電聯(lián)競合對地鐵民用通信供電方案的影響研究

王浩　李云鵬　李斯博

【摘要】? ? 隨著“十四五”新基建建設(shè)規(guī)劃的發(fā)布，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，拓展5G應(yīng)用，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等建設(shè)成為重點(diǎn)。地鐵作為民生工程，5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋更是讓乘客感受時代的進(jìn)步。伴隨5G的高速發(fā)展，5G設(shè)備帶來的高能源損耗也逐漸日益明顯，電信、聯(lián)通通過共建共享，在5G網(wǎng)絡(luò)上共建一張網(wǎng)絡(luò)，同時通過在5G網(wǎng)絡(luò)的共建延伸到3G/4G網(wǎng)絡(luò)的共建，探索出了節(jié)能、高效的新建設(shè)思路。本文通過對電聯(lián)競合前后地鐵民用通信供電方案的對比分析，介紹了電聯(lián)競合對供電系統(tǒng)的影響，為后續(xù)地鐵線路是否采用電聯(lián)競合提供了參考依據(jù)。

【關(guān)鍵字】? ? 電聯(lián)競合? ? 地鐵? ? 民用通信? ? 供電方案

引言：

2019年6月6日，工信部正式向三家運(yùn)營商發(fā)放了5G牌照，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的高能耗等問題，電信、聯(lián)通在9月9日簽署了《5G網(wǎng)絡(luò)共建共享框架合作協(xié)議書》，正式?jīng)Q定在全國范圍內(nèi)共同合建一張5G網(wǎng)絡(luò)，隨后電信、聯(lián)通秉持共建共享效益最大化，對于1800M、2100M頻段也提出了競合需求。隨著電信、聯(lián)通在3G/4G/5G全網(wǎng)絡(luò)的競合，利于雙方的可持續(xù)合作[1]。對于目前的地鐵民用通信建設(shè)，當(dāng)電聯(lián)競合后，對于供電需求將造成較大的影響，本文通過基于單車站及隧道區(qū)間進(jìn)行競合前后的方案對比分析，對電聯(lián)競合后對供電方案的影響進(jìn)行研究。

一、電聯(lián)競合后功耗對比分析

在電聯(lián)競合前，地鐵民用通信設(shè)計(jì)需按照三家運(yùn)營商提出的覆蓋的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中移動提出2G/3G/4G/5G共5個制式的需求，電信提出2G/3G/4G/5G共4個制式的需求，聯(lián)通提出2G/3G/4G/5G共5個制式的需求，共計(jì)14個不同制式的需求。不同的制式對應(yīng)不同的設(shè)備，較多的制式需求意味著需安裝的設(shè)備較多，對地鐵民用通信的供電能力也提出了更高的要求。

電聯(lián)競合后，移動的制式需求不變，仍然是2G/3G/4G/5G共5個制式需求，但是電信、聯(lián)通不再提出2G的需求，同時3G/4G/5G均采用競合的方式，由競合前共計(jì)9個制式的需求降低為競合后3個制式的需求。制式的減少，同樣減少了設(shè)備數(shù)量，降低了用電需求。詳細(xì)的功耗對比如表1所示。

根據(jù)上表運(yùn)營商設(shè)備功耗競合前后對比，可明顯看出，隨著電信、聯(lián)通的競合，無論無源分布還是有源分布，都因?yàn)橹剖降臏p少，減少了需安裝的設(shè)備數(shù)量，電源需滿足的功耗負(fù)荷也明顯降低，對于地鐵民用通信供電系統(tǒng)利于降低配置，擇優(yōu)選擇電纜，在滿足建設(shè)需求的同時可大幅度降低投資。

二、電聯(lián)競合后供電方案對比分析

本文選取一個車站及該車站所覆蓋的隧道區(qū)間對電聯(lián)競合前后的供電方案進(jìn)行對比分析。其中車站部分考慮對站廳臺公共區(qū)、設(shè)備區(qū)及出入口進(jìn)行民用通信覆蓋，隧道區(qū)間按左右線四個設(shè)備點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行民用通信覆蓋[4]。根據(jù)競合前后不同的無線覆蓋方案，結(jié)合需安裝的運(yùn)營商設(shè)備，對競合前后的供電方案進(jìn)行對比分析，其中對比分析可分為競合前后直流供電方案對比分析及交流供電方案對比分析。

