淺析5G基站配套電源設(shè)計方案

唐連雷，王海龍

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

在5G試驗網(wǎng)中，3家運營商由于組網(wǎng)方式的差異，建設(shè)需求也各有不同。宏站單系統(tǒng)典型功耗分布在4～5.5 kW，預計后期5G設(shè)備功耗即使降至2.5 kW左右，是4G的2倍左右，故目前隨著基站功耗的大幅增加對基站電源配套設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

1 面臨挑戰(zhàn)

1.1 挑戰(zhàn)一：外市電不足

單運營商的5G系統(tǒng)（（1BBU+3AAU））外市電需求在4～5.5 kW，新增1套需增加7～10 kVA外市電容量，那么3家運營商共建時5G系統(tǒng)外市電需求在13.5 kW左右。就目前運營商5G建設(shè)情況，電信與聯(lián)通已考慮合建5G網(wǎng)絡(luò)，因此5G建設(shè)期每站點最多按新增2套5G系統(tǒng)考慮，即外市電需求為14～20 kVA，而現(xiàn)網(wǎng)大部分存量站外市電總?cè)萘繛?0～20 kVA，基站已使用6～8 kVA。

1.2 挑戰(zhàn)二：后備電源不足

單運營商的5G系統(tǒng)在考慮3 h備電情況下對鉛酸蓄電池的容量需求為500～600 Ah，對梯次蓄電池的容量需求為400～500 Ah。目前，常規(guī)存量站的蓄電池容量為300～600 Ah，多數(shù)為鉛酸蓄電池，且新舊電池不能并聯(lián)使用。

2 設(shè)計方案

2.1 外市電

外市電設(shè)計應遵循對現(xiàn)網(wǎng)影響最小、造價最省以及工期最短的原則，根據(jù)所增容量需求、現(xiàn)有外市電引入線徑、材質(zhì)及距離、站點位置峰谷電價差異等因素，結(jié)合場景和成本，靈活選擇經(jīng)濟合理的設(shè)計方案[1]。當判斷有擴容需求時，再考慮在系統(tǒng)功耗峰值時，限制蓄電池充電功耗甚至將蓄電池充電功耗設(shè)置為0，重新核算外市電容量需求，最終判斷外市電是否有擴容需求。當存量站外市電需求缺口較大時，可通過增容和新引入市電的設(shè)計改造外市電。同時，為規(guī)避和減少對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響，可以優(yōu)先考慮新增一路外市電的設(shè)計方案來滿足5G配電需求。對外市電需求缺口較?。ㄒ圆怀? kW需求為宜）、市電引入成本高以及引電周期長的站點，可以通過市電削峰方案滿足外市電需求，降低改造成本，縮短5G建設(shè)周期。

2.2 交流配電箱

單運營商的5G系統(tǒng)交流負荷需求為10 A左右，交流配電箱的容量和空開大小需滿足新增5G系統(tǒng)的使用要求，存量站不滿足此條件的更換。容量滿足而輸出空開大小不足的站點需更換空開，若容量不能滿足，則視作整體不滿足需求，需更換或單獨新增一套交流配電箱，容量為380 V/100 A或380 V/63 A。

2.3 組合開關(guān)電源

單運營商的5G系統(tǒng)直流負荷需求為150 A左右（含充電電流）[2]。存量站點組合開關(guān)電源設(shè)計需優(yōu)先考慮擴容，結(jié)合所有設(shè)備負荷和蓄電池充電電流，判斷現(xiàn)有組合開關(guān)電源是否需擴容。若需擴容，可考慮如下設(shè)計方案：依據(jù)整流模塊“N+1”配置原則對其進行擴容，擴容模塊必須與原有模塊型號完全一致；若組合開關(guān)電源滿架容量較小亦無法擴容時，則考慮替換或新增組合開關(guān)電源；若原有電源整流模塊停產(chǎn)無法擴容時，則考慮替換或新增組合開關(guān)電源。

2.4 蓄電池組

若原有蓄電池不能滿足需求時，可考慮如下設(shè)計方案：當機房空間充足且原有電池為梯次電池時，直接新增梯次電池擴容；當機房空間充足且原有電池為非梯次電池時，利用電池合路器新增梯次電池合路來擴容，或考慮后期需求直接整體替換為梯次電池；當機房空間不足或承重受限時，可考慮替換為高容量的梯次電池。

