通信基站戶外一體化機(jī)柜中蓄電池地埋實(shí)踐成果報(bào)告

［張振 王遠(yuǎn)航 褚濤濤 江緒亮］

通信基站戶外一體化機(jī)柜中蓄電池地埋實(shí)踐成果報(bào)告

［張振 王遠(yuǎn)航 褚濤濤 江緒亮］

鐵塔公司為了適應(yīng)通信網(wǎng)快速發(fā)展和爭(zhēng)取在城市建設(shè)規(guī)劃中取得政府支持，現(xiàn)網(wǎng)落地站大量采用了戶外一體化機(jī)柜的建設(shè)方式，很大程度上緩解了新建基站選址困難、工程建設(shè)難、施工周期長(zhǎng)等問(wèn)題，但由此帶來(lái)蓄電池防盜、節(jié)能減排、蓄電池壽命減少等一系列的問(wèn)題。某市鐵塔公司聯(lián)合相關(guān)合作單位，提出蓄電池地埋方案并進(jìn)行試點(diǎn)總結(jié)，為解決上述問(wèn)題提供了一種可實(shí)施方案。

戶外一體化機(jī)柜 蓄電池 地埋 節(jié)能減排

張振

工程師，本科畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)工程碩士在讀，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

王遠(yuǎn)航

畢業(yè)于南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

褚濤濤

畢業(yè)于阜陽(yáng)師范學(xué)院信息工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

江緒亮

畢業(yè)于皖西學(xué)院通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

1　實(shí)踐背景及成果簡(jiǎn)介

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展， 為了解決網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的覆蓋，通信基站的建設(shè)形式越來(lái)越廣泛， 具有站點(diǎn)面積小、工程建設(shè)簡(jiǎn)單、施工周期短等特點(diǎn)的戶外一體化機(jī)柜基站建設(shè)方式也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。蓄電池作為通信基站供電系統(tǒng)的重要組成部分，是基站供電的最后一層保護(hù)，其運(yùn)行的壽命、運(yùn)維的成本以及基站處于戶外惡劣的外部環(huán)境下自身的防盜性，一直是困擾業(yè)界的一大難題。

為了解決上述問(wèn)題，優(yōu)化一體化戶外機(jī)柜的建設(shè)方案，某市鐵塔公司聯(lián)合合作單位開(kāi)展了戶外一體化機(jī)柜基站蓄電池地埋的創(chuàng)新試點(diǎn)工作，通過(guò)試點(diǎn)成果分析，有效解決了上述問(wèn)題。

本成果是在打破目前傳統(tǒng)戶外一體化機(jī)柜設(shè)備艙、蓄電池艙體兩種機(jī)柜構(gòu)成組合并完全暴露于地面之上的基礎(chǔ)上，通過(guò)將兩者進(jìn)行地理空間分割的建設(shè)模式，以降低蓄電池被盜率、基站運(yùn)維成本，戶外基站占地面積，提升機(jī)柜空間利用率為目的，最終達(dá)到節(jié)能減排的效果。通過(guò)本成果的實(shí)施，可以對(duì)一體化機(jī)柜設(shè)備艙體、蓄電池艙體地理空間分割進(jìn)行集成化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)一體化機(jī)柜具備靈活組合，兼容多種建設(shè)場(chǎng)景，豐富站點(diǎn)產(chǎn)品選擇，節(jié)能環(huán)保，快速部署等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)該市鐵塔公司基站建設(shè)以后相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算，戶外一體化機(jī)柜蓄電池地埋建設(shè)可以作為基站建設(shè)工程的優(yōu)選解決方案。

2　實(shí)踐成果設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述

本成果設(shè)計(jì)方案在原戶外一體化機(jī)柜地面基礎(chǔ)下方設(shè)計(jì)建設(shè)一個(gè)地下隱蔽艙體，專用于蓄電池的存放，可實(shí)現(xiàn)基站蓄電池的隱蔽性防盜，利用地下溫度相對(duì)較低、恒定的特點(diǎn)，不需再對(duì)蓄電池艙體加裝空調(diào)，節(jié)約空調(diào)能耗，同時(shí)設(shè)計(jì)人員上下通道，方便維護(hù)人員定期檢修維護(hù)蓄電池。

