直流遠(yuǎn)供技術(shù)應(yīng)用簡介

張達(dá)志

[摘 要] 高壓直流遠(yuǎn)供電源是直接將機(jī)房內(nèi)穩(wěn)定的-48V電源經(jīng)遠(yuǎn)供電源處理升壓后，以最大效率的方式直接給遠(yuǎn)方或接入端的通信設(shè)備供電。以解決某些用電困難等情況下設(shè)備用電的需要。文中對該系統(tǒng)做了介紹，以及相關(guān)一些應(yīng)用的問題。[關(guān)鍵詞] 高壓直流遠(yuǎn)供電源；通信設(shè)備；應(yīng)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 13. 035

[中圖分類號] F426.61 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）13- 0075- 02

1 概 述

當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)供電存在的問題是某些遠(yuǎn)端站點(diǎn)無電信機(jī)房，無法做到電信級供電保證，存在停電、電網(wǎng)不穩(wěn)等現(xiàn)象；某些遠(yuǎn)端站點(diǎn)無市電供應(yīng)、存在接電難，或供電質(zhì)量無法保證的現(xiàn)象；UPS價(jià)格高、維護(hù)難度大，且后續(xù)維護(hù)費(fèi)用比較高；基站的站點(diǎn)多、分布廣，不易實(shí)現(xiàn)集中供電管理。

采用遠(yuǎn)程供電方式能夠根本解決遠(yuǎn)端設(shè)備的安全供電，遠(yuǎn)端設(shè)備供電達(dá)到電信級供電標(biāo)準(zhǔn)，避免就地取電帶來的糾紛，相比UPS供電方式，大大降低了后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

高壓直流遠(yuǎn)供電源（也有稱之為電源拉遠(yuǎn)）是直接將機(jī)房內(nèi)穩(wěn)定的-48V電源經(jīng)遠(yuǎn)供電源處理升壓后，以最大效率的方式通過光電復(fù)合電纜或電力線直接給遠(yuǎn)方或接入端的通信設(shè)備供電。不受通信設(shè)備本地（接入端區(qū)域）任何停電情況的影響，相對于用電設(shè)備的室內(nèi)機(jī)可稱為永久性供電，直流遠(yuǎn)供可縮短通信設(shè)備斷電時(shí)間。

1.1 無線設(shè)備電源遠(yuǎn)供背景

①RRU拉遠(yuǎn)距離直流48V一般不超過100米，220V交流可長于直流；②高壓直流拉遠(yuǎn)設(shè)備一般是寬電壓的 80V-300V，距離為300mm-5km，超過5km后纜線需要加粗，性價(jià)比降低；③直流遠(yuǎn)供線纜選用鎧裝屏蔽線纜或屏蔽電力光纖，屏蔽層采用三點(diǎn)或多點(diǎn)接地，由于尚無標(biāo)準(zhǔn)可言很多廠家使用的纜線不需要接地；④交流遠(yuǎn)供：拉遠(yuǎn)距離可達(dá)40km，電力線和光纜共桿架設(shè)，兩者垂直間距30cm以上，桿距25-40m；⑤為了解決移動拉遠(yuǎn)站點(diǎn)遠(yuǎn)端站拉遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)、就近引電困難等問題，高壓直流遠(yuǎn)程供電（100V/DC-380V/DC）可作為一種可以考慮的解決方案，該方案性價(jià)比較高。

1.2 直流遠(yuǎn)供的技術(shù)特點(diǎn)

高壓直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)采用的基礎(chǔ)電源是機(jī)房帶蓄電池保障的直流-48V供電系統(tǒng)，通過局端電源升壓，將-48V升壓到對地懸浮隔離的100-380V直流電壓（減少線路損耗），通過復(fù)合光纜將直流電源遠(yuǎn)距離傳輸，經(jīng)遠(yuǎn)端電源保護(hù)監(jiān)控并在遠(yuǎn)端再轉(zhuǎn)換為-48V直流為負(fù)載設(shè)備供電；直流遠(yuǎn)供的供電源頭是機(jī)房內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)壓的-48V電源，與市電完全隔離，與大地懸浮不構(gòu)成回路，無漏電風(fēng)險(xiǎn)，供電獨(dú)立性強(qiáng)。由于直流遠(yuǎn)供電源可永久性供電且無漏電風(fēng)險(xiǎn)，所以不必安裝電力部門的電表、漏電保護(hù)開關(guān)，大體積UPS電源和與電力部門的協(xié)商施工等，大大減少了固定投入。

