核心網(wǎng)電源配套設(shè)施能力提升方案的分析

郝濱海

（中國移動通信集團內(nèi)蒙古有限公司包頭分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求，5G核心網(wǎng)、SPN傳輸網(wǎng)、骨干網(wǎng)CDN設(shè)備，大容量數(shù)據(jù)承載網(wǎng)、光傳送網(wǎng)OTN等設(shè)備的擴容安裝，增加了局房設(shè)備的用電需求，核心機樓能耗需求持續(xù)增加，電源配套設(shè)備容量出現(xiàn)不足，通信電源系統(tǒng)需要新建和擴容。在介紹方案前，先回顧一下通信電源系統(tǒng)的情況。

一、通信電源系統(tǒng)介紹

核心網(wǎng)設(shè)備安裝在通信樞紐樓，通信樞紐樓通信電源系統(tǒng)一般由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)組成。交流供電系統(tǒng)由高壓配電設(shè)備、變壓器、油機發(fā)電機組、UPS（不間斷電源系統(tǒng)）和低壓配電設(shè)備組成。交流供電系統(tǒng)有三種交流電源：變壓器供給的市電、油機發(fā)電機組供給的后備交流電、UPS供給的后備交流電。直流供電系統(tǒng)由高頻開關(guān)電源（AC/DC變換器）、蓄電池、DC/DC變換器和直流配電屏等部分組成。

交流供電系統(tǒng)概況，重要通信樞紐樓一般由兩個變電站引入兩路高壓電源，采用專線引入，一路主用，一路備用，經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)?80伏三相低壓交流電源，配置自備油機發(fā)電機，在市電故障時提供后備電源。一般的局站機房，引入一路市電，配置1臺或2臺油機發(fā)電機組作為備用。在市電正常的條件下，通信設(shè)備由市電供電，當(dāng)市電中斷時，由油機提供各保證負(fù)荷的交流供應(yīng)。需要不間斷、無瞬變交流電的重要負(fù)荷由UPS供電，市電正常時，市電和逆變器并聯(lián)給通信設(shè)備提供交流電源。同時，整流器也給蓄電池充電，蓄電池處于并聯(lián)浮充狀態(tài)。當(dāng)市電中斷時，蓄電池通過逆變器給通信設(shè)備提供交流電源。

從上面關(guān)于通信電源系統(tǒng)的簡要分析來看，核心網(wǎng)機房電源配套設(shè)施能力提升主要從下面幾個方面實施：核心網(wǎng)低壓配電系統(tǒng)的部署，啟用新機房新增基礎(chǔ)配套設(shè)施，直流電源系統(tǒng)的新建和擴容，對超期服役、設(shè)備老化、故障頻發(fā)、能耗增加的電池、空調(diào)等配套設(shè)備進行更新改造。下面從這幾個方面進行分析和說明。

二、低壓配電系統(tǒng)的部署

結(jié)合我公司第二樞紐樓三層機房啟用的事例進行分析和說明。二樞紐樓于2013年開始使用，一樓是高低壓機房，二樓機房包括電力室、交換機房、傳輸機房、數(shù)據(jù)交換中心IDC機房，經(jīng)歷了3G和4G網(wǎng)的運行發(fā)展時期，現(xiàn)在機房配置已滿，低壓配電系統(tǒng)，輸出開關(guān)不足，無法滿足新建設(shè)備的用電需求，啟用三樓綜合機房，進行配電設(shè)備的新建擴容。具體實施步驟為：

1.電力室機房電力環(huán)境設(shè)施的改造

1.1 在地板磚上面敷設(shè)一層防靜電地板膠，保證設(shè)備運行安全。

1.2 動力機房照明改造，照度按照400lx設(shè)計，光源采用T5三基色熒光燈，雙管底座，例如：機房面積350平方米，設(shè)計安裝數(shù)量為55套。

