通信電源在運營商5G站點建設中改造案例探討

2021-06-18 02:44:16鄧云鵬

關鍵詞：交流

李星，鄧云鵬

（1中國鐵塔陜西省分公司陜西西安 710065）（2四川通信科研規劃設計有限責任公司四川成都 610000）

1 引言

5G即將進入商用階段，因此各大通信運營商已經將5G基站的改造列入重點規劃項目。在改造計劃中，通信電源是其中重要的組成部分之一。

外市電在5G基站中的作用是提供220 V/380 V交流電源，是通信基站的能源根本。5G站點的改造需要評估外市電的容量，在綜合評估機房設備總功耗、空調功耗、照明功耗、蓄電池組充電功率等所有耗電部分后，確認市電容量是否滿足5G的建設要求[1]。外市電容量的評估計算如公式（1）。

5G基站系統的整個市電容量要求一般在10 KVA左右，如果計算出市電的冗余量無法滿足5G新增功率的要求，那么需要對外市電部分進行改造，采用的方法主要有以下幾種。

（1）若變壓器的容量滿足要求，而引線線徑偏小，則需要更換更粗或者阻抗更小的電纜。

（2）若接火點是單相的，則必須將其改造為三相供電。

（3）采用配電箱引線的區域，需要改造為變壓器引線供電。

（4）若電纜滿足要求而變壓器容量超出負荷時，需要重新建立一路外市電，并配置交流配電箱和開關電源系統。

（5）若電纜和接火點都不滿足要求，則需要新建一路外市電和配套電源，同時使用兩套系統來對基站進行供電。

5G站點的電源改造中，外市電的改造是工作量最大的，所以在5G大規模建設的時候，城區里面的5G基站都是移動、電信、聯通三家共享的。

5G基站電源系統中交流配電箱的作用是分配交流電能，常用的規格主要有380 V/100 A和380 V/63 A兩種，分別對應最大外市電引入容量23.5 KW和37.3 KW[2]。交流配電箱的改造原則主要是對其空氣開關的最大通流量進行評估，輸入空開的電流要求如公式（2）。

其中P為外市電引入容量。

5G基站中交流配電箱的改造要遵循安全可靠、成本最低化、最簡化的原則。若交流配電箱容量滿足要求而空開容量不足的時候，只需要更換更大容量的開關即可。若評估計算結果交流配電箱容量不足時，才需要更換更大容量的交流配電箱。

空調是5G站點的電源系統中不可或缺的組成部分，主要是對機房進行降溫，保證設備的穩定運行。評估機房空調的改造方案時，需要計算出機房空調的總制冷量的需求，空調熱負荷對應的制冷量計算如公式（3）。

單位面積的制冷功率需要根據不同區域的環境而定，不是一個確切統一的數值。

5G站點的空調改造建議如下。

（1）根據計算出來的制冷量總需求來選擇最合適的空調類型和空調數量。

（2）在現有基建的條件下，充分考慮空間的限制和安裝條件的限制，再決定是新增空調還是替換空調。

通信基站中蓄電池的作用是儲存電能作為后備供電，常用的有梯次電池和鉛酸電池兩大類。

梯次電池的容量Q計算如公式（4）。

其中，K為安全系數，一般取值1.25；α為蓄電池組的溫度系數；P1為一次下電側的通信設備的實際功率；P2為二次下電側的通信設備的實際功率；T1為一次下電側的通信設備工作總時長；T2為二次下電側的通信設備工作總時長。

鉛酸電池的容量Q計算如公式（5）。

其中，K為安全系數，一般取值1.25；T為放電時長；I為總負荷電流；η為電池放電容量系數；α為蓄電池組的溫度系數；t為電池使用環境的最低溫度數值。

目前基站中配備的蓄電池組的容量在300～600 Ah，5G電源系統的要求為400～500 Ah，如果計算得出原機房蓄電池組容量不足，可以從以下方面進行改造：

（1）機房空間足夠時，可以增加蓄電池組的數量來提高容量。

（2）機房空間不足時，可以更換更大容量的蓄電池組。

（3）一般同等體積的梯次電池組的容量是鉛酸電池組的1.5～2.0倍，可以考慮將鉛酸電池組更換為梯次電池組來提升蓄電池組的容量。

5G基站電源系統中開關電源具有三大功能：整流、配電和電池管理。整流是將交流電變換為直流電；配電是合理分配電源系統的交流和直流電能；電池管理是對蓄電池組進行充電和放電的控制。開關電源模塊的數量配置原則為N+1，即N個開關電源的總容量需要大于電源系統的電流要求[3]。

現有基站中開關電源容量一般為300 A或者600 A，5G電源系統的直流負荷電流大概在150 A左右，若計算總負荷電流大于開關電源容量，可以從以下方面進行改造：

（1）若可以通過擴容滿足要求，需要使用與原開關電源模塊一致的型號來進行整流模塊的擴容。

（2）若無法新增同型號開關電源，可以考慮替換新的大容量開關電源來實現擴容。

（3）若開關電源總容量滿足要求而剩余的端子數量不足時，需要通過新增直流配電箱來解決。

以上給出了5G站點中通信電源的改造評估要點和方案，可以指導機房電源的改造。