方案的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1） 在原一體化機(jī)柜地面基礎(chǔ)下方（一般在最側(cè)面蓄電池柜體的正下方）開(kāi)挖出一個(gè)方形的地下艙體，大小合適于存放蓄電池，并預(yù)留人員上下維護(hù)的空間。地下艙體四周土建采用混凝土澆實(shí)并摻入3%的防滲劑，做好防水措施。

（2） 地埋艙采用高等級(jí)304不銹鋼材料整體焊接，外型尺寸與地下混凝土艙體匹配，可放置兩組150AH普通鉛酸電池，為了施工人員能順利進(jìn)入蓄電池地埋艙，地埋艙入口設(shè)計(jì)550mm*550mm的大小。

（3） 地下地埋艙用防水混凝土澆筑施工完成后，將蓄電池獨(dú)立艙體放入混凝土艙體中，兩者間縫隙滿澆灌瀝青砂處理，保證夯實(shí)穩(wěn)固，機(jī)柜安裝完畢后設(shè)備與基礎(chǔ)接縫處采用素混凝土包封。

（4） 地面基礎(chǔ)應(yīng)高于自然地坪約300mm，邊緣做散水坡。獨(dú)立蓄電池艙體入口應(yīng)高出地面基礎(chǔ)，地上柜體與地面基礎(chǔ)間在安裝好后四周邊緣做好多層防水處理。全方位做好防水措施。

（5） 地下蓄電池艙上方的最側(cè)面柜體（遠(yuǎn)離鐵塔側(cè)，一般為蓄電池柜）下部設(shè)可拆卸擋板，下方為地下蓄電池艙的上下人孔，設(shè)爬梯可上下人員進(jìn)行蓄電池操作維護(hù)。

（6） 地下蓄電池艙體與地上柜體間預(yù)留走線孔管，用于布放蓄電池電纜、監(jiān)控線纜走線，排放蓄電池運(yùn)行中產(chǎn)生的氣體。

（7） 整體基礎(chǔ)根據(jù)尺寸需求重新作出設(shè)計(jì)；

（8） 原戶外一體化機(jī)柜設(shè)計(jì)預(yù)留的地下管線、手孔按實(shí)際情況確定設(shè)計(jì)方案。

主要設(shè)計(jì)如圖1：

圖1　整體示意圖

圖2　地埋艙

圖3　通風(fēng)原理

3　成果的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用效果

3.1成果主要技術(shù)點(diǎn)

（1） 安全防盜：蓄電池艙隱蔽，不易被發(fā)現(xiàn)，減少被盜幾率。

將蓄電池艙進(jìn)行地埋，蓄電池不易被發(fā)現(xiàn)，并對(duì)電池艙入口進(jìn)行防盜網(wǎng)安裝并進(jìn)行偽裝，增加盜竊難度，延長(zhǎng)偷盜作業(yè)時(shí)間。

（2） 節(jié)能減排：分艙溫控，利用地下恒溫，不用空調(diào)。

在空調(diào)功率一定的情況下，將蓄電池艙與設(shè)備艙分離后，僅需對(duì)地面以上部分的設(shè)備艙進(jìn)行溫度控制，充分節(jié)約電力能耗。而蓄電池艙埋于地下，借助地表以下的恒溫，來(lái)進(jìn)行蓄電池艙的溫度控制，不再單獨(dú)添加空調(diào)，符合集團(tuán)公司節(jié)能減排、綠色新能源的精神。蓄電池組熱耗小，易散熱，經(jīng)測(cè)試，地埋藏處于-10-43攝氏度的溫度范圍內(nèi)。

（3） 維護(hù)方便：預(yù)留地下電池艙專用通道，操作維護(hù)方便。

設(shè)置蓄電池艙專用進(jìn)出通道，進(jìn)出艙體內(nèi)部無(wú)需進(jìn)行設(shè)備拆除，不需切斷基站，對(duì)于蓄電池維護(hù)或者更換較為方便。

