地鐵中民用通信系統供電方式探討

韓建芳，姚利民

（1.廣州杰賽科技股份有限公司通信規劃設計院，廣東 廣州 510310；2.中國聯合網絡通信有限公司江西省分公司，江西 南昌 336000）

0 引 言

隨著城市化進程的推進，越來越多的城市進入了地鐵時代。在地鐵內建設民用通信系統，對于實現公用移動通信網絡的全覆蓋，滿足人民群眾對通信網絡的需求，促進經濟、社會發展，實現“網絡強國”戰略具有重要意義。

地鐵內民用通信系統一般由通信運營商和鐵塔公司進行建設，民用通信設備的供電設施由鐵塔公司建設，由于涉及到多家單位，民用通信系統的供電方式如何確定就是一個值得研究的話題，本文以X地鐵線路中B車站為例進行說明。

1 設計范圍及分工

1.1 設計范圍

本工程以X號線A站——B站——C站中的B站為例進行設計，僅解決通信設備供電問題，設備側DCDU及電源線由各運營商解決。

1.2 分工界面

本工程各單位分工界面具體如下。

1.2.1 地鐵公司負責內容

（1）機房：每車站提供民用通信機房一處（裝修工藝由鐵塔公司提出，地鐵公司實施），面積≥50 m2，層高3 m以上；機房內預留兩處接地端子；提供機房制冷空調、消防設施等。

（2）電源：提供兩路380 V市電電源（容量由鐵塔公司提供，等級與地鐵通信用電相同）。

（3）布線路由：提供各種通信漏纜、電纜、光纜敷設用走線架，預留走線位置。

（4）其他專業要求另行提出。

1.2.2 鐵塔公司負責內容

（1）統籌各運營商用電需求、機房工藝設計提供給地鐵公司。

（2）民用通信系統供電設施建設，包括48 V直流供電系統、UPS供電系統、各種交直流配電柜/箱以及之間的連接電纜。

（3）各運營商用電設備至前一級配電柜/箱的電力電纜由運營商負責提供，鐵塔公司負責安裝實施。

（4）動環監控系統建設。

1.2.3 運營商建設內容

（1）提供主設備及各自設備配套的連接線纜。

（2）配合工程建設相關事宜。

2 需 求

各隧道斷點間距如圖1所示，無線、傳輸專業提供的設備電壓、功耗需求如表1、表2所示。

圖1 隧道斷點間距示意圖

表1 無線專業用電信息表

表2 設備用電信息表

為了減少民用通信系統長期運行帶來的電能損耗，隧道斷點設備供電采用就近原則，從兩端最近的機房引電。B站機房負責斷點3～斷點10一共8個隧道斷點民用通信設備、B站廳/機房內所有民用通信設備的用電需求，如表2所示。

3 需要明確的問題

3.1 負荷等級

在通信行業相關規范和工程實踐中一般將本工程用電負荷作為三級負荷，但在GB 50157—2013《地鐵設計規范》[1]第16.10.3條規定：通信設備應按一級負荷供電。

這在工程實施中比較困難，且工程投資成倍增長，對鐵塔公司及各運營商來說是無法接受的。根據以往建設經驗及運行情況，經鐵塔公司和各運營商確定按三級負荷考慮。

3.2 備電時間

各運營商對通信設備備電時間不一致，移動一般要求備電時間2～4 h，電信、聯通對是否備電無要求，根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》[1]第16.10.6條第3款要求：蓄電池組的容量應按近期負荷配置，并應保證連續供電不少于2 h。本工程考慮2個供電方案，具體如下。

（1）方案1：站廳/機房直流設備采用48 V直流供電方式，站廳/機房交流設備采用逆變器供電方式，無線設備備電時長按2 h考慮，傳輸設備按4 h考慮；隧道斷點設備采用不備電方案，由市電直接供電。

（2）方案2：站廳/機房直流設備采用48 V直流供電方式，站廳/機房交流設備及隧道斷點設備采用UPS供電方式，無線設備備電時長按2 h考慮，傳輸設備按4 h考慮。

3.3 電量計量

由于電源系統由鐵塔公司建設，電費由運營商進行分攤，各家分攤電費多少一直是個難題，因此提出3種電量計量方案，如表3所示。

表3 計量方案對比

4 建設方案

4.1 方案1

方案描述：站廳/機房直流設備采用48V直流供電方式，站廳/機房交流設備采用逆變器供電方式，無線設備備電時長按2 h考慮，傳輸設備按4 h考慮；隧道斷點設備采用不備電方案，由市電直接供電。

4.1.1 蓄電池配置

根據表1用電設備功率以及GB 51194—2016《通信電源設備安裝工程設計規范》[2]中蓄電池容量計算公式可得開關電源蓄電池計算容量為1 669 Ah，配置2組48 V/800 Ah（2 V/節，24節/組）閥控式鉛酸蓄電池組。

4.1.2 開關電源配置

根據表1用電設備功率、蓄電池配置，配置1臺600 A組合式開關電源，含12個50 A高效整流模塊，開關電源具備分用戶計量、二次下電功能。

若后期還有新增直流負荷需求，可將蓄電池充電從10小時率調整為20小時率，以滿足新增負荷用電需求（此方式將降低蓄電池后備時間，需進行評估）；若開關電源容量不足，則再新增一套開關電源及蓄電池組，本期預留好位置。

4.1.3 逆變器配置

根據GB 51194—2016《通信電源設備安裝工程設計規范》[2]第6.1.1條：要求交流不間斷供電的通信負荷，宜采用交流不間斷電源（UPS）供電系統供電，容量小于10 kVA時可采用逆變器供電系統供電。由于站廳/機房交流負荷較小，考慮通過逆變器供電方式解決交流用電設備需求，每運營商各配置2臺5 kVA逆變器，組成1+1并機方式，各配置1個交流輸出配電單元，逆變器、交流輸出配電單元安裝在綜合柜內。

