“超級(jí)基站”電源配置與設(shè)計(jì)的探討

陳文環(huán)，倪奇文，鄭發(fā)秀

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）

隨著地球氣侯環(huán)境日益惡化，在我國的國土區(qū)域內(nèi)，南方沿海地區(qū)惡劣氣侯表現(xiàn)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、洪澇；北方地區(qū)主要有冰雪、洪澇等；在西南地區(qū)有地震等不可抗拒的自然災(zāi)害。通信基站能否在各種惡劣的環(huán)境下抵抗不必要的破壞，維持通信功能不中斷，這對(duì)基站建設(shè)是一個(gè)嚴(yán)竣的考驗(yàn)?！俺?jí)基站”能夠做到地震震不倒、洪水淹不著、臺(tái)風(fēng)吹不垮、冰雪凍不壞，超級(jí)基站的通信電源配置和設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的保證環(huán)節(jié)。

所謂的“超級(jí)基站”是相對(duì)于傳統(tǒng)普通基站而言，在面臨各種自然災(zāi)難時(shí)，能夠保障站點(diǎn)覆蓋下區(qū)域的通信暢通運(yùn)行。其主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行改造：一是普通基站都是采用光纖路由，而它采用光纖與衛(wèi)星的雙路由傳輸，當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鬏斠虻卣?、臺(tái)風(fēng)等自然重大災(zāi)害而中斷時(shí)，可以自動(dòng)切換到衛(wèi)星傳輸，保證基站正常通信工作；二是比普通基站增加配置了大容量蓄電池和自啟動(dòng)油機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)市電中斷時(shí)，自啟動(dòng)油機(jī)可以正常供電；三是基站房屋的建筑標(biāo)準(zhǔn)將比當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度提高一度，設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了科學(xué)調(diào)整，最大限度地減少了因地震、臺(tái)風(fēng)等其他重大自然災(zāi)害給基站帶來的毀損風(fēng)險(xiǎn)。超級(jí)基站一般采用自建框架結(jié)構(gòu)的機(jī)房，選擇布置在區(qū)縣的行政中心、人口相對(duì)集中的附近；有可靠的電源保障，在靠近供電公司或政府大樓的地點(diǎn)，提高供電可靠性，以及在應(yīng)急情況下滿足通信用戶接入。

1 超級(jí)基站的用電量分析

超級(jí)基站在未遇到自然災(zāi)害時(shí)，與傳統(tǒng)的通信基站一樣作為一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)?；緝?nèi)主要有基站收發(fā)設(shè)備BTS（包括3G Node B設(shè)備）、傳輸設(shè)備、開關(guān)電源、蓄電池組、備用發(fā)電機(jī)組、空調(diào)以及衛(wèi)星通信等設(shè)備。

正常情況：超級(jí)基站在無災(zāi)害時(shí)，作為一般的傳統(tǒng)基站進(jìn)行通信。2G的BTS及3G的Node B按單機(jī)架滿配的載頻考慮；市電引入、備用發(fā)電機(jī)組及電源設(shè)備的容量應(yīng)滿足基站內(nèi)所有設(shè)備的用電，具體用電情況如表1。

表1 正常情況站點(diǎn)功耗估算

災(zāi)難情況：超級(jí)基站在遇到自然災(zāi)害時(shí)，通過遠(yuǎn)程或本地切換技術(shù)，保證站點(diǎn)基本的通信能力，災(zāi)難情況站點(diǎn)功耗估算如表2。在碰到災(zāi)難時(shí)，根據(jù)后備油機(jī)的情況，可分成兩種情況：

①固定油機(jī)或應(yīng)急油機(jī)能正常保障供電時(shí)，站點(diǎn)按正常情況通信能力使用。

②固定油機(jī)或應(yīng)急油機(jī)因故障無法供電時(shí)，根據(jù)災(zāi)難應(yīng)急保障等級(jí)，設(shè)備采取遠(yuǎn)程或本地關(guān)閉技術(shù)等手段，降低站點(diǎn)設(shè)備總耗電量，延長蓄電池組的供電后備時(shí)間，以滿足搶修人員有足夠時(shí)間到站點(diǎn)進(jìn)行搶修，保證網(wǎng)絡(luò)通信暢通。

表2 災(zāi)難情況站點(diǎn)功耗估算

通過上面分析，超級(jí)基站在正常時(shí)，通信設(shè)備的總功耗將達(dá)到6 850 W；在遇到自然災(zāi)難時(shí)，較為極端差的供電環(huán)境，為了保證基本通信功能，通信設(shè)備總功耗控制在650 W左右。

2 超級(jí)基站的供配電系統(tǒng)組成

超級(jí)基站的供配電系統(tǒng)設(shè)備與傳統(tǒng)基站的配置一樣，一般戶外市電引入，專用變壓器；戶內(nèi)主要設(shè)備有備用固定油機(jī)，浪涌保護(hù)箱（SPD），市電/油機(jī)轉(zhuǎn)換箱、交流配電箱（屏）、－48 V高頻組合開關(guān)電源（含交流配電單元、高頻開關(guān)整流模塊、監(jiān)控模塊、直流配電單元）和48 V蓄電池組組成。其示意圖如圖1。