（一）直流供電方案對比分析

地鐵直流供電系統(tǒng)，通過機(jī)房內(nèi)組合式開關(guān)電源，向機(jī)房內(nèi)直流配電屏供電，運(yùn)營商綜合柜連接至直流配電屏，滿足綜合柜內(nèi)運(yùn)營商BBU設(shè)備的供電，同時運(yùn)營商RRU統(tǒng)一由直流配電屏供電[3]。機(jī)房內(nèi)的傳輸設(shè)備直接由組合式開關(guān)電源供電。機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備均需設(shè)計(jì)后備電源，運(yùn)營商的主設(shè)備按一次下電備電設(shè)計(jì)，機(jī)房內(nèi)傳輸設(shè)備按兩次下電備電設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)設(shè)備點(diǎn)交流配電箱及機(jī)房內(nèi)UPS供電。隧道內(nèi)設(shè)備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源。直流供電系統(tǒng)如圖1所示。

電聯(lián)競合前，在滿足站廳臺及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺、直流RRU共計(jì)5臺，有源分布直流BBU共計(jì)2臺，功耗合7310W;電信需配置無源分布直流BBU共計(jì)4臺、直流RRU共計(jì)4臺，有源分布直流BBU共計(jì)1臺，功耗合計(jì)3215W;聯(lián)通需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺、直流RRU共計(jì)4臺，有源分布直流BBU共計(jì)1臺，功耗合計(jì)4850，運(yùn)營商設(shè)備直流負(fù)荷合計(jì)15375W。機(jī)房內(nèi)由鐵塔共建一套傳輸設(shè)備、一套動環(huán)系統(tǒng)，功耗合計(jì)650W。該車站直流負(fù)荷合計(jì)16025W。根據(jù)直流負(fù)荷，通過計(jì)算在不考慮整流模塊N+1配置下，機(jī)房內(nèi)組合式開關(guān)電源需配置-48V/600A機(jī)架，配置9個整流模塊。根據(jù)地鐵民用通信機(jī)房采用雙路一級市電供電，機(jī)房內(nèi)后備電源時長按0.5小時設(shè)計(jì)，根據(jù)國標(biāo)GB 51194-2016《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》蓄電池組備電要求，配置后備電池組可采用2組300Ah閥控鉛酸蓄電池組。

電聯(lián)競合后，在滿足站廳臺及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺，直流RRU共計(jì)5臺，有源分布直流BBU共計(jì)2臺，功耗合7310W;電聯(lián)需配置無源分布直流BBU共計(jì)3臺、直流RRU共計(jì)3臺，有源分布直流BBU共計(jì)1臺，功耗合計(jì)2785W;聯(lián)通不再單獨(dú)接入設(shè)備，運(yùn)營商設(shè)備直流負(fù)荷合計(jì)10095W。機(jī)房內(nèi)由鐵塔共建一套傳輸設(shè)備、一套動環(huán)系統(tǒng)，功耗合計(jì)650W。該車站直流負(fù)荷合計(jì)10745W，較競合前降低了32.95%。根據(jù)直流負(fù)荷，通過計(jì)算在不考慮整流模塊N+1配置下，機(jī)房內(nèi)組合式開關(guān)電源需配置-48V/600A機(jī)架，配置7個整流模塊。根據(jù)地鐵民用通信機(jī)房采用雙路一級市電供電，機(jī)房內(nèi)后備電源時長按0.5小時設(shè)計(jì)，配置后備電池組可采用2組200Ah閥控鉛酸蓄電池組。

通過對競合前后直流供電系統(tǒng)方案分析，雖然方案模式?jīng)]有區(qū)別，但是因?yàn)楦偤虾筮\(yùn)營商設(shè)備大幅度減少，運(yùn)營商負(fù)荷降低，對應(yīng)的機(jī)房內(nèi)直流供電設(shè)備配置降低，在同樣滿足民用通信覆蓋的情況下，可大幅度降低建設(shè)投資，同時降低能耗。

（二）交流供電方案對比分析

地鐵交流供電系統(tǒng)，通過機(jī)房內(nèi)總交流配電屏，向隧道內(nèi)設(shè)備點(diǎn)交流配電箱及機(jī)房內(nèi)UPS供電[3]。隧道內(nèi)運(yùn)營商設(shè)備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺運(yùn)營商皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源設(shè)計(jì)。交流供電系統(tǒng)圖如圖2所示。