直流懸浮式供電在供電端、受電端及供電線路上都不接大地，只在遠(yuǎn)端及近端連接保護(hù)地即可。

直流遠(yuǎn)供電源設(shè)備采用電信級元器件，免維護(hù)設(shè)計(jì)，壽命長。沒有體積大和受溫度限制的蓄電池，也沒有腐蝕性強(qiáng)的酸性氣體，更不會出現(xiàn)半夜雷雨后漏電開關(guān)跳閘而維護(hù)人員無法到達(dá)現(xiàn)場合閘的情況。大大降低了維護(hù)成本和維護(hù)難度。

直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)在不同的使用環(huán)境下與傳統(tǒng)的戶外分散取電進(jìn)行成本的比較，可以基本得出：

①當(dāng)設(shè)備拉遠(yuǎn)距離大于200m時(shí)，宜采用直流升壓供電方案；②考慮到綜合成本因素，單回路負(fù)載總功率在1 200W以下，拉遠(yuǎn)的電纜截面積不宜超過16mm2；拉遠(yuǎn)距離不宜超過5km；③根據(jù)實(shí)際絕大多數(shù)應(yīng)用情況的模式距離在3km以內(nèi)的，單回路總功率在2 000W以下；線徑為4、6、10方常用線纜，尤其在考慮光電復(fù)合電纜、通信專用電力鋁纜等新型材料下，直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)有非常大的投資優(yōu)勢。

2 直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)組成

2.1 主設(shè)備系統(tǒng)組成

直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)采用PMW脈寬調(diào)制技術(shù)，局端設(shè)備將機(jī)房內(nèi)穩(wěn)定的電能通過復(fù)合光纜、電力線纜輸送至遠(yuǎn)端，為當(dāng)?shù)亟与姴槐慊蚬╇姴环€(wěn)定的通信設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)的電源供應(yīng)。直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)由局端設(shè)備（ZYYG-JD）和遠(yuǎn)端設(shè)備（ZYYG-YD）組成。

2.2 設(shè)備具備功能

①輸入過欠壓保護(hù)。機(jī)房-48V電壓高于60V或低于40V時(shí)，局端設(shè)備停止輸出。保證了局端設(shè)備的安全可靠或防止機(jī)房電池組放電過量，保證了電池組的安全使用。②輸出過壓保護(hù)。遠(yuǎn)端設(shè)備輸出電壓高于DC400V時(shí)，遠(yuǎn)端設(shè)備保護(hù)，停止輸出。保證了通信設(shè)備輸入電壓的可靠性。③輸出過流保護(hù)。經(jīng)過傳輸電纜的電流大于額定值時(shí)，局端設(shè)備保護(hù)，停止輸出。防止了電纜過熱或損壞，保證了傳輸電纜的安全可靠。④開路保護(hù)。當(dāng)傳輸回路部分或全部被破壞時(shí)，為確保維護(hù)人員與設(shè)備安全，系統(tǒng)切斷高壓輸出。⑤短路保護(hù)。當(dāng)傳輸回路中某處電纜的正極與負(fù)極短接時(shí)，或者正極與負(fù)極任一極與大地短接時(shí)，為了保證設(shè)備和線路的安全，系統(tǒng)切斷高壓輸出。⑥強(qiáng)電入侵保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有市電與電源傳輸線路產(chǎn)生搭接時(shí)，系統(tǒng)切斷局端的高壓輸出。⑦線-地漏電流保護(hù)。當(dāng)傳輸回路中，因?yàn)橛腥私佑|或其他故障而產(chǎn)生線-地漏電流時(shí)，系統(tǒng)切斷局端的高壓輸出，保證用戶利益，對人身無傷害。⑧故障隔離。點(diǎn)對多點(diǎn)的應(yīng)用情況時(shí)，其中一設(shè)備有故障時(shí)不會影響到另一設(shè)備的正常運(yùn)行。⑨故障報(bào)警。上述保護(hù)動作的同時(shí)，不同顏色指示燈亮，指示相應(yīng)故障類型。遠(yuǎn)程監(jiān)控干節(jié)點(diǎn)輸出：上述保護(hù)動作的同時(shí)，干節(jié)點(diǎn)閉合， 故障信息上傳給監(jiān)控設(shè)備。⑩防雷功能。具有防雷保護(hù)功能。