圖1 超級(jí)基站電源系統(tǒng)組成示意圖

說明：市電/油機(jī)轉(zhuǎn)換箱與交流配電箱（屏）可以做成一面柜子，安裝于機(jī)房內(nèi)部。

3 設(shè)備選擇配置

（1）蓄電池組與直流系統(tǒng)

在碰到災(zāi)難時(shí)，蓄電池組容量配置要保證基站基本通信功能，放電后備保證時(shí)間一般考慮4～5天（96～120小時(shí)），根據(jù)蓄電池組所需保證時(shí)間與應(yīng)急通信的耗電量的關(guān)系，計(jì)算出超級(jí)基站配置的蓄電池組容量約1 000 Ah的2組。

直流系統(tǒng)容量配置考慮正常情況下，直流負(fù)載浮充功率和蓄電池組充電功率。通過上面分析，負(fù)載功率約6.850 kW，折算成48 V約142.7 A；2組1 000 Ah蓄電池組的浮充充電功率約12.7 kW，折算成48 V約238 A，直流系統(tǒng)所需的負(fù)荷容量合計(jì)為380.7 A。一般基站直流系統(tǒng)的整流模塊為50 A/只（或80 A/只），考慮到模塊的備用，超級(jí)基站的直流系統(tǒng)模塊配置數(shù)量為50 A/只的9只（考慮1只備用），所以采用了48 V/600 A的直流系統(tǒng)。

（2）變壓器和固定油機(jī)容量選擇

變壓器和固定油機(jī)的容量考慮在正常情況下設(shè)備耗電量，具體設(shè)備如表3。

表3 基站總功耗估算

綜上列表分析，變壓器容量保證功耗約21.9 kW，即27.4 kVA；固定油機(jī)在考慮最佳工作狀態(tài)，保證功耗約25 kW（按0.8系數(shù)考慮）。

（3）應(yīng)急供電

超級(jí)基站在建設(shè)期，預(yù)留應(yīng)急油機(jī)搶修的工作空間，并在合適的位置上安裝應(yīng)急接口（采用快速的航空插頭），滿足應(yīng)急快速搶修的需求。

（4）小結(jié)

根據(jù)本小節(jié)的分析，按常用電源設(shè)備容量進(jìn)行選擇，主要設(shè)備容量為：變壓器約30 kVA；油機(jī)約25 kW；直流系統(tǒng)容量為48 V/600 A；后備蓄電池組為2組1 000 Ah。

4 供電智能化

目前基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳送主要采用了干節(jié)點(diǎn)告警、純2M或IP組網(wǎng)三種方式。超級(jí)基站電源設(shè)備采用了無人值守的方式運(yùn)行，在有線光纜傳輸不中斷的情況下，采用純2M或IP的傳送方式；在碰到自然災(zāi)難，有線光纜傳輸中斷切換為衛(wèi)星無線傳送的情況下，采用干節(jié)點(diǎn)告警或無線SIM卡的方式傳送基本的告警信息，以減少占用衛(wèi)星傳輸資源。

當(dāng)市電出現(xiàn)故障時(shí)，備用固定油機(jī)組自檢后完成自啟動(dòng)功能，并將燃油位、輸出電壓、電流等主要信號(hào)通過監(jiān)控系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心或維護(hù)人員手機(jī)。

5 其 它

超級(jí)基站的設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，還要考慮以下的幾個(gè)因素：

（1）超級(jí)基站設(shè)置獨(dú)立的油機(jī)房。

（2）由于站點(diǎn)建設(shè)在人口相對(duì)集中位置，油機(jī)房設(shè)計(jì)考慮降噪處理，應(yīng)滿足《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)GB12349—93》城市二類的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

（3）設(shè)備選購低功耗、節(jié)能型，并具備有節(jié)能軟件控制功能的設(shè)備，使基站整體耗電量得到一定的下降。

（4）在條件允許下，站點(diǎn)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，在停電的情況使用通風(fēng)系統(tǒng)為機(jī)房散熱。

（5）站內(nèi)設(shè)計(jì)戶外的電力線纜考慮一定長度冗余，滿足冰凍或地震災(zāi)難造成能量的約束釋放。

（6）電源設(shè)備應(yīng)具備6～9級(jí)抗震設(shè)防，以及在不同環(huán)境要求的防水IP等級(jí)。

6 總 結(jié)

通過以上分析，“超級(jí)基站”的電源設(shè)備的配置與設(shè)計(jì)，必需充分考慮各電源系統(tǒng)設(shè)備的容量應(yīng)滿足正常和災(zāi)難兩種不同環(huán)境下通信設(shè)備的用電需求；發(fā)電機(jī)組和蓄電池的后備供電的累計(jì)時(shí)長，滿足災(zāi)難后到達(dá)現(xiàn)場的搶修時(shí)長。

根據(jù)《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》的保障要求，“通信保障”是應(yīng)急保障一個(gè)重要的組成部分，而通信基站是保證通信暢通的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。隨著社會(huì)公共應(yīng)急保障體系的建設(shè)越來越健全，“超級(jí)基站”的應(yīng)急保障能力將會(huì)發(fā)揮重要的作用。

［1］ 中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司.中國移動(dòng)應(yīng)急通信抗震型超級(jí)基站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2009.

［2］ 中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司.中國移動(dòng)應(yīng)急通信抗冰雪型超級(jí)基站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2009.

［3］ 中國政府.國家自然災(zāi)害救助應(yīng)急預(yù)案［Z］.2006.