移動通信基站配套電源的整改方案

唐連雷，邱 劍

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

1 背 景

配套電源是通信基站配套資源的重要組成部分，隨著近幾年中國移動TD－SCDMA、TD－LTE網絡的大規模建設，新增的通信設備給現網站址的配套電源提出了新的需求。為了保障通信網絡的暢通運行，確保電源系統的可靠和安全，解決現網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，通常在以下三種情況下需要進行電源整改。一是機房負載設備功耗超過供電設備的供電能力；二是供電設備超過使用年限或者故障率高；三是新增負載設備供電電壓等級需求與原電源系統提供的電壓等級不一致。

2.1 蓄電池組整改思路

圖1 通信基站配套電源系統圖

蓄電池組作為通信基站的備電系統，在應對市電故障的過程中起到了關鍵作用。當蓄電池組的使用年限或者額定容量達到報廢臨界值時，需要整體更換蓄電池組。根據《中國移動通信電源、空調維護規程》的相關規定，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，需要進行更換。

另外，隨著機房負載設備的增加，蓄電池組的備電時間會變短，當蓄電池組的備電時間小于市電正常故障時間或者小于維護單位故障排除時間時，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荷電流、放電小時數、放電容量系數、蓄電池組所處環境等因素有關，具體計算公式如下：

式中：Q為蓄電池容量（Ah）；I為負荷電流（A）；K為安全系數：取1.25；T為放電小時數（h）；η為放電容量系數（根據設計規范取值）；t為最低環境溫度數值，無采暖按15℃考慮；α為電池溫度系數（1／℃）：取0.01，放電小時率＜1；取0.008，10＞放電小時率≥1；取0.006，放電小時率＞10。

在進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、不同生產批次的蓄電池內阻不一致，若并聯或者串聯使用會導致蓄電池壽命降低，甚至出現安全事故，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，一是目前移動通信基站已廣泛應用了密封閥控式鉛酸蓄電池，對于市電穩定的供電基站，鉛酸蓄電池仍是目前應用的主流；二是對于市電不穩或新能源應用領域特別適合應用磷酸鐵鋰電池，與鉛酸蓄電池相比，其特點主要有重量輕、體積小、耐高溫、壽命長、節能降耗等，故磷酸鐵鋰電池取代鉛酸蓄電池將會成為今后的發展方向。

2.2 開關電源整改思路

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

開關電源容量的計算有兩種方法：

（1）根據開關電源監控模塊上的電流值計算。開關電源監控模塊上的電流值為浮充電壓下（－48 V系統：53.5 V或54 V，＋24 V系統：26.7 V或27 V）的電流，在核算系統容量時應考慮將其轉換成48 V或24 V。可參照如下公式：開關電源容量＝（開關電源監控模塊上的電流值×浮充電壓＋本期新增設備功耗）÷系統電壓÷開關電源轉換效率。

（2）根據開關電源所帶負載功耗計算。可參照如下公式：

開關電源容量＝（（機房內現有設備直流功耗＋本期新增設備直流功耗）÷系統電壓＋ 蓄電池組充電電流）÷開關電源轉換效率。

根據以上兩種計算方法計算出開關電源的容量需求。另為了保證開關電源工作的穩定性，在進行整流模塊配置時，一般采用N＋1備份的方式，即開關電源的容量需求需要冗余一個開關電源整流模塊的容量。

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

由于基站內直流負載的增加，開關電源內用于直流分配的熔絲或者空開端子不足也會成為開關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于開關電源直流分配單元的擴展，對開關電源參數無明顯影響。鑒于壓降的影響，在安裝外置直流分配箱時，盡量將直流分配箱安裝在靠近開關電源的位置，同時采用線徑不小于70 mm2的銅芯電力電纜連接至開關電源母排。

2.3 交流配電箱整改思路

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

交流負載的計算，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。對于容量不足的交流配電箱需進行更換，線徑大小不足的線纜需進行更換。

3 通信基站配套電源整改案例

3.1 －48 V電源系統的改造案例

案例分析：四川省廣元市市區某基站自2008年建成，位于居民自有住房的二樓，建筑類型為磚混結構，基站內所有設備底座均增加承重槽鋼加固。基站內包含一臺掛墻式交流配電箱，該設備輸入空開容量為60 A，至計量箱采用4×16 mm2銅芯電力電纜連接，交流分配單元內無剩余空開。基站內包含一架北京動力源的開關電源，型號為DUM－48／50C4，滿配容量為600 A，現有4個50 A的整流模塊，一次下電剩余3個63 A空開，二次下電剩余2個32 A空開。基站內有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。機房內的負載設備主要包含2架華為BTS3012設備，1套中興TD－SCDMA設備，其中BBU型號為B8300，RRU型號為R8968E M1920。本基站配置2臺3P空調，總功耗約6 000 W，機房照明約500 W（依據《移動通信網基站配套設備配置標準化方案》中機房照明用電預留值）。

