電聯競合對地鐵民用通信供電方案的影響研究

王浩　李云鵬　李斯博

【摘要】? ? 隨著“十四五”新基建建設規劃的發布，大力發展數字經濟，拓展5G應用，加快工業互聯網等建設成為重點。地鐵作為民生工程，5G網絡的覆蓋更是讓乘客感受時代的進步。伴隨5G的高速發展，5G設備帶來的高能源損耗也逐漸日益明顯，電信、聯通通過共建共享，在5G網絡上共建一張網絡，同時通過在5G網絡的共建延伸到3G/4G網絡的共建，探索出了節能、高效的新建設思路。本文通過對電聯競合前后地鐵民用通信供電方案的對比分析，介紹了電聯競合對供電系統的影響，為后續地鐵線路是否采用電聯競合提供了參考依據。

【關鍵字】? ? 電聯競合? ? 地鐵? ? 民用通信? ? 供電方案

引言：

2019年6月6日，工信部正式向三家運營商發放了5G牌照，因為5G網絡設備的高能耗等問題，電信、聯通在9月9日簽署了《5G網絡共建共享框架合作協議書》，正式決定在全國范圍內共同合建一張5G網絡，隨后電信、聯通秉持共建共享效益最大化，對于1800M、2100M頻段也提出了競合需求。隨著電信、聯通在3G/4G/5G全網絡的競合，利于雙方的可持續合作[1]。對于目前的地鐵民用通信建設，當電聯競合后，對于供電需求將造成較大的影響，本文通過基于單車站及隧道區間進行競合前后的方案對比分析，對電聯競合后對供電方案的影響進行研究。

一、電聯競合后功耗對比分析

在電聯競合前，地鐵民用通信設計需按照三家運營商提出的覆蓋的需求進行設計，其中移動提出2G/3G/4G/5G共5個制式的需求，電信提出2G/3G/4G/5G共4個制式的需求，聯通提出2G/3G/4G/5G共5個制式的需求，共計14個不同制式的需求。不同的制式對應不同的設備，較多的制式需求意味著需安裝的設備較多，對地鐵民用通信的供電能力也提出了更高的要求。

電聯競合后，移動的制式需求不變，仍然是2G/3G/4G/5G共5個制式需求，但是電信、聯通不再提出2G的需求，同時3G/4G/5G均采用競合的方式，由競合前共計9個制式的需求降低為競合后3個制式的需求。制式的減少，同樣減少了設備數量，降低了用電需求。詳細的功耗對比如表1所示。

根據上表運營商設備功耗競合前后對比，可明顯看出，隨著電信、聯通的競合，無論無源分布還是有源分布，都因為制式的減少，減少了需安裝的設備數量，電源需滿足的功耗負荷也明顯降低，對于地鐵民用通信供電系統利于降低配置，擇優選擇電纜，在滿足建設需求的同時可大幅度降低投資。

二、電聯競合后供電方案對比分析

本文選取一個車站及該車站所覆蓋的隧道區間對電聯競合前后的供電方案進行對比分析。其中車站部分考慮對站廳臺公共區、設備區及出入口進行民用通信覆蓋，隧道區間按左右線四個設備點區域進行民用通信覆蓋[4]。根據競合前后不同的無線覆蓋方案，結合需安裝的運營商設備，對競合前后的供電方案進行對比分析，其中對比分析可分為競合前后直流供電方案對比分析及交流供電方案對比分析。

（一）直流供電方案對比分析

地鐵直流供電系統，通過機房內組合式開關電源，向機房內直流配電屏供電，運營商綜合柜連接至直流配電屏，滿足綜合柜內運營商BBU設備的供電，同時運營商RRU統一由直流配電屏供電[3]。機房內的傳輸設備直接由組合式開關電源供電。機房內的所有設備均需設計后備電源，運營商的主設備按一次下電備電設計，機房內傳輸設備按兩次下電備電設計。隧道內設備點交流配電箱及機房內UPS供電。隧道內設備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源。直流供電系統如圖1所示。

電聯競合前，在滿足站廳臺及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動需配置無源分布直流BBU共計5臺、直流RRU共計5臺，有源分布直流BBU共計2臺，功耗合7310W;電信需配置無源分布直流BBU共計4臺、直流RRU共計4臺，有源分布直流BBU共計1臺，功耗合計3215W;聯通需配置無源分布直流BBU共計5臺、直流RRU共計4臺，有源分布直流BBU共計1臺，功耗合計4850，運營商設備直流負荷合計15375W。機房內由鐵塔共建一套傳輸設備、一套動環系統，功耗合計650W。該車站直流負荷合計16025W。根據直流負荷，通過計算在不考慮整流模塊N+1配置下，機房內組合式開關電源需配置-48V/600A機架，配置9個整流模塊。根據地鐵民用通信機房采用雙路一級市電供電，機房內后備電源時長按0.5小時設計，根據國標GB 51194-2016《通信電源設備安裝工程設計規范》蓄電池組備電要求，配置后備電池組可采用2組300Ah閥控鉛酸蓄電池組。

電聯競合后，在滿足站廳臺及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動需配置無源分布直流BBU共計5臺，直流RRU共計5臺，有源分布直流BBU共計2臺，功耗合7310W;電聯需配置無源分布直流BBU共計3臺、直流RRU共計3臺，有源分布直流BBU共計1臺，功耗合計2785W;聯通不再單獨接入設備，運營商設備直流負荷合計10095W。機房內由鐵塔共建一套傳輸設備、一套動環系統，功耗合計650W。該車站直流負荷合計10745W，較競合前降低了32.95%。根據直流負荷，通過計算在不考慮整流模塊N+1配置下，機房內組合式開關電源需配置-48V/600A機架，配置7個整流模塊。根據地鐵民用通信機房采用雙路一級市電供電，機房內后備電源時長按0.5小時設計，配置后備電池組可采用2組200Ah閥控鉛酸蓄電池組。

