5G綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房電源和空調(diào)的設(shè)計(jì)與探討

郭 琦

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330002）

0 引 言

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫，通過綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)機(jī)房可以滿足新增覆蓋區(qū)域、現(xiàn)有核心機(jī)房和匯集機(jī)房等區(qū)域的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。為了更好地支撐智慧城市、4G、政企專線、“雪亮工程”以及未來5G和邊緣DC計(jì)算等業(yè)務(wù)的長遠(yuǎn)發(fā)展，需要根據(jù)各業(yè)務(wù)發(fā)展需求對(duì)綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房及配套設(shè)施進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

1 電源和空調(diào)設(shè)備的總體配置原則

交流電源配置原則為交流電源引入功率按遠(yuǎn)期考慮，交流配電柜或配電箱容量也應(yīng)按照遠(yuǎn)期考慮。直流電源配置原則為直流電源系統(tǒng)宜按遠(yuǎn)期所帶負(fù)載的提供能力配置，其中開關(guān)電源系統(tǒng)機(jī)架容量按該機(jī)房遠(yuǎn)期負(fù)載的提供能力確定，整流模塊容量按近期實(shí)際所需負(fù)荷配置，直流輸出端子按遠(yuǎn)期配置。電源系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量和容量根據(jù)機(jī)房內(nèi)BBU、CU/DU、OLT、IPRAN A2/B設(shè)備、匯聚交換機(jī)以及5G/MEC設(shè)備的需求進(jìn)行配置。同時(shí)，需兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能合理選配。

此外，為提高供電系統(tǒng)的可靠性及成本，合理選擇蓄電池容量和電源設(shè)備容量。空調(diào)預(yù)留遠(yuǎn)期負(fù)荷的安裝位置，初期按照實(shí)際需要的制冷量進(jìn)行配置和安裝[1]。

2 5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房實(shí)例

以某5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房為例，其平面如圖1所示。

圖1 5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房平面圖

其中，第一期5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房需要安裝的設(shè)備為粗實(shí)線圖框區(qū)域，細(xì)實(shí)線圖框?yàn)楹笃谠O(shè)備擴(kuò)容預(yù)留設(shè)備區(qū)域。直流負(fù)荷預(yù)測以第一期粗實(shí)線圖框標(biāo)注的設(shè)備為基準(zhǔn)。

2.1 機(jī)房直流負(fù)荷預(yù)測

5G綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房安裝的通信設(shè)備包括OLT、MODF、4G/5G BBU設(shè)備、5G-CU/DU設(shè)備、5G邊緣計(jì)算設(shè)備、IPRAN傳輸設(shè)備及數(shù)據(jù)接入及匯聚層設(shè)備。直流負(fù)荷需求情況如表1所示。

表1 直流負(fù)荷需求情況表

2.2 交流負(fù)荷計(jì)算

交流負(fù)荷預(yù)測如表2所示。

表2 交流負(fù)荷預(yù)測表

根據(jù)計(jì)算可知，市電引入前端開關(guān)應(yīng)不小于160 A/3 P，考慮到負(fù)荷的冗余，建議機(jī)房配置250 A/3 P的交流配電柜/箱。

2.3 蓄電池組容量的計(jì)算

按照5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房的設(shè)備負(fù)荷功率45 kW計(jì)算，所需的最大負(fù)荷電流約900 A，按照室溫20 ℃，根據(jù)規(guī)定，綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)機(jī)房后備時(shí)間按1～3 h計(jì)算，蓄電池組容量要求為：

式中，Q為蓄電池容量；K為安全電流；I為負(fù)荷電流；T為放電小時(shí)數(shù)；η為放電容量系數(shù)；t為實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，有采暖設(shè)備時(shí)按15℃考慮，無采暖設(shè)備時(shí)按5 ℃考慮；α為機(jī)房電池溫度系數(shù)（1/℃），當(dāng)放電小時(shí)數(shù)≥10時(shí)α=0.006，當(dāng)1≤放電小時(shí)數(shù)＜10時(shí)α=0.008，當(dāng)放電小時(shí)數(shù)＜1時(shí)α=0.01。放電過程相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 鉛酸蓄電池放電相關(guān)參數(shù)表

經(jīng)計(jì)算，可得Q≥4 017.86 Ah，取整后10 h放電率C10=4 000 Ah，配置兩組2 000 Ah的閥控式密封鉛酸蓄電池組，放電時(shí)間約2 h。

2.4 整流器容量的選擇

考慮整流器既要對(duì)機(jī)房負(fù)載供電，又要負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池組充電，因此蓄電池的充電電壓V充即為整流器的最大輸出電壓，蓄電池組取25 ℃下單只蓄電池的電壓2.35 V，則：

整流器輸出電流既要對(duì)機(jī)房設(shè)備負(fù)載（Ir=900 A）供電，又要滿足100%放電后完全充電的需要，此時(shí)電池浮充電流取0.1 C10，故最大輸出電流為：

Imax=IR+0.1×C10=900+0.1×(2 000×2)=1 300(A)；

整流器最大輸出功率為：

Pmax=UH×Imax=UH(IR+0.1×C10)

