源直流分配單元的擴(kuò)展，對(duì)開關(guān)電源參數(shù)無(wú)明顯影響。鑒于壓降的影響，在安裝外置直流分配箱時(shí)，盡量將直流分配箱安裝在靠近開關(guān)電源的位置，同時(shí)采用線徑不小于70 mm2的銅芯電力電纜連接至開關(guān)電源母排。

2.3 交流配電箱整改思路

對(duì)于交流配電箱的整改，一般考慮以下兩點(diǎn)。一是交流配電箱空開大小是否滿足本期新增設(shè)備后的使用；二是交流配電箱容量是否滿足本期新增設(shè)備后的交流總功耗需求。

交流負(fù)載的計(jì)算，涉及交流配電箱容量的核算和交流供電線線徑大小的確定。對(duì)于容量不足的交流配電箱需進(jìn)行更換，線徑大小不足的線纜需進(jìn)行更換。

3 通信基站配套電源整改案例

3.1 －48 V電源系統(tǒng)的改造案例

案例分析：四川省廣元市市區(qū)某基站自2008年建成，位于居民自有住房的二樓，建筑類型為磚混結(jié)構(gòu)，基站內(nèi)所有設(shè)備底座均增加承重槽鋼加固?；緝?nèi)包含一臺(tái)掛墻式交流配電箱，該設(shè)備輸入空開容量為60 A，至計(jì)量箱采用4×16 mm2銅芯電力電纜連接，交流分配單元內(nèi)無(wú)剩余空開?；緝?nèi)包含一架北京動(dòng)力源的開關(guān)電源，型號(hào)為DUM－48／50C4，滿配容量為600 A，現(xiàn)有4個(gè)50 A的整流模塊，一次下電剩余3個(gè)63 A空開，二次下電剩余2個(gè)32 A空開?；緝?nèi)有1組單體2 V容量500 Ah全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池組。機(jī)房?jī)?nèi)的負(fù)載設(shè)備主要包含2架華為BTS3012設(shè)備，1套中興TD－SCDMA設(shè)備，其中BBU型號(hào)為B8300，RRU型號(hào)為R8968E M1920。本基站配置2臺(tái)3P空調(diào)，總功耗約6 000 W，機(jī)房照明約500 W（依據(jù)《移動(dòng)通信網(wǎng)基站配套設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化方案》中機(jī)房照明用電預(yù)留值）。

本期工程，新增1套TD－LTE設(shè)備，包含BBU型號(hào)為B8300，RRU型號(hào)為R8978 S2600，本基站直流設(shè)備功耗如表1所示。

表1 基站直流設(shè)備功耗

該基站直流負(fù)載功耗總計(jì)7 823 W，蓄電池終止電壓為1.8 V，直流負(fù)載電流為：

I＝7 823 W÷1.8 V÷24＝181 A

根據(jù)中國(guó)移動(dòng)下發(fā)的《移動(dòng)通信網(wǎng)基站配套設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化方案》中對(duì)蓄電池備電時(shí)間的要求，該站點(diǎn)位于市區(qū)，蓄電池組后備時(shí)間要求≥3 h，依據(jù)2.1節(jié)蓄電池容量的計(jì)算公式，該站點(diǎn)蓄電池容量需求如下：

根據(jù)以上計(jì)算，該基站需要替換原有蓄電池組，新增2組單體2 V容量500 Ah全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池。

更換蓄電池組后，按照10 h放電率考慮，1組500 Ah蓄電池組的浮充電流為50 A，根據(jù)2.2節(jié)開關(guān)電源容量計(jì)算的第二種計(jì)算方法，可以計(jì)算出開關(guān)電源容量需求。

開關(guān)電源容量＝（7 823 W÷48 V＋2×50 A）÷83%＝317 A。

該開關(guān)電源模塊的容量為50 A，計(jì)算出來(lái)的開關(guān)電源容量向上取整后共計(jì)需要7個(gè)模塊，為保證開關(guān)電源運(yùn)行的穩(wěn)定，開關(guān)電源模塊配置采用N＋1備份的方式，即該基站共計(jì)需要8個(gè)，減去原有的4個(gè)，故本期需新增4個(gè)開關(guān)電源整流模塊。

交流配電箱作為基站電力輸入的必經(jīng)之路，也需要分析交流配電箱的容量是否滿足需求。

基站交流總功率＝基站直流功率÷交直流轉(zhuǎn)換系數(shù)＋基站交流功率＝（7 823 W＋2×50 A×48 V）÷0.9＋6 000 W＋500 W＝20 526 W

交流電流＝基站交流總功率÷交流電壓÷相數(shù)÷功率因數(shù)＝20 526 W÷220 V÷3÷0.8＝39 A

4×16 mm2銅芯電力電纜廠家建議載流量約為43 A，綜上所述，該基站交流配電箱及相關(guān)電力電纜能滿足本期工程需求，無(wú)需更換。

3.2 ＋24 V電源系統(tǒng)的改造案例

案例分析：四川省廣元市城郊某基站建成于2004年，位于一樓，建筑類型為磚混結(jié)構(gòu)，機(jī)房面積約12 m2?；緝?nèi)包含一臺(tái)掛墻式交流配電箱，該設(shè)備輸入空開容量為60 A，至計(jì)量箱采用4×16 mm2銅芯電力電纜連接，交流分配單元內(nèi)無(wú)剩余空開?；緝?nèi)包含一架北京動(dòng)力源的開關(guān)電源，型號(hào)為DUM－24／100B2，滿配容量為900 A，現(xiàn)有2個(gè)100 A的整流模塊，由于機(jī)房?jī)?nèi)負(fù)載設(shè)備較多，一次下電熔絲及空開端子已全部占用，二次下電有剩余空開?；緝?nèi)有1組單體2 V容量1 000 Ah全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池。機(jī)房?jī)?nèi)的負(fù)載設(shè)備主要包含1架華為BTS3012設(shè)備。本基站配置1臺(tái)3P空調(diào)，功耗約3 000 W，機(jī)房照明約500 W（依據(jù)《移動(dòng)通信網(wǎng)基站配套設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化方案》中機(jī)房照明用電預(yù)留值）。