電聯(lián)競合前，隧道內(nèi)通過漏纜及RRU進(jìn)行覆蓋，根據(jù)運(yùn)營商需求，每個設(shè)備點(diǎn)移動需安裝5臺RRU、聯(lián)通需安裝5臺RRU、電信需安裝4臺RRU[2]，功耗合計(jì)6405W。站廳臺部分通過皮基站進(jìn)行覆蓋，根據(jù)測算，三家運(yùn)營商各需8套RHUB+PRRU進(jìn)行覆蓋，功耗合計(jì)24kW。根據(jù)皮基站設(shè)備功耗，需配置40kVA UPS，根據(jù)國標(biāo)GB 51194-2016《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》蓄電池組計(jì)算要求，后備電池需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區(qū)域根據(jù)設(shè)備點(diǎn)設(shè)備功耗，需配置380V/40A交流配電箱。電力電纜對于遠(yuǎn)端供電尤為重要，從設(shè)備點(diǎn)到機(jī)房架設(shè)按500米計(jì)算，根據(jù)行標(biāo)YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》關(guān)于壓降損耗不低于15%測算，電力電纜需采用WDZBN-RYY23-1kV 4*10mm2。根據(jù)直流供電方案設(shè)備功耗、交流供電方案設(shè)備功耗合計(jì)，可以計(jì)算出總的交流配電屏需選用不小于380V/200A配置。

電聯(lián)競合后，電信、聯(lián)通設(shè)備進(jìn)行競合，隧道內(nèi)覆蓋方式不變，但運(yùn)營商設(shè)備每個設(shè)備點(diǎn)移動仍是5臺RRU，電聯(lián)需安裝3臺RRU，功耗合計(jì)3835W。站廳臺部分之前每家都需建設(shè)一套皮基站，通過電聯(lián)競合后，每家運(yùn)營商仍需8套RHUB+PRRU進(jìn)行覆蓋，但僅需要建設(shè)兩套，功耗合計(jì)16kW。根據(jù)皮基站功耗，僅需配置30kVA UPS，根據(jù)國標(biāo)測算，后備電池仍需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區(qū)域根據(jù)設(shè)備點(diǎn)設(shè)備功耗，僅需配置一臺380V/32A交流配電箱。按相同路徑供電電纜，根據(jù)行標(biāo)YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》關(guān)于壓降損耗不低于15%測算，僅需配置WDZBN-RYY23-1kV 4*6mm2電力電纜滿足壓降損耗需求。根據(jù)競合后的交直流總功耗，可以計(jì)算出總的交流配電屏需選用不小于380V/160A配置。

通過對電聯(lián)競合前后，交流供電方案的對比，整個交流供電系統(tǒng)沒有變化，但是因?yàn)檫\(yùn)營商競合，造成設(shè)備減少，對于隧道內(nèi)交流供電設(shè)備、電力電纜的配置可有效降低，節(jié)省投資。

結(jié)合對交直流供電方案競合前后的對比分析，在整個交直流供電系統(tǒng)的模式上沒有變化，但是因?yàn)楦偤虾蟮脑O(shè)備大幅度減少，整體功耗降低，可有效減少地鐵機(jī)房及隧道內(nèi)的空間占用，同時對于交直流設(shè)備的選型、電力電纜的線徑選擇都有所降低，整個電源方案的投資下降，對整個工程的造價有很大影響。

三、電聯(lián)競合后供電方案造價對比分析

根據(jù)本文競合前后交直流供電方案的對比分析可知，競合后的設(shè)備選型、電力電纜選型等相關(guān)設(shè)備均大幅度降低，相關(guān)主要設(shè)備及電纜的型號如表2所示：

根據(jù)所選設(shè)備的型號，對相關(guān)廠家進(jìn)行詢價，競合前后方案選用相同廠家不同型號設(shè)備的報(bào)價測算。競合前后的供電方案預(yù)算對比如表3所示：

根據(jù)預(yù)算測算，競合前后的主要是相關(guān)設(shè)備、電力電纜型號的降配產(chǎn)生的投資降低，本文所討論的單站測算，可有效降低供電投資9.59%。由此可知在5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模發(fā)展的現(xiàn)在，電聯(lián)競合不但有效節(jié)約地鐵空間資源，降低能耗，同時可有效地降低建設(shè)成本。

四、結(jié)束語

目前5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大范圍覆蓋，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來的能源損耗愈發(fā)明顯，對于地鐵場景，軌道公司多次提出隧道民用通信設(shè)備點(diǎn)設(shè)備過多，安全隱患較大等問題。本文通過對電聯(lián)競合前后的供電方案對比分析、造價對比分析，介紹了電聯(lián)競合對于供電方案及建設(shè)成本的影響。進(jìn)一步說明了電聯(lián)競合對于地鐵民用通信建設(shè)的影響有積極作用，不但對空間位置進(jìn)行了節(jié)省，降低了設(shè)備總功耗，同時降低了建設(shè)成本。為其他地鐵線路是否采用電聯(lián)競合方案提供了參考依據(jù)。

作者單位：王浩? ? 李云鵬? ? 李斯博? ? 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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