通信電源在鐵塔中的設計與應用

李 靜

（中國鐵塔股份有限公司 云南省分公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

通信電力系統結構如圖1所示，可初步劃分為外電系統及通信電源系統。其中通信電源系統包括交流供電系統（AC配電屏）、DC/UPS蓄電池、各種各樣的通信設備以及輔助系統等[1]。外電系統包括風力發電站、火力發電站、水力發電站、太陽能發電、核電站。交流電源經過分配電單元將分配的交流電部分饋入開關整流器后，其余部分作為通信用戶使用通信塔系統的備用輸出能源。

圖1 通信電力系統結構

1 通信電源系統

1.1 市電引入

通信外市電系統主要由供電方電表、電表側斷路器、交流電纜以及基站交流配電箱組成，具體如圖2所示。

圖2 通信外市電系統

通信電源是一種交變電流系統，用于通信鐵塔的設計和使用。在設計電源系統之前首先要考慮的是網絡輸入的設計，應根據通信塔的位置進行，不同地方的輸電情況也會不同[2]。市電引入設計與應用的實現方式主要有以下3種。（1）在新塔內自建市電變壓器基站，新鐵塔本身需要可靠的高壓網絡，安裝塔式變壓器時，應按H桿方式安裝。（2）通過一個使用380 V公用變壓器的通信塔接入。（3）從原有的交流配電系統輸出380 V到通信塔的基站。在通信鐵塔供電設計項目中，至少需要準備3種市電電源的維護方案，鐵塔電源的供電對象主要是通信鐵塔內的能源消耗設備，計算要連接到市電容量總值時，只需要將鐵塔中設備消耗能量相加即可。

1.2 SPD防雷設備

通信電源在電力輸送過程中可能會遭遇雷電的危害，所以SPD防雷設備的設計與應用必不可缺。SPD防雷設備的重點是通信電源，設計的中心也是通信電源。雷擊引起的直接雷擊、感應雷擊、地電位反擊以及雷電波入侵是通信鐵塔供電中斷的主要方式，而防雷裝置主要針對此類侵害行為進行有效保護。直擊雷是指暴風雨時云層產生的雷電進入鐵塔的供電設備，瞬間產生幾萬或幾十萬伏的高壓，使通信設備的供電立即產生火花，這些火花和放電會立即產生大量的電能、熱能以及機械能，能量可能會超過電源設備可承受的負載，從而對設備造成嚴重損壞[3]。針對這種情況，可以將避雷針安裝到到通信塔的塔頂，從而將雷電直接引入到接地裝置，保護通信塔的電力設備。

1.3 開關電源

電源的整流模塊設計通常選擇超過N+1模式，其中N=（負荷電流+電池充電電流）/整流單元總容量。在設計開關電源時，必須考慮基站設備本身消耗的功率，一個電源開關模塊通常選50 A。此外，開關電源的熔斷器容量必須高于電池的總容量，并且必須滿足二次供電系統的要求。

1.4 蓄電池和交直流電源線

通信塔的直流供電通信系統必須配備相應的電源，安裝前應根據塔的需要確定蓄電池容量。設計時有必要考慮對放電的要求以及鐵塔選址、市電、電網、維護環境等。交流和直流電纜的橫截面積可根據經濟密度和電壓損失的原則進行設計，由于導線本身具有電阻，即使導線的電阻很小，當通信能量的電流通過導線時，也不可避免地會出現電壓下降[4]。因此，電源線設計中應根據相關國家行業規范，選擇合適的電源電纜橫截面積來處理電壓降，特別是直流供電工程要加強對塔式供電裝置允許電壓降的控制。有線電纜截面積計算公式為：

式中，S為電源線的橫截面積，I為通信電源系統中最大的工作電流，L為電源線纜的實際長度，P為電源線線纜的電導率，U為通信電源系統中設備允許出現的最大電壓降。需要注意的是，一般情況下通信鐵塔通信電源系統允許出現的最大電壓降為3.2 V。

2 新建通信基站中電源系統設計方法

在建設基站塔時，首先要確定施工地址，說明基站需要安裝的不同設備以及運行的基本要求。設計新建基站電源系統的過程中必須采取以下步驟。

第一階段是確定應包含在系統中的市電容量。由于基站位置不同，供電情況也不同，市電輸入主要分為3種。（1）建市電變壓器基站，此時需要根據通信安裝高壓電網，而且安裝變壓器時應采用H形式。（2）將公用市電變壓器配電柜電源線接入1路380 V交流市電，從而將電源接入基站。（3）在原基站交流配電柜中配備380 V交流電源，電纜的電源可以穿墻給基站供電。建設基站通常需要使用3種以上的電力，主站供電系統的傳輸設備、蓄電池、空調系統、無線設備和照明系統等都需要用電。