本期工程，新增1套TD－LTE設(shè)備，包含BBU型號(hào)為B8300，RRU型號(hào)為R8978 S2600本基站直流設(shè)備功耗如表2所示。

表2 基站直流設(shè)備功耗

該基站直流負(fù)載功耗總計(jì)4 299 W，蓄電池終止電壓為1.8 V，直流負(fù)載電流為：

根據(jù)中國(guó)移動(dòng)下發(fā)的《移動(dòng)通信網(wǎng)基站配套設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化方案》中對(duì)蓄電池備電時(shí)間的要求，該站點(diǎn)位于城郊，蓄電池組后備時(shí)間要求≥5 h，依據(jù)2.1節(jié)蓄電池容量的計(jì)算公式，該站點(diǎn)蓄電池組容量需求如下：

根據(jù)以上計(jì)算，可見該基站蓄電池組容量不足，需要新增2組單體2 V容量1 000 Ah全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池。鑒于該基站面積較小，無(wú)空余位置安裝新增蓄電池組。同時(shí)根據(jù)中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》第7.4.2條的規(guī)定，通信設(shè)備使用的＋24 V直流基礎(chǔ)電源仍可繼續(xù)使用，但不再擴(kuò)容，直到這些通信設(shè)備停用為止。通信設(shè)備供電電壓等級(jí)過渡為－48 V成為一個(gè)大的趨勢(shì)，對(duì)于原站點(diǎn)為＋24 V電源系統(tǒng)的基站，優(yōu)選方案是新增一套－48 V電源系統(tǒng)。

鑒于以上原因，該基站最優(yōu)的整改方案是將原有＋24 V電源系統(tǒng)替換為－48 V電源系統(tǒng)，與此同時(shí)，還需要為基站內(nèi)原有供電電壓為＋24 V的設(shè)備供電。這些設(shè)備的總功耗為2 925 W，其中無(wú)線設(shè)備功耗為2 300 W，傳輸設(shè)備功耗為625 W。針對(duì)這個(gè)問題，可以新增2架－48 V轉(zhuǎn)換為＋24 V的DC／DC轉(zhuǎn)換器，DC／DC轉(zhuǎn)換器整機(jī)效率≥85%。

電源替換完成后，該基站直流負(fù)載電流為：

I＝（基站48 V設(shè)備功耗＋基站24 V設(shè)備功耗÷DC／DC轉(zhuǎn)換器整機(jī)效率）÷1.8÷24＝（1 374 W＋2 925 W÷85%）÷1.8 V÷24＝111 A

蓄電池組容量需求如下：

根據(jù)以上計(jì)算，該基站配置1組單體2 V容量1 000 Ah全浮充供電方式的閥控式密封蓄電池即可滿足基站后備時(shí)間的要求。

更換蓄電池組后，按照10 h放電率考慮，1組1 000 Ah蓄電池組的浮充電流為100 A，根據(jù)3.2節(jié)開關(guān)電源容量計(jì)算的第二種計(jì)算方法，可計(jì)算出開關(guān)電源容量需求。

開關(guān)電源容量＝（（1 374 W＋2 925 W÷85%）÷48 V＋100 A）÷83%＝241 A。

主流廠家開關(guān)電源模塊的容量為50 A，計(jì)算出來(lái)的開關(guān)電源容量向上取整后共計(jì)需要5個(gè)模塊。若采用N＋1備份的方式，共計(jì)需要6個(gè)開關(guān)電源模塊。考慮該基站近期有增加TD－SCDMA設(shè)備的需求，可配置滿配600 A，現(xiàn)配350 A（7個(gè)50 A開關(guān)電源整流模塊）的組合式開關(guān)電源。

基站交流總功率＝基站直流功率÷交直流轉(zhuǎn)換系數(shù)＋基站交流功率＝（1 374 W＋2 925 W÷85%＋100 A×48）÷0.9＋3 000 W＋500 W＝14 184 W

交流電流＝基站交流總功率÷交流電壓÷相數(shù)÷功率因數(shù)＝14 184 W÷220 V÷3÷0.8＝27 A

4×16 mm2銅芯電力電纜廠家建議載流量約為43 A，綜上所述，該基站交流配電箱及相關(guān)電力電纜能滿足本期工程需求，無(wú)需更換。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，需開展移動(dòng)通信現(xiàn)網(wǎng)基站配套電源的整治工作，針對(duì)不同的設(shè)備負(fù)載需求和現(xiàn)網(wǎng)配套資源情況，需逐個(gè)分析計(jì)算，并結(jié)合項(xiàng)目投資、完工工期、機(jī)房空間、機(jī)房承重、設(shè)備廠商等因素靈活應(yīng)用不同的整改方案，力爭(zhēng)提升移動(dòng)通信基站的供電質(zhì)量，保障通信網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)行。

［1］ YD／T5040－2005.通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ YD／T1051－2010.通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求［S］.

［3］ QB－J－017－2013.中國(guó)移動(dòng)通信電源系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.