直流遠程供電系統(tǒng)的實踐

中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司 姜 寧

1 目前存在的幾個問題

1.1 組網(wǎng)存在的供電問題

基于目前移動通信的特點，通常都采用將基帶單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU）進行分離，BBU集中放置在機房，靈活機動地開展遠端RRU模塊建設(shè)，既提高了組網(wǎng)效率，又能滿足各類無線環(huán)境的通信需求。但是在BBU加RRU的組網(wǎng)方式中，RRU作為遠端有源模塊，遠離機房設(shè)備，其供電問題就變成了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的焦點。

1.2 基站建設(shè)和維護存在的問題

室外型小基站和拉遠站點安裝條件差，取電困難且可靠性不高。各種站型的市電引入問題不好解決，直接影響后續(xù)基站建設(shè)的工期，導(dǎo)致不能按時完成。對于偏遠農(nóng)村的基站，如果不建設(shè)機房，會因為較偏僻產(chǎn)生安全問題以及停電次數(shù)較多、時間較長產(chǎn)生供電問題，而建設(shè)機房后的配套投資明顯增大，投資收益的矛盾突出。

綜上所述，為了解決上述問題我們將直流遠程供電系統(tǒng)作為專題，主要針對南京移動溧水分公司溧水臥龍湖水庫北直流遠程供電系統(tǒng)進行實踐。

2 遠供方式

2.1 RRU及遠端設(shè)備供電解決方案

目前對于RRU及遠端設(shè)備的供電方案大致分為以下3種。

2.1.1 市電直接供電

即就近接入220V交流市電直接給RRU單元、室內(nèi)分布系統(tǒng)（宏蜂窩基站、室內(nèi)微蜂窩基站和直放站等）供電。這種方式就近取電，損耗小，但是同樣存在供電問題。市電并不是穩(wěn)定的，它存在著很多電能質(zhì)量問題，例如電壓浪涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過電壓、電壓下陷、線路噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、供電中斷等。這些質(zhì)量問題既可以引起系統(tǒng)終端設(shè)備硬件老化等相對較輕的不良影響，也可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全丟失或主設(shè)備燒毀等較大的事故。而且就近取電又受取電場合等環(huán)境的因素的影響很大。

市電直接供電方式存在的問題歸納如下：

1）供電的可靠性不能得到有效保障。隨時受市電供應(yīng)情況的制約，如電網(wǎng)檢修停電等情況；同時，本地用電單位或個人經(jīng)常以各種原因拉閘限電、斷電，導(dǎo)致可靠性差。

2）普通民用交流電電壓波動大，影響系統(tǒng)設(shè)備功效，極易造成系統(tǒng)終端設(shè)備被電源浪涌所沖壞。

3）安裝及維護需供電局、外單位或市民等的協(xié)助，管理成本高。

4）供電糾紛導(dǎo)致的RRU無法正常工作的情況屢見不鮮。

2.1.2 市電加UPS供電

市電直接供電最直接的考慮是采用一種市電加UPS（不間斷電源）的供電方式，即在各終端設(shè)備旁配備小型UPS。

本地加裝UPS解決方案的優(yōu)點是：技術(shù)成熟、價格相對合理、已有大規(guī)模應(yīng)用。

但由于要引入電池設(shè)備并安裝于室外等環(huán)境，因此也存在許多不足。

第一，因為UPS設(shè)備電池容量有限，所以小容量UPS后備時間是有限的，而且UPS主機因大多要處于弱電井或室外安裝，環(huán)境非常差，灰塵多，所以UPS因環(huán)境因素容易損壞；第二，UPS電池的使用壽命受電池充放電次數(shù)限制及溫度的影響較大，所以說電池使用壽命對環(huán)境氣候的依賴性較大，如VRLA（閥控式密封鉛酸蓄電池）最佳使用溫度為25℃左右，氣溫每升高10℃，電池壽命就減半；第三，UPS安裝不便，維護量大（安裝于樓頂、弱電井等，空間狹小，維護困難，需定期巡檢，定期對電池充放電）維護費用高，而且更換新電池、處理舊電池所需費用巨大，電池發(fā)生泄漏時可能損壞設(shè)備器件；第四，UPS投資成本費用高（初期成本加每1～2年更換一次蓄電池的費用），UPS安裝點多而分散，電池容易被盜。同樣，需要遠距離拉線時，必須單獨進行管路施工，無法走弱電管路。

2.1.3 直流遠程供電系統(tǒng)

直流遠程供電系統(tǒng)是利用宏基站或機房內(nèi)的大容量通信電源和蓄電池組（容量大），經(jīng)由局端設(shè)備進行DC/DC（直流/直流）升壓，以電纜、復(fù)合光纜為傳輸介質(zhì)，通過能量管理分配器分路監(jiān)控、隔離、限流，最后經(jīng)遠端設(shè)備轉(zhuǎn)換成末梢網(wǎng)元設(shè)備所需的電壓等級，從而實現(xiàn)對末梢網(wǎng)元的不間斷供電和電源集中監(jiān)控的效果。