第二階段是確定SPD的功率。通信塔中大約50%的雷電干擾發生在電力電纜上，為此電力系統的防雷應成為構建通信電源系統的重點。在電力變壓器高壓端、低壓配電系統輸入端、交流配電柜輸入端、整流交流輸入端和通信設備輸入端設置好防落措施，保持器的容量基本上表示可以通過的雷電流的最大值，包括額定速度和最大允許電流速度。最大允許流量通常設置為標稱流量的2.5倍。建造通信塔時，避雷設備允許的最大電流為60 kA，為了能夠發揮良好的保護作用，需要選擇合適的容量，根據行業規范進行設置安裝。

第三階段是配置接口端子，確定交流配電柜功率?，F階段需要明確輸入輸出開關的配置，充分查看基站供電情況，根據現有建設規模選擇合適的交流屏，在輸出開關上設置可靠的電源和適當的通風和照明系統。

第四階段是選擇可靠的開關電源。在這個階段，基站建設過程中存在一定的內部功率損耗。整流模塊一般采用N+1模式進行配置，計算公式為：

式中，ILOAD表示負荷電流，IBATT表示電池充電電流，IREC表示整流單元的總容量。設計過程確保開關電源具有兩個電池保險絲，非保護性容器應滿足電池的需要，同時要保證開關電源能夠滿足二次關斷的需要，可用于二次輸電設備、控制單元等。

第五階段是根據使用直流系統的要求，確定電池容量。選擇電池容量時應綜合考慮放電要求、基站綜合位置、網絡的可靠性、運維的可能性以及現有的環境條件。

3 共址站中通信電源系統設計方法

如果新建的通信塔與原來的鐵塔在同一地址，那么現有的通信系統將發生一定的變化，供電系統將主要在以下幾個方面進行更換或升級。

3.1 確定市電功率

考慮線路開關功率和基站功率為20 kW，基站功率大于20 kW，交流電纜初始截面積小于16 mm2，使用有線交流電纜，則在基站輸入端安裝50 A共址站[5]。對于現有的配電箱而言，重要的是要確保輸出端能夠滿足基站內部電源系統的轉換需求。如果終端容量不能滿足需求，可更換配電箱。此外，在確定現場基站容量時，需要注意輸入開關容量、電纜截面積以及電表容量等因素。

3.2 識別電源和端子

已經按照N+1的配置原則，確定了整流模塊的數量，如果機架容量不足，就必須更換新的機架。根據使用電源端子的情況，采用組裝直流配電箱的方法解決問題，將直流配電板接在負極線上[6]。

4 防雷和接地方案

防雷和接地保護方案較為復雜，主要任務是可靠地保護易發生雷擊的部件。輸入電纜和傳輸電纜必須安裝合適的防雷設備，進入基站的低壓交流電纜通常設置在地下，電纜的兩端和金屬管道均良好接地，傳輸電纜應盡可能直接埋設[7]。

基站的走線架必須可靠接地，內部的金屬管道和金屬門也必須可靠接地。如果需要使用抱桿安裝天線，可以用避雷帶連接不同的抱桿，同時固定抱桿。在金屬絲架接地工程中，必須將鍍鋅扁鋼連接到拉鏈帶上，并且走線架和避雷帶之間必須焊接并進行相應的處理以防止腐蝕。而基站接地體必須在避雷帶下設置塔角，并采取措施防止接地線外露部分受到機械損傷，并做好腐蝕和銹蝕處理[8]。

5 通信電源在鐵塔中發展方向

（1）朝著數字化發展。隨著智能時代的到來，大數據技術的應用越來越普遍，傳統的電子電源技術在應用過程中暴露出一些不足。目前，國家通信電源技術也在逐步向數字化發展，因此可以為此安裝連接模型和模擬系統。（2）朝著高效化方向發展。隨著無線設備的性能和要求不斷提高，對開關電源的要求也在不斷提高。因此，需要深入研究開關電源的幅度和頻率，選擇合適的鐵塔電源設計方式，這是未來通信電源技術必須克服的問題[9]。

近年來，隨著我國絕緣技術的不斷更新，電子設備系統可以安裝不同負載的供電系統，以提高低壓效率。此外，軟開關技術也取得了長足的進步，不斷提高轉換器的轉換效率。同時我國正在逐步應用能量因數校正技術，有關部門結合國內無線通信設備的發展和應用，不斷學習和借鑒國外通信電源的經驗，研究應用效率、PFC技術以及無源技術[10]。

6 結 論

在通信行業持續發展的過程中，通信供電系統受到了廣泛關注，國家對電源系統的可靠性提出了更高的要求。本文件闡述了通信電源的設計過程和方法，根據電流需求提出了防雷和接地措施，以保證通信設備的質量，提高系統的安全性和穩定性。