1.3 新建設(shè)備接地通過電纜接入室內(nèi)接地母線，實現(xiàn)設(shè)備等電位連接。

1.4 安裝電力室走線架，核心機房電力電纜數(shù)量多，線徑粗，重量大，嚴(yán)重考驗走線架的承載能力，在安裝走線架應(yīng)特別加固。要求其吊掛支撐點盡量布置在建筑橫梁或頂板實體上（在不影響設(shè)備布置和維護通道時，甚至可以采用下支撐方式），間隔控制在1.2米左右，型材厚度2.5mm，走線架接頭的扣件和吊掛接頭的三角板等配件及吊掛的螺栓必須按規(guī)定足額安裝，并保證全部受力。

2.電力室新增樓層配電屏

為保證整個樓層電力室、交換機房、傳輸機房、數(shù)據(jù)交換中心IDC機房的用電需求，減少后期反復(fù)替換以及改造，電力機房新增設(shè)置5架1250A樓層配電屏，主備兩路進線，由低壓配電室2段低壓母線供電，可以滿足現(xiàn)在和今后的用電需求。從三樓電力室到一樓高低壓室連接安裝密集型母線槽（三相四線制）。

電力電纜外皮顏色選擇：交流電纜外護套宜為黑色，內(nèi)絕緣層分別為A相黃色、B相綠色、C相紅色、中性線淺藍色；-48V直流電纜，正極電源線宜采用紅色，負(fù)極電源線宜采用淺藍色，工作地電源線宜采用黑色；保護接地電纜宜采用黃綠色。

施工完成后，樞紐樓的管道井、電纜井應(yīng)在每層樓板處用耐火極限的不燃燒體做防火分隔，樓板或墻上的預(yù)留孔洞用耐火不燃燒材料做好封堵。

3.動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的配置

對IDC 機房、交換機房、傳輸機房、電力室新增視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)機房環(huán)境、消防聯(lián)動等智能監(jiān)控，新建的電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備等動力配套設(shè)備都采用智能設(shè)備，均按要求接入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)之中。

4.綜合機房基礎(chǔ)配套設(shè)施方案

交換機房、數(shù)據(jù)交換中心IDC機房、傳輸機房在使用前需要進行基礎(chǔ)配套設(shè)施改造，包括：機房地面進行防靜電環(huán)氧地坪漆處理；機房內(nèi)安裝的防靜電地板的規(guī)格為600mmх600mmх35mm，架空高度為500mm，面層燃燒性能等級為A；導(dǎo)電地網(wǎng)采用銅箔，銅箔厚度應(yīng)不小于0.2mm，寬度30mm，鋪設(shè)方法縱橫組成，600*600 網(wǎng)格并與豎井地網(wǎng)在不同2點相連形成可靠接地；地板下方鋪設(shè)厚度為20mm的保溫層；機柜的正面與正面之間鋪設(shè)可調(diào)節(jié)的通風(fēng)地板，其余部分鋪設(shè)普通防靜電地板。

機房進行照明改造，主機房照度按照500lx （lx是照度單位，射到物體表面的光通量與物體表面積的比值）設(shè)計，光源采用T5三基色熒光燈，雙管底座。

機房內(nèi)走線架和尾纖槽一次性布置完成，新增水平走線架設(shè)置單層和雙層，寬度均為800mm，材質(zhì)為鋁合金。為保證走線架的支撐力度，走線架垂直吊掛件間距為1m，走線架均需要可靠接地。機房內(nèi)布置尾纖槽采用240mm 型號。環(huán)網(wǎng)銅排安裝在底層走線架下方，為了安全可靠接地，環(huán)網(wǎng)銅排需從2個不同的接地點位與地網(wǎng)連接，環(huán)網(wǎng)銅排銅排尺寸為40mmх4mm。

5.數(shù)據(jù)交換中心IDC機房配套電源設(shè)備配置情況

IDC機房300平方米，新增交流列頭柜4 架，配置均為：輸入配置2 路250A 熔斷器；新增 56 架標(biāo)準(zhǔn)機柜，112 個PDU（電源分配單元或電源分配器插座端子）。

數(shù)據(jù)交換設(shè)備計算量大，功耗發(fā)熱量大，新增新增2套封閉冷通道組件和3臺100KW機房專用空調(diào)（下送風(fēng)式）。

6.UPS 系統(tǒng)建設(shè)

