“超級基站”電源配置與設計的探討

陳文環，倪奇文，鄭發秀

（中國移動通信集團浙江有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）

隨著地球氣侯環境日益惡化，在我國的國土區域內，南方沿海地區惡劣氣侯表現為超強臺風、洪澇；北方地區主要有冰雪、洪澇等；在西南地區有地震等不可抗拒的自然災害。通信基站能否在各種惡劣的環境下抵抗不必要的破壞，維持通信功能不中斷，這對基站建設是一個嚴竣的考驗。“超級基站”能夠做到地震震不倒、洪水淹不著、臺風吹不垮、冰雪凍不壞，超級基站的通信電源配置和設計是一個重要的保證環節。

所謂的“超級基站”是相對于傳統普通基站而言，在面臨各種自然災難時，能夠保障站點覆蓋下區域的通信暢通運行。其主要在以下三個方面進行改造：一是普通基站都是采用光纖路由，而它采用光纖與衛星的雙路由傳輸，當地面傳輸因地震、臺風等自然重大災害而中斷時，可以自動切換到衛星傳輸，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油機系統，當市電中斷時，自啟動油機可以正常供電；三是基站房屋的建筑標準將比當地設防烈度提高一度，設備安裝標準也進行了科學調整，最大限度地減少了因地震、臺風等其他重大自然災害給基站帶來的毀損風險。超級基站一般采用自建框架結構的機房，選擇布置在區縣的行政中心、人口相對集中的附近；有可靠的電源保障，在靠近供電公司或政府大樓的地點，提高供電可靠性，以及在應急情況下滿足通信用戶接入。

1 超級基站的用電量分析

超級基站在未遇到自然災害時，與傳統的通信基站一樣作為一個通信節點。基站內主要有基站收發設備BTS（包括3G Node B設備）、傳輸設備、開關電源、蓄電池組、備用發電機組、空調以及衛星通信等設備。

正常情況：超級基站在無災害時，作為一般的傳統基站進行通信。2G的BTS及3G的Node B按單機架滿配的載頻考慮；市電引入、備用發電機組及電源設備的容量應滿足基站內所有設備的用電，具體用電情況如表1。

表1 正常情況站點功耗估算

災難情況：超級基站在遇到自然災害時，通過遠程或本地切換技術，保證站點基本的通信能力，災難情況站點功耗估算如表2。在碰到災難時，根據后備油機的情況，可分成兩種情況：

①固定油機或應急油機能正常保障供電時，站點按正常情況通信能力使用。

②固定油機或應急油機因故障無法供電時，根據災難應急保障等級，設備采取遠程或本地關閉技術等手段，降低站點設備總耗電量，延長蓄電池組的供電后備時間，以滿足搶修人員有足夠時間到站點進行搶修，保證網絡通信暢通。

表2 災難情況站點功耗估算

通過上面分析，超級基站在正常時，通信設備的總功耗將達到6 850 W；在遇到自然災難時，較為極端差的供電環境，為了保證基本通信功能，通信設備總功耗控制在650 W左右。

2 超級基站的供配電系統組成

超級基站的供配電系統設備與傳統基站的配置一樣，一般戶外市電引入，專用變壓器；戶內主要設備有備用固定油機，浪涌保護箱（SPD），市電/油機轉換箱、交流配電箱（屏）、－48 V高頻組合開關電源（含交流配電單元、高頻開關整流模塊、監控模塊、直流配電單元）和48 V蓄電池組組成。其示意圖如圖1。

圖1 超級基站電源系統組成示意圖

說明：市電/油機轉換箱與交流配電箱（屏）可以做成一面柜子，安裝于機房內部。

3 設備選擇配置

（1）蓄電池組與直流系統

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

直流系統容量配置考慮正常情況下，直流負載浮充功率和蓄電池組充電功率。通過上面分析，負載功率約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，直流系統所需的負荷容量合計為380.7 A。一般基站直流系統的整流模塊為50 A/只（或80 A/只），考慮到模塊的備用，超級基站的直流系統模塊配置數量為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。

（2）變壓器和固定油機容量選擇

變壓器和固定油機的容量考慮在正常情況下設備耗電量，具體設備如表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；固定油機在考慮最佳工作狀態，保證功耗約25 kW（按0.8系數考慮）。

（3）應急供電

超級基站在建設期，預留應急油機搶修的工作空間，并在合適的位置上安裝應急接口（采用快速的航空插頭），滿足應急快速搶修的需求。

（4）小結

根據本小節的分析，按常用電源設備容量進行選擇，主要設備容量為：變壓器約30 kVA；油機約25 kW；直流系統容量為48 V/600 A；后備蓄電池組為2組1 000 Ah。

4 供電智能化

目前基站的動力環境監控系統信號傳送主要采用了干節點告警、純2M或IP組網三種方式。超級基站電源設備采用了無人值守的方式運行，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；在碰到自然災難，有線光纜傳輸中斷切換為衛星無線傳送的情況下，采用干節點告警或無線SIM卡的方式傳送基本的告警信息，以減少占用衛星傳輸資源。

當市電出現故障時，備用固定油機組自檢后完成自啟動功能，并將燃油位、輸出電壓、電流等主要信號通過監控系統傳送到監控中心或維護人員手機。

5 其 它

超級基站的設計建設過程中，還要考慮以下的幾個因素：

（1）超級基站設置獨立的油機房。

（2）由于站點建設在人口相對集中位置，油機房設計考慮降噪處理，應滿足《工業企業廠界噪聲標準GB12349—93》城市二類的標準范圍之內。

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

（4）在條件允許下，站點設置通風系統，在停電的情況使用通風系統為機房散熱。

（5）站內設計戶外的電力線纜考慮一定長度冗余，滿足冰凍或地震災難造成能量的約束釋放。

（6）電源設備應具備6～9級抗震設防，以及在不同環境要求的防水IP等級。

6 總 結

通過以上分析，“超級基站”的電源設備的配置與設計，必需充分考慮各電源系統設備的容量應滿足正常和災難兩種不同環境下通信設備的用電需求；發電機組和蓄電池的后備供電的累計時長，滿足災難后到達現場的搶修時長。

根據《國家突發公共事件總體應急預案》的保障要求，“通信保障”是應急保障一個重要的組成部分，而通信基站是保證通信暢通的一個網絡節點。隨著社會公共應急保障體系的建設越來越健全，“超級基站”的應急保障能力將會發揮重要的作用。

［1］ 中國移動通信集團公司.中國移動應急通信抗震型超級基站建設標準［S］.2009.

［2］ 中國移動通信集團公司.中國移動應急通信抗冰雪型超級基站建設標準［S］.2009.

［3］ 中國政府.國家自然災害救助應急預案［Z］.2006.