遠程光通信設(shè)備的供電方案探討

項磊

（華信郵電咨詢設(shè)計研究院有限公司 杭州 310014）

1 前言

近年來國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定增長，有力推動了國家通信行業(yè)和技術(shù)的快速發(fā)展和更新，其中各類光通信設(shè)備在通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用數(shù)量和范圍也迅速增加。如何有效解決各類光通信及小容量設(shè)備的供電問題，同時增強網(wǎng)絡(luò)的靈活性和安全性，這是相關(guān)通信運營商和使用者非常關(guān)注的重要問題。

2 遠程光設(shè)備供電方案的提出

目前已經(jīng)廣泛使用的PDH，SPDH，SDH光端機及接入設(shè)備在通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著非常重要的作用，同時我們又發(fā)現(xiàn)目前各大運營商具備的光傳送網(wǎng)絡(luò)通常不具備銅纜資源。

為了科學(xué)、有效地滿足遠程小容量光設(shè)備的可靠供電需要，我們認為可以在新建光交換網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備時，通過同步埋設(shè)光銅復(fù)合光纜，采用含多根0.6～2mm直徑的銅導(dǎo)光纖可以完成信號傳遞和電力供應(yīng)的雙重任務(wù)。

3 遠程通信設(shè)備小容量供電的可行性分析

例如常用的光交換箱供電問題，就屬于“遠程通信設(shè)備小容量供電”方式中的一類，它是指從電源供給端通過較長距離導(dǎo)線向遠端通信設(shè)備直接供電的一種供電方式。對于電源供給端而言，通常要求能提供穩(wěn)定的電壓和足夠的供電容量；遠端設(shè)備通常具有較低的工作電壓和較小的用電負荷等特點；再者就是連接供電端與遠端設(shè)備的供電線路與通常的電力電纜傳輸存在明顯的區(qū)別，目前工程中對于遠程光通信設(shè)備的供電線路通常是采用同光纜攜帶多芯銅導(dǎo)線的復(fù)合光纜進行傳輸。

3.1 供電方式

常用的低壓供電線路采用交流220V/380V供電。采用這種供電方式，具有相關(guān)的供電設(shè)備技術(shù)成熟、與用電設(shè)備輸入電壓要求匹配、線路簡單、供電距離較遠等優(yōu)點，但是在對遠程小容量光電設(shè)備而言，直流供電模式比交流供電更加具備一些明顯的優(yōu)勢，例如同規(guī)格電纜傳輸電源時，直流電纜的傳輸容量更大；線路傳輸損耗較小；小容量傳輸時的電纜造價成本低廉；不易老化、更長的使用壽命等。

（1）由于直流電壓的電壓基本恒定，不會產(chǎn)生交變的電磁場，相同的電纜絕緣層耐受的直流電壓可以比交流電壓高約3倍左右。因此，同樣絕緣厚度和導(dǎo)線線徑的電纜傳輸直流電壓的容量比傳輸交流電源要大的多，即直流電壓傳輸?shù)木€路成本更低；

（2）在采用交流電源傳輸時，由于電路中既有電阻，也有電感和電容的存在，會產(chǎn)生電阻損耗以外，同時產(chǎn)生非線性阻抗損耗。特別是在較長距離傳輸時，會產(chǎn)生較大的傳輸損耗衰減，導(dǎo)致傳輸損耗增加和有效傳輸距離的減少。對于直流電源而言，因為線路中僅存在電阻性阻抗，線路中的損耗更小些，同樣電壓等級時，可以傳送更遠的有效供電距離。

此外，直流供電回路可以采用大地作為接地回路，節(jié)省線路長度及投資，提高供電線路的可靠性，因此采用直流供電線路是符合遠程光電設(shè)備的用電需要。

3.2 輸電電壓

目前我們通常可以獲得的是48V或者220V直流電壓。其中，48V直流電壓的優(yōu)點是更容易獲取（各類通信機房和基站均配置有48V電源），并且該類電源工作可靠性高，容量較大，缺點是由于電壓值較低，如果傳輸電流較大，容易造成傳輸電壓降的增大，導(dǎo)致遠端電壓的降低，可能不能保證某些光電設(shè)備的正常工作。采用220V直流電源供電的優(yōu)點是因為電壓等級較高，在做遠端設(shè)備供電時，可以允許較大的線路損耗導(dǎo)致的電壓損失，，比較容易實現(xiàn)較遠距離的設(shè)備供電，其缺點是該電壓通常需要專用的AC/DC,或者DC/DC設(shè)備進行整流或者升壓，這樣將增加工程建設(shè)投資，并且可能會因為該類型設(shè)備工作的可靠性問題，導(dǎo)致整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。