動力機房設(shè)置1套“2N”UPS系統(tǒng)，共配置2臺400kVA主機。根據(jù)實際需求，配置2組480V/1500W 蓄電池組，蓄電池組后備時間按滿足UPS放電30分鐘考慮配置。

UPS電源系統(tǒng)蓄電池組后備時間是指一套UPS電源系統(tǒng)中每個UPS單機最大允許負(fù)載時所需配置的蓄電池組應(yīng)滿足的后備時間要求。2N雙總線UPS電源系統(tǒng)是指每套UPS系統(tǒng)的負(fù)載率不應(yīng)超過額定容量的45%，當(dāng)其中1套UPS系統(tǒng)退出時，另外1套UPS系統(tǒng)的最大負(fù)載率不應(yīng)超過額定容量的90%。

7.空調(diào)建設(shè)方案

IDC 機房、交換機房、傳輸機房、電力室機房專用空調(diào)的配置主要是根據(jù)機房機房設(shè)備的數(shù)量、發(fā)熱量以及機房制冷量需求來設(shè)計的，標(biāo)準(zhǔn)工況下能效比（ERR）≥3.0；標(biāo)準(zhǔn)工況下顯熱比≥0.9；要求標(biāo)準(zhǔn)工況下冷風(fēng)比＜4.5。

根據(jù)實際設(shè)備的配置數(shù)量，數(shù)據(jù)交換中心IDC機房配置3臺100KW 風(fēng)冷型專用空調(diào)（下送風(fēng)），動力機房配置1臺80KW風(fēng)冷型專用空調(diào)（上送風(fēng)），傳輸機房配置2臺80KW風(fēng)冷型專用空調(diào)（下送風(fēng)）。

低壓配電系統(tǒng)部署完成后，根據(jù)新增直流負(fù)荷的情況進行直流電源系統(tǒng)地新建和擴容工作。

三、直流電源系統(tǒng)的新建和擴容

結(jié)合公司5G核心網(wǎng)、傳輸、數(shù)據(jù)等專業(yè)對局房增加設(shè)備的用電需求，以二樞紐樓核心機房為例，電源配套設(shè)備容量滿足至2022年年底前的用電需求，來介紹和分析如何配置直流電源系統(tǒng)設(shè)備。

考慮以下幾個方面：

一是原有直流供電系統(tǒng)不能滿足需要，需要新建直流開關(guān)電源系統(tǒng)；

二是新增5G核心網(wǎng)設(shè)備需要的直流引電端子，按設(shè)備需求配置新增直流列頭柜；

三是根據(jù)交換機房新增設(shè)備的數(shù)量，其中包括直流電源設(shè)備，需要考慮替換或新增專用空調(diào)。

1.新配置直流開關(guān)電源

在需求期限內(nèi)，根據(jù)核心網(wǎng)新增設(shè)備的用電量測算，例如：新增直流負(fù)荷24kW，直流電源采用-48伏電源，電流約495.00安培。

核心網(wǎng)專業(yè)在2樓交換機房新增直流負(fù)荷495.00A，按照核心網(wǎng)專業(yè)要求：核心網(wǎng)設(shè)備分為2列安裝，2列的列頭柜必須從不同的開關(guān)電源引電，新增列頭柜分別從2樓動力機房原1號開關(guān)電源系統(tǒng)和2樓交換機房新增的2號開關(guān)電源系統(tǒng)引電，預(yù)計原有1號系統(tǒng)利用率60.71%，新增2號系統(tǒng)利用率34.50%。（見表1）

表1 直流電源配置和系統(tǒng)利用率情況

根據(jù)上述分析，新增1套2000A直流開關(guān)電源系統(tǒng)，能夠滿足到2022年年底新增直流負(fù)荷需求。

2.安裝直流列頭柜

配置2個直流輸出屏，新增直流列頭柜2架，配置均為：輸入配置2 路500A熔斷器，輸出A、B路，各配置10 路100A熔斷器、24 路63A熔斷器和6 路32A熔斷器。為便于新增數(shù)據(jù)設(shè)備、交換設(shè)備、傳輸設(shè)備引接電源方便，直流列頭柜和開關(guān)電源和安裝在交換機房。