（4） 安裝高效：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，施工便捷。

對(duì)戶外一體化機(jī)柜蓄電池地埋進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施、地面施工、地下施工費(fèi)用，對(duì)于工期緊急的項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)、開(kāi)通，提高工程建設(shè)部進(jìn)度，達(dá)到節(jié)約能源的預(yù)期目的。

（5） 防水安全：混凝土包封，高標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼，多層防水。

防水，是戶外一體化機(jī)柜蓄電池地埋建設(shè)成敗的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)獨(dú)立蓄電池艙體采用高等級(jí)材料制作，進(jìn)行防腐涂層等多層防腐。蓄電池艙整體處于混凝土基礎(chǔ)包封之中，并澆灌瀝青砂進(jìn)行側(cè)壁處理，在混凝土基礎(chǔ)之上噴涂?jī)蓪臃浪约胺冷P漆，確保機(jī)柜防水安全。

3.2成果應(yīng)用效果

（1） 蓄電池艙溫度控制得到有效解決

目前采用的戶外一體化機(jī)柜蓄電池處于地面以上部分，易受高溫直射等影響，為保證蓄電池正常的工作溫度，需要配置專用空調(diào)使機(jī)柜內(nèi)整體降溫，能耗較大。 將蓄電池艙進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置并埋于地下，利用地下相對(duì)恒溫的環(huán)境，經(jīng)反復(fù)測(cè)試，地埋艙溫度可以處于20-30攝氏度的理想溫度范圍內(nèi)。

（2） 延長(zhǎng)蓄電池使用壽命

借助地下恒溫環(huán)境，蓄電池避免高溫直射等，使其自身所處的溫度環(huán)境處于常態(tài)水平，延長(zhǎng)了蓄電池使用壽命，從而節(jié)省蓄電池產(chǎn)品的費(fèi)用投入。

（3） 提高蓄電池艙的重復(fù)利用率

戶外一體化機(jī)柜蓄電池艙地埋采用整體安裝、吊裝的方式，在城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)的今天可以方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)柜的割接，提高蓄電池艙的重復(fù)利用率，減少后期拆站的建設(shè)投資成本。

（4） 施工安裝便捷

地埋式電池艙采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，一體化施工，對(duì)于承載地埋式電池艙的地面部分，采用常規(guī)開(kāi)挖，余土進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，工程量可以在4小時(shí)內(nèi)完成.整體艙體采用吊裝、安裝方式進(jìn)行，工作量可以在3小時(shí)內(nèi)完成。

（5） 防盜、防水創(chuàng)新

地埋式蓄電池艙入口開(kāi)于機(jī)柜內(nèi)，施工或維護(hù)人員從機(jī)柜的內(nèi)部方能進(jìn)度地埋電池艙體內(nèi)，無(wú)外露接口，防水性好，隱蔽防盜較為安全。

4　成果應(yīng)用效能定量評(píng)估

本節(jié)分別從“機(jī)柜成本”、“機(jī)柜基礎(chǔ)土建成本”、“空調(diào)耗能”、“蓄電池更新成本”、“機(jī)柜維護(hù)人工成本”等5個(gè)維度進(jìn)行費(fèi)用詳細(xì)對(duì)比測(cè)算分析，如表1。

4.1 機(jī)柜成本角度

表1　機(jī)柜柜體成本對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)兩種類型一體化機(jī)柜成本進(jìn)行比較，地埋式機(jī)柜增加一個(gè)地埋電池艙體費(fèi)用，機(jī)柜成本增加1 170元。

4.2機(jī)柜基礎(chǔ)土建施工成本

表2　 機(jī)柜基礎(chǔ)土建成本對(duì)比分析

4.3電池艙溫控調(diào)節(jié)

（1） 戶外一體化機(jī)柜各溫度測(cè)量取樣點(diǎn)標(biāo)注。

圖4　溫度測(cè)量取樣點(diǎn)標(biāo)注

表3　溫度取樣點(diǎn)測(cè)量表

蓄電池底部取樣點(diǎn)深度約為1.1米。

（2） 某市鐵塔蓄電池地埋試點(diǎn)基站溫度實(shí)測(cè)表。

根據(jù)該市天氣變化情況，在冬半年較低溫度、夏半年較高溫度和日常溫度下對(duì)地埋試點(diǎn)進(jìn)度溫度測(cè)試如圖5。

圖5　夏季某天溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

圖6　冬季某天溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

經(jīng)實(shí)測(cè)圖顯示，在空氣環(huán)境在-10-43攝氏度區(qū)間，一體化機(jī)柜地上機(jī)柜艙體內(nèi)溫度處在-8-46攝氏度區(qū)間，地埋電池艙體內(nèi)部溫度均值處在-1-27攝氏度區(qū)間。