2.3 系統(tǒng)組網(wǎng)原則

系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)考慮以下因素：

①負(fù)載功耗。遠(yuǎn)程供電方案首先是由通信設(shè)備負(fù)載功耗決定的。須根據(jù)設(shè)備負(fù)載功耗（峰値）并考慮一定的冗余度，換算出最大安全工作電流及正常工作電壓波動范圍，以確定遠(yuǎn)供設(shè)備功率配置。②傳輸距離。由局端設(shè)備（供電網(wǎng)點(diǎn)）至遠(yuǎn)端設(shè)備負(fù)載之間的距離。它決定傳輸線纜的壓降及功率衰減等，決定傳輸線纜的技術(shù)規(guī)格。③傳輸線纜程式、線質(zhì)、線徑選擇。傳輸線纜程式（復(fù)合纜、專用纜）、線質(zhì)（電阻率）、線徑（截面積）選擇由設(shè)備負(fù)載功耗（峰值）和傳輸距離以及技術(shù)參數(shù)（銅線、鋁線）、應(yīng)用場景（復(fù)合纜、專用纜）、敷設(shè)條件（城市、農(nóng)村、管道、架空）、線纜技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、廠家生產(chǎn)制造工藝（如復(fù)合纜）、投資效益、運(yùn)行安全、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展等因素確定。

安全傳輸電流、電壓、電阻値的計(jì)算是確定線纜技術(shù)規(guī)格的決定性依據(jù)。須嚴(yán)格按照相關(guān)《技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赜?jì)算傳輸線纜的電阻値、安全電流、壓降及波動范圍等技術(shù)數(shù)據(jù)，綜合各種因素確定傳輸線纜技術(shù)規(guī)格，以確保線路傳輸安全可靠。

3 通信系統(tǒng)遠(yuǎn)程供電解決方案

3.1 射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）獨(dú)立安裝（點(diǎn)對點(diǎn)）

①應(yīng)用場景。BBU安裝在宏基站或接入機(jī)房內(nèi)，RRU掛桿或安裝在樓頂，距離BBU所在基站距離≤3km。②局端。輸入電壓：-48V，輸出電壓DC250-400V可連續(xù)調(diào)整，輸出功率1 500W，每個(gè)局端設(shè)備對應(yīng)一個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備，安裝在BBU所在的宏基站或接入機(jī)房內(nèi)，取用該基站內(nèi)-48V電源。③遠(yuǎn)端。輸入電壓DC250-400V，輸出電壓-48V或AC220V，輸出功率300W，有防水外殼，可外掛于RRU設(shè)備下部，傳輸距離≤3km，傳輸電纜可采用復(fù)合光纜（銅芯截面積≤1.5mm2）或電力線。④應(yīng)用范圍。市區(qū)內(nèi)不容易取電的，或交流電供電不穩(wěn)定的RRU站點(diǎn)。⑤優(yōu)點(diǎn)。可使選址方便，不受市電的影響；可避免本地停電或蓄電池組故障而造成基站斷電，可大大提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量；可節(jié)省戶外UPS電源長期維護(hù)費(fèi)用；可節(jié)省交流取電的額外費(fèi)用。