3.新配置蓄電池組

預(yù)計新增開關(guān)電源系統(tǒng)后期負(fù)載為1000A，電池按照60%的放電效率來計，配置2組2000Ah的蓄電池，后備時間可達到2.4小時，完全滿足核心網(wǎng)后備時間0.5個小時的要求。蓄電池組安裝在電力機房，用240mm2電力電纜與直流開關(guān)電源連接，每組蓄電池采用2正2負(fù)的連接方式。

4.配置機房專用空調(diào)

按照機房新增設(shè)備的數(shù)量和功耗，以及機房制冷量需求，在二樓交換機房新增2臺80KW專用空調(diào)。

以上直流電源系統(tǒng)擴容是滿足到2022年底的用電需求，根據(jù)未來3年的規(guī)劃，電源需求還會繼續(xù)增加，再新增直流設(shè)備就要安裝到新啟用的3樓機房了。新增電源設(shè)備的需求，可以還按照上面的方法進行分析和規(guī)劃。

5.動環(huán)監(jiān)控

動力和環(huán)境監(jiān)控是網(wǎng)絡(luò)維護的重要維護手段，新建的電源設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、以及機房都要安裝動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，新增的動力配套設(shè)備都采用智能設(shè)備，均接入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中。所有配置的監(jiān)控設(shè)備都接入集中監(jiān)控中心，進行統(tǒng)一管理和維護。

四、核心網(wǎng)配套電源設(shè)備的更新改造

現(xiàn)在的核心網(wǎng)綜合機房運行時間大都在十多年以上了，電源等動力配套開始出現(xiàn)超期服役、設(shè)備老化、故障頻發(fā)、能耗增加等問題，為解決這些問題隱患，保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行，需要對這些配套電源設(shè)備進行更新改造。

本著動力配套使用周期最大化和生產(chǎn)節(jié)約原則，對現(xiàn)網(wǎng)運行的電源設(shè)備進行核實和篩選，根據(jù)電源設(shè)備維護規(guī)程，制定更新改造原則：

1.完成容量不足老舊蓄電池的替換

全浮充供電方式的48V系統(tǒng)2V閥控式密封蓄電池，使用8年以上或容量低于80%額定容量，后備放電時間不足30分鐘的，統(tǒng)一進行更換。全浮充供電方式的6V、12V閥控式密封蓄電池，使用6年以上或容量低于80%額定容量的，統(tǒng)一進行更換。

2.不間斷電源UPS超期服役的替換

2.1 運行10年以上，設(shè)備性能下降、故障率較高，市電停電切換存在隱患的UPS；

2.2 已超過報廢年限、性能嚴(yán)重下降、故障率高、廠家已不再提供備品備件和服務(wù)、不能維修的UPS進行更換。

3.核心機房制冷不足且超期服役的機房專用空調(diào)的替換

對于風(fēng)冷專用空調(diào)運行時長大于8年，機房普通空調(diào)運行大于6年且無法維修和維修費用較高，不能滿足機房制冷需求的空調(diào)進行更換，保證機房內(nèi)不出現(xiàn)溫度紅色預(yù)警區(qū)域。

4.開關(guān)電源的替換

對于運行時長超過12年，機柜老化，設(shè)備性能下降、設(shè)備內(nèi)部壓降過高發(fā)熱導(dǎo)致故障率高、無備品備件的開關(guān)電源，統(tǒng)一進行更換。

對于新替換設(shè)備的要求，一是要符合規(guī)范性，嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)規(guī)范和業(yè)務(wù)規(guī)范要求；二是要選擇較為成熟的技術(shù)，對技術(shù)的可靠性及投資回報進行充分評估；三是要對現(xiàn)網(wǎng)進行的配套設(shè)備改造優(yōu)先選擇具有節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)品和方案；四是要對系統(tǒng)預(yù)留一定容量，能夠保證各業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展。

以上是對核心網(wǎng)電源配套設(shè)施能力提升方案的分析和說明，希望能夠?qū)Υ蠹业墓ぷ饔兴鶐椭?/p>