從理論分析我們知道，直流傳輸線路的傳輸電壓越高，相同線路的傳輸損耗越小。但是，同時也需要同時考慮線路絕緣、線路維護、人身安全以及相關(guān)設(shè)備的絕緣安全性和成本等諸多因素，輸電電壓也不宜提升的過高。

3.3 直流供電相關(guān)公式

傳輸線路電流：IL=P1/V1；

傳輸線路電壓降：VL=IL×RL；

線路電阻值：RL=L×RO=L×(p/S)

其中：P1：光電設(shè)備額定功率；

V1：光電設(shè)備額定工作電壓；

L：遠程光電設(shè)備傳輸距離；

p：銅導(dǎo)線電阻率；

S：銅導(dǎo)線橫截面面積。

由于在實際工程應(yīng)用中，光電設(shè)備的額定功率、額定工作電壓是已經(jīng)確定的，我們可以根據(jù)光電設(shè)備的安裝位置來設(shè)計和選擇供電電源的傳輸光（銅）纜的線徑規(guī)格；或者根據(jù)已有傳輸網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)的光（銅）線徑、根數(shù)等具體狀況來合理設(shè)計、布局相關(guān)光電設(shè)備的距離和地理分布。

3.4 應(yīng)用舉例

下面我們就以某移動運營商擬用的288芯光電交換設(shè)備的工程應(yīng)用為例，初步計算和分析該型設(shè)備的遠程供電狀況。

方案一：采用48V直流電源供電方式，如表1所示。

該方案采用的48V直流供電方式的電源可直接引接自附近機房或者基站的直流開關(guān)電源系統(tǒng)，并且有后備蓄電池作為斷電保護電源使用；

表1 采用48V直流電源供電方式

開關(guān)電源實際工作電源為54V,因此表1中供電電壓取值為54V;

表1中采用了單電纜供電，實際使用可采用2根電纜，供電距離將增長1倍左右，但是為確保可靠性，建議做“1+1”備份方式工作。

方案二：采用220V直流電源供電方式，如表2所示。

該方案采用的220V直流供電方式的電源引接自該設(shè)備附近機房或者基站的直流開關(guān)電源系統(tǒng)的48V電源，采用DC/DC升壓至220V后，由光（銅）復(fù)合電纜進行遠程供電；

表2中采用了單電纜供電，實際使用可采用2根或者多根電纜，供電距離將相應(yīng)增長左右，但是為確保可靠性，建議做“1+1”備份方式工作。

3.5 方案比較

通過表1與表2的相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以得出以下初步結(jié)論：

（1）采用不同銅纜線徑的傳輸導(dǎo)體，在供電設(shè)備以及遠端光電負載設(shè)備相同的情況下，其傳輸?shù)挠行Ь嚯x有較大的差異；

（2）在采用相同的導(dǎo)線進行電源傳輸時，如果升高供電端的輸出電壓，將明顯增加對遠端設(shè)備的供電距離；

（3）從供電端的電源可靠性分析，“方案一”的供電端設(shè)備可靠性更高，而且設(shè)備投資最少，但是由于供電電壓幅值較小，其有效供電距離比高電壓傳輸存在明顯的差距；

（4）對長遠距離的小容量設(shè)備供電，在線路條件允許的情況下，采取220V直流電源供電，可以獲得更遠的傳輸距離，滿足光電設(shè)備的用電需求。但是需要另行購置AC/DC或者DC/DC轉(zhuǎn)換設(shè)備，這樣會增加工程投資或?qū)е孪到y(tǒng)工作故障的節(jié)點，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

4 遠程小容量供電的基本使用狀況

目前工程實施中，通常需要該類供電方式的設(shè)備為光中繼器、光纖直放站、光交換箱等小容量用電設(shè)備。該類設(shè)備的特點是用電容量較小，通常在200W以下，甚至小至10～20W左右。如果單獨架設(shè)供電線路，費用高，經(jīng)濟性差，建設(shè)周期長。若用太陽能電池供電方式，則存在使用地區(qū)的局限、以及建設(shè)成本高、維護工作量大、維護成本高等不足。

因此對小容量光電設(shè)備與附近基站（機房）采用光（銅）復(fù)合電纜進行遠距離傳輸，具有建設(shè)周期短、縮減建設(shè)投資、減少運營維護量、并且遠端小容量用電設(shè)備的供電可靠性也能夠得到有效保證。