3.2 RRU（或光纖直放站）+小容量宏蜂窩基站

①應(yīng)用場景。RRU（或光纖直放站）安裝在宏基站內(nèi)，該宏基站位置偏遠(yuǎn)，取交流電不方便，或交流電不穩(wěn)定，且用戶數(shù)量較少。②局端輸入電壓。-48V，輸出電壓：DC250-400V可連續(xù)調(diào)整，輸出功率≤3 000W，采用N+1冗余備份方式，安裝在該站附近的大容量宏基站內(nèi)，取用該基站內(nèi)-48V電源。③遠(yuǎn)端。輸入電壓DC250-400V，輸出電壓-48V或AC220V，輸出功率≤800W，安裝在該站標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，為該站所有設(shè)備供電，傳輸距離不限，傳輸電纜線徑越大傳輸距離越遠(yuǎn)，傳輸電纜使用復(fù)合光纜或電力線。④優(yōu)點(diǎn)。可節(jié)省取用交流電的高額費(fèi)用；可避免由于蓄電池組不能放電而造成的斷站現(xiàn)象發(fā)生；可節(jié)省蓄電池組維護(hù)費(fèi)用。

3.3 BBU+RRU用于大型樓宇網(wǎng)絡(luò)覆蓋（點(diǎn)對多點(diǎn)）

①應(yīng)用場景。BBU安裝在大型寫字樓內(nèi)，RRU安裝在樓頂，距離BBU較近，該樓附近有大容量宏基站。②局端。輸入電壓-48V，輸出電壓DC250-400V可連續(xù)調(diào)整，輸出功率3 000W，采用N+1冗余備份方式，可直接安裝在宏基站機(jī)柜內(nèi)。③分配單元。完成DC＼DC（250-400V＼320-400V）二次升壓變換，輸出功率3000W，多路輸出，單路輸出功率≤300W（可調(diào)整），輸出電壓≤380V（DC可調(diào)整），可直接為移動通信設(shè)備提供直流高壓電源。該設(shè)備為（室內(nèi)型）可安裝在大樓內(nèi)的光纜交接箱內(nèi)，或（室外型）掛壁式安裝。④遠(yuǎn)端。輸入電壓DC 250-400V，輸出電壓-48V或AC220V，輸出功率300W，有防水外殼，可掛于通信設(shè)備下部。⑤傳輸距離。局端與分配單元之間的距離不宜太遠(yuǎn)，宜≤3km；分配單元與遠(yuǎn)端之間的距離一般較近，宜≤2km。⑥優(yōu)點(diǎn)。可使選址方便，不受市電的影響；可避免本地停電導(dǎo)致基站斷電，影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋；可節(jié)省交流取電的額外費(fèi)用。

3.4 鐵道沿線覆蓋（級聯(lián)方式）

①應(yīng)用場景。鐵道沿線的基站覆蓋。②局端。輸入電壓-48V，輸出電壓DC250-400V可連續(xù)調(diào)整。輸出功率≥3 000W，采用N+X冗余備份方式。可直接安裝在局端機(jī)房內(nèi)。③遠(yuǎn)端：輸入電壓DC 250-400V，輸出電壓-48V或AC220V，輸出功率300W，有防水外殼，可外掛于通信設(shè)備下部長距離級聯(lián)供電方式，主要應(yīng)用于城際高鐵沿線、高速公路沿線等長距離帶狀區(qū)域覆蓋場景等。

4 存在的問題

①由于目前沒有相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家遠(yuǎn)供電壓等級不統(tǒng)一，設(shè)備與相關(guān)器件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。②遠(yuǎn)期遠(yuǎn)端站電源容量擴(kuò)容會有一定難度，后期新設(shè)備使用和共建共享會受到一定影響。③拉遠(yuǎn)方案對信源站點(diǎn)的電源系統(tǒng)帶來較大負(fù)擔(dān)，降低了重要保證負(fù)荷的后備時(shí)間，使信源基站與遠(yuǎn)端站點(diǎn)總體后備時(shí)間不長。④拉遠(yuǎn)方案導(dǎo)致外部強(qiáng)電入侵信源基站直流電源系統(tǒng)的可能性加大。⑤常規(guī)直流電源設(shè)備中一般不配置漏電保護(hù)裝置。直流高壓設(shè)備中的漏電保護(hù)十分靈敏，可能會容易誤動作，增大了站點(diǎn)斷電的可能。⑥高壓直流供電與交流供電特性有差別，線路與設(shè)備施工維護(hù)習(xí)慣需要有所改變，尤其對于運(yùn)營商線路的維護(hù)故障排查難度較大。