通過對競合前后直流供電系統方案分析，雖然方案模式沒有區別，但是因為競合后運營商設備大幅度減少，運營商負荷降低，對應的機房內直流供電設備配置降低，在同樣滿足民用通信覆蓋的情況下，可大幅度降低建設投資，同時降低能耗。

（二）交流供電方案對比分析

地鐵交流供電系統，通過機房內總交流配電屏，向隧道內設備點交流配電箱及機房內UPS供電[3]。隧道內運營商設備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺運營商皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源設計。交流供電系統圖如圖2所示。

電聯競合前，隧道內通過漏纜及RRU進行覆蓋，根據運營商需求，每個設備點移動需安裝5臺RRU、聯通需安裝5臺RRU、電信需安裝4臺RRU[2]，功耗合計6405W。站廳臺部分通過皮基站進行覆蓋，根據測算，三家運營商各需8套RHUB+PRRU進行覆蓋，功耗合計24kW。根據皮基站設備功耗，需配置40kVA UPS，根據國標GB 51194-2016《通信電源設備安裝工程設計規范》蓄電池組計算要求，后備電池需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區域根據設備點設備功耗，需配置380V/40A交流配電箱。電力電纜對于遠端供電尤為重要，從設備點到機房架設按500米計算，根據行標YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統總技術要求》關于壓降損耗不低于15%測算，電力電纜需采用WDZBN-RYY23-1kV 4*10mm2。根據直流供電方案設備功耗、交流供電方案設備功耗合計，可以計算出總的交流配電屏需選用不小于380V/200A配置。

電聯競合后，電信、聯通設備進行競合，隧道內覆蓋方式不變，但運營商設備每個設備點移動仍是5臺RRU，電聯需安裝3臺RRU，功耗合計3835W。站廳臺部分之前每家都需建設一套皮基站，通過電聯競合后，每家運營商仍需8套RHUB+PRRU進行覆蓋，但僅需要建設兩套，功耗合計16kW。根據皮基站功耗，僅需配置30kVA UPS，根據國標測算，后備電池仍需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區域根據設備點設備功耗，僅需配置一臺380V/32A交流配電箱。按相同路徑供電電纜，根據行標YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統總技術要求》關于壓降損耗不低于15%測算，僅需配置WDZBN-RYY23-1kV 4*6mm2電力電纜滿足壓降損耗需求。根據競合后的交直流總功耗，可以計算出總的交流配電屏需選用不小于380V/160A配置。

通過對電聯競合前后，交流供電方案的對比，整個交流供電系統沒有變化，但是因為運營商競合，造成設備減少，對于隧道內交流供電設備、電力電纜的配置可有效降低，節省投資。

結合對交直流供電方案競合前后的對比分析，在整個交直流供電系統的模式上沒有變化，但是因為競合后的設備大幅度減少，整體功耗降低，可有效減少地鐵機房及隧道內的空間占用，同時對于交直流設備的選型、電力電纜的線徑選擇都有所降低，整個電源方案的投資下降，對整個工程的造價有很大影響。

三、電聯競合后供電方案造價對比分析

根據本文競合前后交直流供電方案的對比分析可知，競合后的設備選型、電力電纜選型等相關設備均大幅度降低，相關主要設備及電纜的型號如表2所示：

根據所選設備的型號，對相關廠家進行詢價，競合前后方案選用相同廠家不同型號設備的報價測算。競合前后的供電方案預算對比如表3所示：

根據預算測算，競合前后的主要是相關設備、電力電纜型號的降配產生的投資降低，本文所討論的單站測算，可有效降低供電投資9.59%。由此可知在5G網絡大規模發展的現在，電聯競合不但有效節約地鐵空間資源，降低能耗，同時可有效地降低建設成本。

四、結束語

目前5G網絡已經大范圍覆蓋，5G網絡設備帶來的能源損耗愈發明顯，對于地鐵場景，軌道公司多次提出隧道民用通信設備點設備過多，安全隱患較大等問題。本文通過對電聯競合前后的供電方案對比分析、造價對比分析，介紹了電聯競合對于供電方案及建設成本的影響。進一步說明了電聯競合對于地鐵民用通信建設的影響有積極作用，不但對空間位置進行了節省，降低了設備總功耗，同時降低了建設成本。為其他地鐵線路是否采用電聯競合方案提供了參考依據。

作者單位：王浩? ? 李云鵬? ? 李斯博? ? 廣東省電信規劃設計院有限公司

參? 考? 文? 獻

[1] 韓建芳，姚利民.地鐵中民用通信系統供電方式探討[J].通信電源技術，2020，37（10）：246-251.

[2] 隋智君，楊振華，王偉，等.創新室內電聯競合載波擴容研究[J].電信技術，2019（03）：34-39.

[3]信勁松，霍勵，李云鵬，等.地鐵民用通信機房解決5G基站電源方案研究[J].數字技術與應用，2019，37（07）：24+26.

[4]李斯博，畢猛，李云鵬.地鐵新建線路民用通信5G建設思路探討[J].信息通信，2020（12）：211-213.