使用直流供電系統(tǒng)不受當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)復(fù)雜的負荷變化、晝夜變化、電站多樣化等因素而產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓過高或過低的影響。不受當(dāng)?shù)卮笮驮O(shè)備開啟、關(guān)閉等因素而產(chǎn)生的電磁干擾、諧波、閃變和浪涌的影響，杜絕了當(dāng)?shù)貜?fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)中，直接雷和感應(yīng)雷對通信設(shè)備的損害。所以直流遠程供電網(wǎng)絡(luò)純凈、單一，供電電壓穩(wěn)定，可延長設(shè)備使用壽命。其特性如表1所示。

3 方案的比較

針對RRU供電解決方案的調(diào)研，對比各解決方案的優(yōu)缺點從下述幾個方面進行比較。

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3.1 降低管理成本方面

首先，采用遠程供電的整個流程，在運營商安裝部門內(nèi)部就能完成，無需供電局、外單位的協(xié)助，大大降低了管理成本；其次，采用遠程供電系統(tǒng)，供電部分可以同通信終端設(shè)備一起安裝，不需另行鋪設(shè)專用線路，大大地節(jié)省工程成本，加快了工程進度。

3.2 降低運維成本方面

當(dāng)供電設(shè)備點多面廣時，市電加UPS等供電方式涉及大量的運行維護成本，而遠供電源是一種免維護產(chǎn)品，大大地降低維護成本。由于系統(tǒng)為“懸浮”系統(tǒng)，解決了因市電的波動、雷電干擾、停電時間長所帶來的種種問題，節(jié)省了大量的維護工作量。

3.3 減少意外停電造成的損失方面

不難發(fā)現(xiàn)，UPS供電時間有限，不能應(yīng)對長時間的停電，難免會因停電造成服務(wù)中斷，且超長使用壽命的戶外UPS的電池壽命一般在l～2年，而遠程供電系統(tǒng)設(shè)備壽命在10～20年。

對上述供電解決方案的優(yōu)缺點總結(jié)見表2。

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鑒于以上原因，采取遠程供電方式在通信機房取電，通過電纜或復(fù)合光纜傳送到無線單元RRU部分，既能保證電源供應(yīng)的穩(wěn)定性、增強向遠端RRU設(shè)備供電的安全性和可靠性，也不會增加經(jīng)濟成本，同時減少了大量與業(yè)主協(xié)調(diào)的工作量。直流遠程供電方案有利于網(wǎng)絡(luò)中電源設(shè)備的集中建設(shè)、集中維護運行，降低運行和維護成本，同時也可提高電源設(shè)備的整體使用效率。

4 現(xiàn)場簡介

溧水臥龍湖水庫北直流遠程供電系統(tǒng)遠供電源項目主要是解決二干河拉遠基站供電問題。主機房在距離1.2km左右的臥龍湖水庫北基站，此次直流遠供系統(tǒng)主要為二干河的兩臺RRU設(shè)備實施遠程供電。局端設(shè)備安裝于臥龍湖水庫北基站，從近端機房內(nèi)取電，升壓后通過傳輸電纜送至拉遠站點，二干河遠端設(shè)備降壓為48V為2臺RRU設(shè)備進行供電。

該局端設(shè)備位于臥龍湖水庫北基站，將開關(guān)電源輸出的48 V直流電升壓到DC380V（260～400V可調(diào)），通過傳輸電纜輸送二干河基站，在經(jīng)遠端降壓為DC48V給RRU供電。見圖1。

5 實施效果

該項目建設(shè)完成15個月后對其建設(shè)成本和設(shè)備使用效率指標(biāo)進行了比對，通過比對得出結(jié)論：偏遠郊區(qū)建設(shè)成本下降95%，設(shè)備使用效率提升5%。遠程供電系統(tǒng)的供電方式完全滿足現(xiàn)行形勢下通信設(shè)備的各種運用場景。

6 結(jié)束語

本次實踐是對比兩個情景相同的宏基站與遠程供電系統(tǒng)的應(yīng)用。建設(shè)成本下降較大，特別是偏遠的郊區(qū)，下降率95%、設(shè)備利用率提升5%。另外，遠程供電系統(tǒng)更可大量使用在室分系統(tǒng)、拉遠分布式基站、綜合接入系統(tǒng)、無線寬帶、監(jiān)控等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。由于遠程供電系統(tǒng)牽涉到局端的－48V通信電源系統(tǒng)、遠端的通信設(shè)備以及中間的供電線路，每個點的實際情況又各不相同，建議要針對每個點進行現(xiàn)場勘察并委托設(shè)計。另外，遠供中施工的桿路路由變化較多，所以需完善直流遠供施工及驗收規(guī)范，特別是“工程變更”與“重大工程質(zhì)量事故報告表”“供電路由圖”等。

目前其他運營商在實踐中發(fā)現(xiàn)的一些問題，都是與建設(shè)相關(guān)，如建設(shè)前期沒有進行設(shè)計與會審，只是廠家提供了方案，實施完成后沒有驗收，工程工藝沒有把關(guān)等。所以項目的委托設(shè)計、會審、相關(guān)資料與驗收等工作非常重要，資料的提供為日后的故障處理與日常維護工作及各維護專業(yè)職責(zé)劃分等工供依據(jù)，達到安全可靠與經(jīng)濟相結(jié)合的最佳組合。