關(guān)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(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃，5G一期至三期規(guī)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(shè)備配置差異較大，對運營商5G建設(shè)帶來較大的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)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(shè)投資來說是一個較大的挑戰(zhàn)，因此需要嚴(yán)格篩選擴容清單，降低成本。

1.2 拖延了建設(shè)工期

每個站點的擴容工作至少包括現(xiàn)場技術(shù)勘測、設(shè)計會審、供電公司報裝、合同簽訂、物業(yè)協(xié)調(diào)、入場施工以及系統(tǒng)割接等環(huán)節(jié)，起碼需要1個月左右的時間。

1.3 電力超負(fù)荷的風(fēng)險

電力容量不足可能會引起開關(guān)跳閘、空調(diào)無法開啟以及設(shè)備運行中斷等問題，更嚴(yán)重的可能會引起電纜被燒從而導(dǎo)致火災(zāi)，給基站安全帶來較大的挑戰(zhàn)[2]。根據(jù)公司降本增效管理要求，一方面希望降低擴容成本實現(xiàn)降本，另一方面希望提高評估效率實現(xiàn)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(guān)鍵。

2 基站電力系統(tǒng)組成及用電設(shè)備

基站電力系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 基站電力系統(tǒng)組成

用電設(shè)備主要包括空調(diào)、照明設(shè)備、蓄電池以及機房通信主設(shè)備。按照機房空間大小和制冷量測算，常規(guī)配置2～4臺3P或者5P空調(diào)，采用主備結(jié)合方式，功耗約2.5～10 kW。評估功耗需要結(jié)合空調(diào)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(jié)能空調(diào)或者設(shè)置空調(diào)輪流啟動。照明部分主要是燈管和應(yīng)急燈的充電，功耗約為0.5 kW。蓄電池配置按照機房設(shè)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(shè)備主要包括無線主設(shè)備和傳輸主設(shè)備。針對外電容量不足的站點，可以通過5G反開技術(shù)或者減配低業(yè)務(wù)量的系統(tǒng)，降低設(shè)備功耗。

3 外電容量評估內(nèi)容

5G基站主要采用共址建設(shè)的方式，每個基站的建設(shè)方案和設(shè)備組成都不同，設(shè)計勘察階段需要詳細(xì)記錄機房現(xiàn)狀，統(tǒng)計已有設(shè)備和擬新增設(shè)備的功耗[3]。容量評估需要設(shè)計人員核查外電接電點容量、業(yè)主表前和表后電纜安全載流量、運營商電表及開關(guān)容量、表后電纜及開關(guān)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(zhuǎn)供電兩大類，對應(yīng)系統(tǒng)分別如圖2和圖3所示。結(jié)合直供電和轉(zhuǎn)供電的系統(tǒng)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(tǒng)圖

圖3 轉(zhuǎn)供電外電接入系統(tǒng)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(zhuǎn)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(tǒng)，轉(zhuǎn)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(fù)雜，運營商和業(yè)主共用同一個變壓器或者電表，可能會存在超過業(yè)主最大容量的情況。轉(zhuǎn)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(dá)到設(shè)定的警戒值。由于業(yè)主側(cè)容量勘測需要業(yè)主配合打開電房或者業(yè)主電表，出入可能受管制，因此這個環(huán)節(jié)經(jīng)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(dāng)前功耗加上新增設(shè)備最大功耗[6]。測算當(dāng)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(dāng)前功耗P=X×1 000/24，取數(shù)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(jiān)測一個周期電流的瞬時值，可以選取最大值作為當(dāng)前功耗。如果使用三相電，則當(dāng)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(dāng)前功耗P=220×I×cosθ。此方案測算相對準(zhǔn)確，接近實際用電模型。三是功率累計法，將基站所有用電設(shè)備的功耗累加起來，然后乘以同時系數(shù)，此方法測算出的功耗偏大，但安全系數(shù)偏高。

3.2 電纜載流量是否滿足外電容量

為實現(xiàn)線路安全保護，按照線路安全規(guī)范，電表和空開的限流值應(yīng)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(yuǎn)大于電纜最大載流量的情況，可能會導(dǎo)致空開無法有效保護線路，從而引發(fā)電纜被燒毀等安全隱患，因此勘察人員需核查電纜和開關(guān)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(jù)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(biāo)稱截面與70 ℃時電纜載流量對應(yīng)表如表1所示。

表1 標(biāo)稱截面與70 ℃時電纜載流量對應(yīng)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(huán)境、溫度以及使用年限等都會影響電阻值，多次維修會導(dǎo)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(shè)，屬于運營商自行維護的資產(chǎn)，因此勘察數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)查檔設(shè)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(dǎo)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(biāo)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(nèi)，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(dāng)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(tǒng)計應(yīng)當(dāng)結(jié)合實測值[10]。

4 結(jié) 論

本文通過解析基站電力系統(tǒng)組成，量化評估電力容量需求，基于業(yè)主側(cè)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(shè)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(jù)。