取整流器100 A的單模塊最大輸出功率P'max=5.64 kW，根據(jù)通信行業(yè)相關(guān)規(guī)定，采用高頻開關(guān)型整流器的局（站），必須考慮最高峰值時(shí)段的負(fù)荷，遵循n+1冗余方式確定整流器配置，其中n只主用，當(dāng)n≤10時(shí)，1只備用，n＞10時(shí)，每10只備用1只。因此本工程整流配置采用公式：

本期工程從投資成本和第一階段的5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房實(shí)際負(fù)荷與備用需求考慮，配置14個(gè)100 A整流模塊，選擇1臺(tái)2 000 A容量的整流器機(jī)架。

2.5 直流配電柜配置的選擇

一般按照中遠(yuǎn)期負(fù)荷選用直流總配電柜，該機(jī)房主要是5G設(shè)備的用電負(fù)荷以及少量其他設(shè)備的負(fù)荷供給需要，直流配電單元直流輸出分路熔絲配置如下：電池：1250A*2*2（熔斷器），負(fù)載下電：250A*8（熔斷器）、100A*24（熔斷器）、63A*24（熔斷器）[1]。

2.6 交流配電柜/箱的配置

交流配電柜/箱的輸入采用250 A/3 P塑殼空開，輸出包括250 A/3 P雙向刀閘一個(gè)，100 A/3 P空開兩個(gè)，63 A/3 P空開4個(gè)，32 A/3 P空開6個(gè)，16 A/1 P空6個(gè)，帶20 kA三相防雷模塊，零線、保護(hù)地線及接地銅排各1根，開關(guān)采用ABB或施耐德[1]。

2.7 機(jī)房空調(diào)的選擇

該5G綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)機(jī)房所需冷量為機(jī)房空調(diào)所要處理的最基本熱量房屋結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷+設(shè)備熱負(fù)荷+備用，房屋結(jié)構(gòu)熱量隨季節(jié)、不同地域及時(shí)間而產(chǎn)生變化，而設(shè)備熱量是一個(gè)相對(duì)固定值。江西地區(qū)夏季氣溫較高，根據(jù)《簡明空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中區(qū)域的劃分，江西區(qū)域的結(jié)構(gòu)熱量按150 W/m2計(jì)算。計(jì)算公式為：

式中，Q設(shè)備為設(shè)備熱負(fù)荷；P為機(jī)房內(nèi)的設(shè)備總功耗；η1為同時(shí)使用系數(shù)；η2為利用系數(shù)；η3為負(fù)荷工作均勻系數(shù)；η1、η2、η3取 0.65—0.9 之間，一般取 0.8。

本工程機(jī)房面積58 m2，近期有共計(jì)13 kW帶電運(yùn)行設(shè)備，則Q房=58x150=8.70 KW，Q設(shè)備=13×1×0.8=10.2 kW。

為保證空調(diào)壓縮機(jī)全時(shí)段運(yùn)行，延長設(shè)備使用壽命，一般取15%作為安全余量，則Q總=1.15×（Q房+Q設(shè)備）=1.15×（8.70+10.2）=21.74 kW，可選兩臺(tái)12 kW柜式舒適性空調(diào)或者兩臺(tái)12 kW精密空調(diào)。后期將根據(jù)設(shè)備負(fù)荷，逐步增加配套的空調(diào)設(shè)備。

2.8 聯(lián)合接地

接地系統(tǒng)按照《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，該5G綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房通信設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地（包括屏蔽接地和建筑物防雷接地）共同合用一個(gè)接地體的聯(lián)合接地方式，聯(lián)合接地可有效解決接地電位升高和設(shè)備之間靜電等電位不平衡的問題。合格的地網(wǎng)是有效防雷和泄放設(shè)備靜電的根本保障，設(shè)備正常不帶電的金屬部分和避雷器的接地端均應(yīng)作接地保護(hù)，嚴(yán)禁作接零保護(hù)。保護(hù)接地應(yīng)從室內(nèi)接地銅排上或均壓環(huán)銅條就近引接，接地線截面積一般為35～95 mm2，材料為多股黃綠色銅線。

3 電源和空調(diào)配置清單

依據(jù)相關(guān)的通信規(guī)范進(jìn)行計(jì)算后，得到5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房電源和空調(diào)配置情況如表4所示。

表4 5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房電源和空調(diào)配置情況表

4 結(jié) 論

為落實(shí)中國電信集團(tuán)的“云改數(shù)轉(zhuǎn)”戰(zhàn)略，進(jìn)一步提升工程建設(shè)進(jìn)度、造價(jià)、質(zhì)量和安全管理水平，擬根據(jù)中國電信工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化系列規(guī)范，夯實(shí)工程建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)，促進(jìn)工程建設(shè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和智慧引領(lǐng)能力。本次工程建設(shè)將充分利用該項(xiàng)目的公共資源或與其他專業(yè)的資源共享，提質(zhì)增效，快速形成業(yè)務(wù)提供能力，降低5G綜合業(yè)務(wù)機(jī)房建設(shè)的總造價(jià)。