4.1.4 直流系統壓降計算

48 V系統全程壓降要求不大于3.2 V，經核算從開關電源蓄電池到機房最遠點用電設備的壓降不超過3.2 V。

4.1.5 隧道斷點供電

隧道斷點供電方式有3種，具體如下。

（1）星型供電方式：即每個隧道斷點內交流配電箱均從地鐵機房內引出，點對多點方式。此方式各斷點用電互不影響，安全可靠性較高，但是電纜投資較大。

（2）鏈型供電方式：即下一個隧道斷點內交流配電箱輸入從上一級交流配電箱的輸出端子引出，一般級聯方式不超過3級。此方式可節省電纜投資，但是安全性較差，上一級交流配電箱故障可能會影響下一級設備供電。

（3）T型供電方式：即同一方向敷設一根主干電纜，各隧道斷點交流配電箱從主干電纜采用T接方式引出。此方式可節省電纜投資，同時上、下級供電也互不影響，安全性較高，但是T接時需采用專用T接頭，避免連接不可靠引起的安全性問題。

圖2為隧道斷點供電方式示意圖。

圖2 隧道斷點供電方式示意圖

隧道斷點設備采用不備電方案，由市電直接供電。根據就近供電原則，B站機房負責斷點3～斷點10共8個隧道斷點民用通信設備供電，同一方向斷點采用1根電纜供電，斷點處交流配電箱T接引出（即T型供電方式）。

根據YD/T 1051—2018《通信局（站）電源系統總技術要求》[3]第7.2.3條額定電壓的允許變動范圍：使用低壓交流電的通信設備和電源設備以及建筑用電設備，在其電源輸入端子處測量的電壓允許變動范圍為額定電壓值的-15%～+10%。

經過計算，采用4×10 mm2電纜在斷點9或斷點10（最遠點）的電壓為350 V（壓降8%），符合規范要求。

下面對隧道斷點設備兩種不同的電源分配方式進行對比，方式1斷點配電箱內各相電源對應不同的運營商，方式2斷點配電箱內各相電源對應固定的運營商。根據《中國移動通信電源、空調維護管理規定（2014版試行）》[4]對變壓器負載三相電流不平衡度要求應≤15%。其中三相電流不平衡度計算公式如下：

通過表4、表5可以看出，采用方式2固定分配方式不滿足中國移動要求，因此本工程采用方式1不固定分配方式。

方式1可能給后期運維帶來一定困難，在建設時可通過配電電源端子用不同的顏色標識、貼上對應的標簽進行解決。

4.1.6 交流容量

根據計算，地鐵公司需提供兩路容量不小于85 kVA的380 V市電。

4.1.7 供電系統圖

圖3為方案1供電系統圖。

4.2 方案2

站廳/機房直流設備采用48 V直流供電方式，站廳/機房交流設備及隧道斷點設備采用UPS供電方式，無線設備備電時長按2 h考慮，傳輸設備按4 h考慮。

4.2.1 直流供電系統

根據表1用電設備功率以及GB 51194—2016《通信電源設備安裝工程設計規范》[2]中蓄電池容量計算公式可得開關電源蓄電池計算容量為1 076 Ah，配置2組48 V/500 Ah（2 V/節，24節/組）蓄電池。配置1臺600 A開關電源（含8個50 A高效模塊），其他說明與方案1類似，本方案不作說明。

4.2.2 UPS供電系統

8個隧道斷點設備+站廳/機房交流設備負荷共47 kW，折合52.5 kVA（功率因素0.9），按UPS最大負載率90%，配置1臺80 kVA UPS單機運行方式（若遠期有交流負荷新增需求，也可采用模塊化UPS或后期通過并機方式進行擴容）。

表4 隧道斷點設備不同分配方式對比（2個斷點設備之和分析）

表5 隧道斷點設備不同分配方式對比（8個斷點設備之和分析）

圖3 方案1供電系統圖

UPS蓄電池容量按實際負荷容量計算（設計規范為按UPS額定容量），通過計算需配置1組480 V/500 Ah（2 V/節，240節/組）蓄電池，滿足備電2 h要求。UPS輸入直接從地鐵機房配電箱輸出端子引入，UPS輸出配置1臺UPS輸出配電屏。

4.2.3 隧道斷點供電

隧道斷點供電方式同方式1，只是隧道斷點交流配電箱引入從UPS輸出配電屏引入。

下面對隧道斷點設備兩種不同的電源分配方式進行對比，方式1斷點配電箱內各相電源對應不同的運營商，方式2斷點配電箱內各相電源對應固定的運營商。根據《中國移動通信電源、空調維護管理規定（2014版試行）》[4]對變壓器負載三相電流不平衡度要求應≤15%。

通過表6可以看出，采用固定分配方式不滿足中國移動要求，因此本工程采用不固定分配方式。負載容量比的計算公式如下：

從表7可以看出，方式1與方式2各相負載均未超過相關要求，但是方式1負載分配更均衡。

4.2.4 交流容量

地鐵公司需提供兩路容量不小于90 kVA的380 V市電。

表6 隧道斷點設備不同分配方式對比（8個斷點設備之和分析）

表7 UPS各相負載容量比

圖4 方案2供電系統圖

4.2.5 供電系統圖

圖4為方案2供電系統圖。

5 結 論

供電方案：推薦采用方案1，即站廳/機房直流設備采用48 V直流供電方式，站廳/機房交流設備采用逆變器供電方式，隧道斷點設備采用不備電方案，由市電直接供電。

計量方案：站廳/機房內通信設備用電采用電源設備自帶計量功能進行計量，斷點通信設備用電采用抽樣計量方案。