關于5G基站電力容量評估的研究

徐 猛

（中國移動通信集團廣東有限公司 東莞分公司，廣東 東莞 523129）

1 背 景

按照某地市網絡覆蓋規劃，5G一期至三期規劃站點約6 000個室外站，原則上全部共享存量站點，然而各機房的電力及設備配置差異較大，對運營商5G建設帶來較大的挑戰，主要體現在以下3方面[1]。

1.1 需要耗用大量的投資

如果每個站點都要無差別擴容，按照平均每站3×104元的擴容造價來計算，需要消耗約1.8×108元，對5G建設投資來說是一個較大的挑戰，因此需要嚴格篩選擴容清單，降低成本。

1.2 拖延了建設工期

每個站點的擴容工作至少包括現場技術勘測、設計會審、供電公司報裝、合同簽訂、物業協調、入場施工以及系統割接等環節，起碼需要1個月左右的時間。

1.3 電力超負荷的風險

電力容量不足可能會引起開關跳閘、空調無法開啟以及設備運行中斷等問題，更嚴重的可能會引起電纜被燒從而導致火災，給基站安全帶來較大的挑戰[2]。根據公司降本增效管理要求，一方面希望降低擴容成本實現降本，另一方面希望提高評估效率實現增效，而如何快速識別哪些基站需要電力擴容將顯得尤為關鍵。

2 基站電力系統組成及用電設備

基站電力系統的組成如圖1所示。

圖1 基站電力系統組成

用電設備主要包括空調、照明設備、蓄電池以及機房通信主設備。按照機房空間大小和制冷量測算，常規配置2～4臺3P或者5P空調，采用主備結合方式，功耗約2.5～10 kW。評估功耗需要結合空調開啟方式和額定功率，對于外電容量不足站點，可嘗試更換節能空調或者設置空調輪流啟動。照明部分主要是燈管和應急燈的充電，功耗約為0.5 kW。蓄電池配置按照機房設備功耗及備電時長進行計算，通常裝有兩組500 Ah蓄電池。針對外電容量不足的站點，建議錯峰充電，降低充電功耗或者后備時長，減少電池容量，從而起到降低波峰值的作用[3]。通信機房主設備主要包括無線主設備和傳輸主設備。針對外電容量不足的站點，可以通過5G反開技術或者減配低業務量的系統，降低設備功耗。

3 外電容量評估內容

5G基站主要采用共址建設的方式，每個基站的建設方案和設備組成都不同，設計勘察階段需要詳細記錄機房現狀，統計已有設備和擬新增設備的功耗[3]。容量評估需要設計人員核查外電接電點容量、業主表前和表后電纜安全載流量、運營商電表及開關容量、表后電纜及開關容量，從而估算出整個外電引入線路的最大外電容量。如果外電容量不足，則需要安排針對性的擴容改造[4]。外電接入主要有直供電和轉供電兩大類，對應系統分別如圖2和圖3所示。結合直供電和轉供電的系統圖，主要從以下3個方面進行評估外電容量。

圖2 直供電外電接入系統圖

圖3 轉供電外電接入系統圖

3.1 接電點容量是否滿足要求

接電點的供電方式主要包括直供電和轉供電兩大類。直供電指的運營商直接接入供電公司的電力系統，轉供電指的是因為直供電接入條件受限，通過其他主體借電的情況。前者接入供電公司的公共線路，而后者接電點場景較為復雜，運營商和業主共用同一個變壓器或者電表，可能會存在超過業主最大容量的情況。轉供電站點的接電點容量需要重點勘測，可以通過鉗型萬用表來測量主干線路的電流值，看是否已達到設定的警戒值。由于業主側容量勘測需要業主配合打開電房或者業主電表，出入可能受管制，因此這個環節經常被勘測人員省略[5]。

評估方法是檢查接電點可提供的容量是否大于當前功耗加上新增設備最大功耗[6]。測算當前功耗有以下3個簡易方案。一是電量推算法，選取一個周期電表的計電量（XkW·h），當前功耗P=X×1 000/24，取數比較簡單，但測算出的實際功耗相對偏小。二是電流推算法，監測一個周期電流的瞬時值，可以選取最大值作為當前功耗。如果使用三相電，則當前功耗P=380×I×1.732×cosθ，cosθ為功率因素，取值為0.8～0.85。如果使用單相電，則當前功耗P=220×I×cosθ。此方案測算相對準確，接近實際用電模型。三是功率累計法，將基站所有用電設備的功耗累加起來，然后乘以同時系數，此方法測算出的功耗偏大，但安全系數偏高。

3.2 電纜載流量是否滿足外電容量

為實現線路安全保護，按照線路安全規范，電表和空開的限流值應該小于電纜載流量最大值，然而從某地市5 000余個5G站點勘察情況來看，大量站點存在電表容量和空開容量遠大于電纜最大載流量的情況，可能會導致空開無法有效保護線路，從而引發電纜被燒毀等安全隱患，因此勘察人員需核查電纜和開關的匹配情況[7]。

評估方法為判斷電纜載流量是否滿足安全要求[9]。根據I=P/1.732×U×cosθ查檔各型號電纜的載流量即可初步判斷是否滿足要求。其中P為功率，U為電壓，cosθ為功率因素，取值范圍為0.8～0.85。單相電U取0.22，三相電U取0.38，標稱截面與70 ℃時電纜載流量對應表如表1所示。

表1 標稱截面與70 ℃時電纜載流量對應表

3.3 線路壓降是否滿足容量要求

電纜長度、材料、線徑、安裝環境、溫度以及使用年限等都會影響電阻值，多次維修會導致電阻變大，線路壓降變大，基站無法正常開啟。電纜和空開一般由運營商出資建設，屬于運營商自行維護的資產，因此勘察數據應當查檔設計圖紙及維護記錄，合理判斷電纜實際容量[8]。評估方法是采用常見的線路電阻測算公式R=ρ×L/S。其中ρ是導體電阻率，銅芯電纜中ρ取0.017 40，鋁芯電纜中ρ取0.028 3，L為線路長度，S為電纜的標稱截面。線路壓降計算公式為ΔU=IR，壓降率為ΔU/U，單相電U取0.22 V，三相電U取0.38 V。壓降率一般控制在5%以內，考慮到基站極端安裝條件（外電擴容難度大或者擴容成本太高），建議可以適當放寬至7%。由于基站功耗大小會影響到壓降自測值，因此基站實際功耗統計應當結合實測值[10]。

4 結 論

本文通過解析基站電力系統組成，量化評估電力容量需求，基于業主側容量、實際運行功耗、電纜安全載流量以及線路壓降等多重影響因子的實測值，設計綜合性評估的電力容量評估方案，為5G基站外電擴容提供判斷依據。