綜上所示：可以得出將戶外一體化機(jī)柜蓄電池艙進(jìn)行地埋后恒溫控制狀況達(dá)到了預(yù)期效果。

4.4蓄電池更新成本

（1） 蓄電池使用環(huán)境溫度與蓄電池壽命的關(guān)系

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，蓄電池的充放電是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，影響該過(guò)程最大的因素是溫度。在25 °C時(shí)運(yùn)行，是設(shè)計(jì)制造和使用蓄電池的理論壽命。根據(jù)電化學(xué)理論，溫度降低，蓄電池可放電容量減少。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，蓄電池容量為100%，當(dāng)溫度下降到-10℃時(shí)，蓄電池容量只有標(biāo)稱值的70%。當(dāng)環(huán)境溫度升高到45℃時(shí)，蓄電池容量可以高達(dá)標(biāo)稱容量的105%，但過(guò)高的溫度會(huì)對(duì)蓄電池的使用壽命造成嚴(yán)重影響。所以，蓄電池處在20-25℃區(qū)間范圍內(nèi)，可以獲得最佳的放電效果和使用壽命。

（2） 兩種蓄電池類型機(jī)柜蓄電池使用壽命分析

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度提高10℃，使用壽命下降50%。

測(cè)試數(shù)據(jù)選在亳州相對(duì)高溫的5-8月份收集，經(jīng)對(duì)湯陵葦張及后毛新村兩個(gè)站點(diǎn)的測(cè)試溫度取樣分析以及實(shí)測(cè)圖顯示，在夏季高溫環(huán)境中，空氣環(huán)境在30-40℃區(qū)間，一體化機(jī)柜地上機(jī)柜艙體內(nèi)溫度處在32-44℃區(qū)間，地埋電池艙體內(nèi)部溫度均值處在26-27℃區(qū)間，接近蓄電池理想運(yùn)行溫度20-25℃范圍，并比同期地上設(shè)備艙體內(nèi)溫度低15℃范圍。

表4是常用式、蓄電池地埋式兩種戶外一體化機(jī)柜蓄電池使用壽命分析以及電池購(gòu)置費(fèi)用分析如表4。

4.5蓄電池維護(hù)人工成本

表4　蓄電池更新成本對(duì)比分析

類別機(jī)房巡檢次數(shù)維護(hù)人工成本費(fèi)用比較普通型MINI1次/單月偏差0元地埋蓄電池1次/單月

表6　地埋式蓄電池建設(shè)成本分析

兩者皆需要巡檢維護(hù)，費(fèi)用不變。

4.6成果應(yīng)用效果定量評(píng)估小結(jié)

綜上分析，地埋式蓄電池建設(shè)成本分析如表6。

5 成果應(yīng)用推廣結(jié)論

本試點(diǎn)成果自建設(shè)完畢后，經(jīng)過(guò)對(duì)溫度的監(jiān)控以及防水、防盜性能的反復(fù)測(cè)試具有良好的效果，在后期的基站建設(shè)過(guò)程中進(jìn)行使用，具備較大的推廣價(jià)值。

本試點(diǎn)成果在新的建設(shè)環(huán)境下適合在郊區(qū)、農(nóng)村等基礎(chǔ)開(kāi)挖方便和蓄電池被盜嚴(yán)重的場(chǎng)景進(jìn)行推廣。在不影響蓄電池日常維護(hù)的前提下，可有效降低蓄電池被盜風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少蓄電池空調(diào)能耗、提高蓄電池運(yùn)行壽命、節(jié)約一體化機(jī)柜利用空間，實(shí)現(xiàn)基站低成本運(yùn)營(yíng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

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