通過光（銅）復(fù)合電纜供電，主要需要考慮下述幾個問題：

必須具備或者敷設(shè)合適的光電復(fù)合電纜。該光纜內(nèi)需集成2～4根適當(dāng)線徑的銅纜；

具有適當(dāng)?shù)墓╇娫O(shè)備及相應(yīng)的告警、保護功能；工程應(yīng)用中的光、電接頭的焊接、絕緣和防水等工藝和質(zhì)量必須滿足長期安全運行的需要；

投入運營后的線路日常檢測和維修，以及線路的標(biāo)識和安全防護需同步實施。

上述問題以外，采用光電復(fù)合電纜進行通信設(shè)備小容量供電方式時，還需要關(guān)注以下的幾個方面。

4.1 光電復(fù)合電纜規(guī)格

目前國內(nèi)主要光纜生產(chǎn)制造廠家已經(jīng)能夠生產(chǎn)各類光電復(fù)合電纜。按照現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，在原有單純光纜中添加銅纜已沒有技術(shù)障礙，關(guān)鍵在于添加的銅纜數(shù)量和線徑大小的問題。

表2 采用220V直流電源供電方式

銅導(dǎo)線的配置數(shù)量與線路遠程供電的方式和供電容量大小有關(guān)。目前通常生產(chǎn)的光電復(fù)合電纜內(nèi)含2～4根銅纜，線徑一般為0.6～3.25mm。如果采用直流供電方式，需要兩根導(dǎo)線即可，也可多根并聯(lián)供電，其中可以在遠端用電設(shè)備端直接可靠接地，設(shè)備可以正常工作；如果采用交流供電模式，那么當(dāng)使用單相供電，則需要使用2根導(dǎo)線；若采用三相交流供電，則必須采用4根導(dǎo)線。所以，必須根據(jù)用電設(shè)備的負荷類型及容量大小適當(dāng)選擇光電復(fù)合電纜的規(guī)格型號。

4.2 供變電設(shè)備類型及選擇

供電設(shè)備是依據(jù)遠端小容量設(shè)備的需要進行相應(yīng)的選擇和配置。目前可以實現(xiàn)直流小容量供電的設(shè)備很多，如開關(guān)電源系統(tǒng)、DC/DC直流變換器等。由于實際工程中使用的光通信設(shè)備一般安裝在通信網(wǎng)絡(luò)的交換、傳輸?shù)裙?jié)點周圍，因此選擇附近基站（機房）的直流開關(guān)電源系統(tǒng)作為通信網(wǎng)絡(luò)遠程小容量設(shè)備的供電電源，將具有更好的安全性、經(jīng)濟性和便利性。

安全性主要體現(xiàn)為如果選擇基站直流電源系統(tǒng)，它自身具有較高的工作可靠性，直流系統(tǒng)由開關(guān)電源系統(tǒng)和后備蓄電池組共同組成，其中開關(guān)電源機架為“N+1”模塊備份方式，在交流供電中斷或者該系統(tǒng)故障后，仍然可以由后備蓄電池提供幾個小時的電源，供搶險人員及時排除故障，保持通信網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

經(jīng)濟性則指該供電方案能夠直接依靠附近基站（機房）的現(xiàn)有電源設(shè)備的富余容量，不需要另行增加整套直流供電設(shè)備，因此在建設(shè)投資、建設(shè)周期和運行維護等方面均可以節(jié)省大量費用。

盡可能選擇最近的通信基站或機房作為供電來源，這樣對今后線路維護和設(shè)備的檢修有較大的幫助和便利。

5 小結(jié)

小容量復(fù)合光電電纜的遠程供電具有較為廣泛的應(yīng)用范圍，前景廣闊。例如在移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，可以用于微蜂窩設(shè)備、光纖直放站、光交換設(shè)備等；在電信固定網(wǎng)絡(luò)中，它同樣適用于寬帶接入設(shè)備、小靈通基站和小型交換機等小容量用電設(shè)備。

通過上述的初步分析和討論，我們認為針對小容量通信設(shè)備的遠程供電需求，目前在技術(shù)上已經(jīng)成熟，采用選擇合適的傳輸媒介和適當(dāng)?shù)墓╇婋娫吹瓤茖W(xué)的手段，能夠滿足小容量設(shè)備的遠程供電需用，可以為我國通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮作用。