本期工程，新增1套TD－LTE設備，包含BBU型號為B8300，RRU型號為R8978 S2600，本基站直流設備功耗如表1所示。

表1 基站直流設備功耗

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

I＝7 823 W÷1.8 V÷24＝181 A

根據中國移動下發的《移動通信網基站配套設備配置標準化方案》中對蓄電池備電時間的要求，該站點位于市區，蓄電池組后備時間要求≥3 h，依據2.1節蓄電池容量的計算公式，該站點蓄電池容量需求如下：

根據以上計算，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2.2節開關電源容量計算的第二種計算方法，可以計算出開關電源容量需求。

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

該開關電源模塊的容量為50 A，計算出來的開關電源容量向上取整后共計需要7個模塊，為保證開關電源運行的穩定，開關電源模塊配置采用N＋1備份的方式，即該基站共計需要8個，減去原有的4個，故本期需新增4個開關電源整流模塊。

交流配電箱作為基站電力輸入的必經之路，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÷交直流轉換系數＋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÷功率因數＝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電力電纜能滿足本期工程需求，無需更換。

3.2 ＋24 V電源系統的改造案例

案例分析：四川省廣元市城郊某基站建成于2004年，位于一樓，建筑類型為磚混結構，機房面積約12 m2。基站內包含一臺掛墻式交流配電箱，該設備輸入空開容量為60 A，至計量箱采用4×16 mm2銅芯電力電纜連接，交流分配單元內無剩余空開。基站內包含一架北京動力源的開關電源，型號為DUM－24／100B2，滿配容量為900 A，現有2個100 A的整流模塊，由于機房內負載設備較多，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。基站內有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。機房內的負載設備主要包含1架華為BTS3012設備。本基站配置1臺3P空調，功耗約3 000 W，機房照明約500 W（依據《移動通信網基站配套設備配置標準化方案》中機房照明用電預留值）。

本期工程，新增1套TD－LTE設備，包含BBU型號為B8300，RRU型號為R8978 S2600本基站直流設備功耗如表2所示。

表2 基站直流設備功耗

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

根據中國移動下發的《移動通信網基站配套設備配置標準化方案》中對蓄電池備電時間的要求，該站點位于城郊，蓄電池組后備時間要求≥5 h，依據2.1節蓄電池容量的計算公式，該站點蓄電池組容量需求如下：

根據以上計算，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，無空余位置安裝新增蓄電池組。同時根據中華人民共和國通信行業標準《通信局（站）電源系統總技術要求》第7.4.2條的規定，通信設備使用的＋24 V直流基礎電源仍可繼續使用，但不再擴容，直到這些通信設備停用為止。通信設備供電電壓等級過渡為－48 V成為一個大的趨勢，對于原站點為＋24 V電源系統的基站，優選方案是新增一套－48 V電源系統。

鑒于以上原因，該基站最優的整改方案是將原有＋24 V電源系統替換為－48 V電源系統，與此同時，還需要為基站內原有供電電壓為＋24 V的設備供電。這些設備的總功耗為2 925 W，其中無線設備功耗為2 300 W，傳輸設備功耗為625 W。針對這個問題，可以新增2架－48 V轉換為＋24 V的DC／DC轉換器，DC／DC轉換器整機效率≥85%。

電源替換完成后，該基站直流負載電流為：

I＝（基站48 V設備功耗＋基站24 V設備功耗÷DC／DC轉換器整機效率）÷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：

根據以上計算，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3.2節開關電源容量計算的第二種計算方法，可計算出開關電源容量需求。

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

主流廠家開關電源模塊的容量為50 A，計算出來的開關電源容量向上取整后共計需要5個模塊。若采用N＋1備份的方式，共計需要6個開關電源模塊。考慮該基站近期有增加TD－SCDMA設備的需求，可配置滿配600 A，現配350 A（7個50 A開關電源整流模塊）的組合式開關電源。

基站交流總功率＝基站直流功率÷交直流轉換系數＋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÷功率因數＝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電力電纜能滿足本期工程需求，無需更換。

5 結束語

綜上所述，隨著移動通信網絡的建設，需開展移動通信現網基站配套電源的整治工作，針對不同的設備負載需求和現網配套資源情況，需逐個分析計算，并結合項目投資、完工工期、機房空間、機房承重、設備廠商等因素靈活應用不同的整改方案，力爭提升移動通信基站的供電質量，保障通信網絡的順暢運行。

［1］ YD／T5040－2005.通信電源設備安裝工程設計規范［S］.

［2］ YD／T1051－2010.通信局（站）電源系統總技術要求［S］.

［3］ QB－J－017－2013.中國移動通信電源系統工程設計規范［S］.