2.5 機房空調(diào)

單運營商的5G系統(tǒng)機房內(nèi)設(shè)備的制冷量需求為1.5 kW[3]。在選取機房空調(diào)設(shè)計方案時，首先根據(jù)設(shè)備功耗和機房面積計算空調(diào)總制冷量需求，然后根據(jù)制冷量總需求初步確定空調(diào)配置的多種設(shè)計方案，最后結(jié)合原有空調(diào)選取合理的設(shè)計方案。當原有空調(diào)制冷量不滿足需求時，考慮新增空調(diào)或替換為大容量空調(diào)。需注意，當原有空調(diào)已使用超過10年，需直接替換。

3 案 例

某多運營商共享基站，現(xiàn)有建設(shè)方式為板房和地面四角鐵塔，機房面積20 m2。原有多家系統(tǒng)，現(xiàn)需新增2套5G系統(tǒng)，增加設(shè)備為2個CU/DU和6個AAU。新增功耗約9 kW，外市電引入容量為25 kW。外市電引入線為銅纜，線徑為4 mm×16 mm。交流引入開關(guān)為100 A，組合開關(guān)電源為滿配600 A、現(xiàn)配200 A。蓄電池組為鉛酸蓄電池2組，容量為400 Ah/組。無線設(shè)備后備時間要求2 h，傳輸設(shè)備直流功耗約0.5 kW，傳輸設(shè)備后備時間要求10 h?，F(xiàn)有1臺總制冷量為12.5 kW的5P機房空調(diào)，現(xiàn)有負荷28 A，照明功耗約400 W，其他耗電約200 W。下面介紹設(shè)計新建2套5G系統(tǒng)對原站點機房配套電源的需求方案。

3.1 鉛酸蓄電池組容量需求

一般計算計算蓄電池容量的公式為：

計算可得蓄電池組容量需求為：

根據(jù)式（1）可推導出需要配置容量600 Ah的鉛酸蓄電池2組，原有2組400 Ah蓄電池組不滿足需求，需替換。

3.2 組合開關(guān)電源容量需求

組合開關(guān)電源的總?cè)萘坎恍∮冢?8+9 000÷48+2×600÷10）÷0.9=373 A，而現(xiàn)配容量為200 A，因此組合開關(guān)電源需考慮擴容。整流模塊為50 A/塊，原有4塊，共需8塊，需擴容4塊，再考慮N+1備份方式，需擴容數(shù)量為5塊。

3.3 空調(diào)配置需求

制冷量需求為（9 000+28×48）÷0.9+20×150=14.493 kW，對應空調(diào)需求為3臺2P空調(diào)或2臺3P空調(diào)，亦可考慮1臺5P空調(diào)+1臺2P空調(diào)方案。原有1臺5P空調(diào)，總制冷量為12.5 kW，不滿足需求?？紤]到最小的改動，需新增1臺2P空調(diào)。

3.4 外市電引入容量需求

市電引入容量為（9 000+28×48+120×56）÷0.9+3 675+1 470+400+200=24.705 kW，其中5P空調(diào)功耗為3 675 W，2P空調(diào)功耗為1 470 W?，F(xiàn)外市電引入容量為25 kW，滿足需求。

基站輸入電流為24.705×1 000÷0.8÷380÷1.732=46.92 A。材質(zhì)為銅纜線徑為4 mm×16 mm的載流量為62 A，可以滿足需求。

3.5 交流配電箱空開大小需求

基站輸入開關(guān)為46.92×1.25=58.65 A，而原有交流引入開關(guān)大小為100 A，可以滿足需求。

綜上，該基站的配套電源的設(shè)計方案為：擴容同型號的整流模塊5塊，拆除原2組400 Ah鉛酸蓄電池組，新增2組600 Ah鉛酸蓄電池組，新增2P空調(diào)1臺。

4 結(jié) 論

綜上分析，結(jié)合各家運營商的5G基站配套需求，分別梳理了對現(xiàn)網(wǎng)存量站外市電引入、交流配電箱、組合開關(guān)電源、蓄電池組及空調(diào)的不同設(shè)計方案，為后續(xù)各家運營商5G建站提供參考。