開關(guān)電源低成本改造方案

張法進(jìn)

（安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001）

0 引 言

當(dāng)前已進(jìn)入5G商用部署期，作為移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)的主體，中國(guó)鐵塔股份有限公司承擔(dān)了5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重任，全量承接5G基站建設(shè)需求。5G建設(shè)需要巨大的投資，如何盡可能降低5G建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本成為擺在行業(yè)面前的重要課題。開關(guān)電源改造作為配套改造中重要的一環(huán)，其方案制定對(duì)于整體造價(jià)有著重要影響[1]。在不新增開關(guān)電源的前提下對(duì)存量開關(guān)電源的擴(kuò)容改造問題進(jìn)行探討，針對(duì)幾種特定情況的開關(guān)電源研究相應(yīng)的低成本改造方案。

1 開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源系統(tǒng)一般指在一個(gè)機(jī)架（箱）或多個(gè)機(jī)架中，由交流配電單元、整流模塊、直流配電單元以及監(jiān)控單元組成的電源系統(tǒng)。結(jié)合開關(guān)電源的基本情況，為了提升開關(guān)單元的服務(wù)能力，需要注意對(duì)開關(guān)電源的合理分析，使其在工作中發(fā)揮相應(yīng)的功能和作用。開關(guān)電源主要包括主電路、檢測(cè)電路、控制電路以及輔助電源等。

主電路主要實(shí)現(xiàn)沖擊電流限幅、輸入濾波、整流與濾波、功率轉(zhuǎn)換以及整流濾波等作用。

檢測(cè)電路主要負(fù)責(zé)采集分析數(shù)據(jù)，提供開關(guān)電源運(yùn)行中的各種參數(shù)和儀表數(shù)據(jù)[2]。控制電路一方面從輸出端進(jìn)行取樣，將其與定值進(jìn)行比較分析，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)逆變器進(jìn)行控制，促使脈寬和脈頻都在合理的范圍內(nèi)，確保輸出穩(wěn)定；另一方面根據(jù)測(cè)試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，對(duì)整機(jī)采取各種保護(hù)措施。輔助電源能夠遠(yuǎn)程操作軟件，為控制電路和保護(hù)電路提供持續(xù)的電力供應(yīng)。

2 存量開關(guān)電源的低成本改造方案

2.1 利用冗余整流模塊擴(kuò)容

5G開關(guān)電源改造時(shí)會(huì)遇到少數(shù)站點(diǎn)開關(guān)電源型號(hào)老舊、使用的整流模塊停產(chǎn)等情況，此時(shí)若選擇替換或新增開關(guān)電源，則方案造價(jià)較高。此類站點(diǎn)均為鐵塔成立時(shí)運(yùn)營(yíng)商資源注入站點(diǎn)，而運(yùn)營(yíng)商建設(shè)基站時(shí)開關(guān)電源多按照“N+1”冗余容量配置，隨著蓄電池性能下降，浮充電流早已低于電池滿容量時(shí)的理論值。通過查找使用同型號(hào)整流模塊的站點(diǎn)，重新計(jì)算開關(guān)電源的容量，然后拆除冗余模塊，利舊到5G改造站點(diǎn)上來，從而大大降低開關(guān)電源改造成本。

結(jié)合冗余整流模塊的基本情況，整流模塊的需求量計(jì)算公式為

以安徽省馬鞍山市某勞保樓基站為例，拆除冗余模塊利舊到5G站址。現(xiàn)網(wǎng)安裝機(jī)架容量為300 A的開關(guān)電源設(shè)備，配置5個(gè)50 A整流模塊，模塊已停產(chǎn)，配置2組500 Ah鉛酸蓄電池共1 000 Ah（核容容量為800 Ah），存量負(fù)載電流66 A。利舊冗余整流模塊擴(kuò)容前、后效果如圖1所示。

圖1 利舊冗余整流模塊擴(kuò)容

測(cè)算整流模塊需求數(shù)量，即（66 A+800 Ah/10 h）/50 A≈3，按照整流模塊“N+1”配置原則，勞保樓基站配置4個(gè)模塊即可滿足需求。本次拆除1個(gè)50 A整流模塊，利舊到5G需求站點(diǎn)。效益分析如表1所示。

表1 存量開關(guān)電源拆除冗余模塊利舊到5G站址的效益分析

2.2 開關(guān)電源插框改造

對(duì)于存量開關(guān)電源為組合式開關(guān)電源且無法繼續(xù)擴(kuò)容滿足新增需求的場(chǎng)景，可以通過插框改造的技術(shù)方案充分利舊存量開關(guān)電源配電、防雷等相關(guān)部件，利舊線纜布放，簡(jiǎn)化施工，降低改造成本并滿足實(shí)際需要。對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行插框改造前，需要明確具體改造作業(yè)的開關(guān)電源需求容量，計(jì)算公式為

以安徽省馬鞍山市第八中學(xué)某基站為例，采用插框改造方案。存量直流電流為144 A，開關(guān)電源總?cè)萘繛?00 A，配置4個(gè)50 A模塊，2組500 Ah鉛酸電池共1 000 Ah（核容容量為800 Ah）。插框改造后前、后的效果如圖2所示。

圖2 開關(guān)電源插框改造

本次新增5G設(shè)備一套（最大功耗為3 500 W），經(jīng)核算存量蓄電池滿足整站3 h備電需求，存量開關(guān)電源整流模塊容量不滿足整站需求，但由于同型號(hào)整流模塊（ZXD2400）已停產(chǎn)，且無備品備件，應(yīng)用插框改造方案來滿足客戶需求[3-5]。

測(cè)算開關(guān)電源所需容量，即144 A+3 500 W/48 V+800 Ah/10 h=297 A，高于現(xiàn)有開關(guān)電源模塊容量200 A。插框改造效益分析如表2所示。

表2 插框改造效益分析

2.3 開關(guān)電源單相改三相

5G改造中存在部分室外機(jī)柜站點(diǎn)開關(guān)電源原為單相電接入，但外市電需要更改為三相電，導(dǎo)致原單相電開關(guān)電源無法使用，若替換開關(guān)電源則成本過高。為降低改造成本可保持原整流模塊、直流配電單元和監(jiān)控單元不變，只更改交流配電單元，從而使之滿足三相電接入。

以安徽省馬鞍山市丹陽鎮(zhèn)某政府基站為例，對(duì)開關(guān)電源單相改三相方案進(jìn)行分析。存量直流電流為50 A，開關(guān)電源總?cè)萘繛?00 A，配置4個(gè)50 A模塊，4組200 Ah鉛酸電池共800 Ah（核容容量為750 Ah），外市電接入原為220 V，本次改造為380 V。開關(guān)電源單相改三相前、后效果如圖3所示。

圖3 開關(guān)電源單相改三相

經(jīng)核算存量蓄電池滿足整站3 h備電需求，開關(guān)電源容量滿足本次新增5G需求，但不滿足三相電接入需求。測(cè)算開關(guān)電源所需容量，50 A+3 500 W/48 V+750 Ah/10 h=198 A，低于現(xiàn)有開關(guān)電源模塊容量200 A。本次將原開關(guān)電源單相斷路器改為三相斷路器，使之能夠接入三相電。單相改三相方案的效益分析如表3所示。

表3 單項(xiàng)改三相的效益分析

3 結(jié) 論

鐵塔公司存量站點(diǎn)的開關(guān)電源種類多樣，存在模塊已停產(chǎn)、容量不足、單相電接入等問題的開關(guān)電源較多，在5G開關(guān)電源改造時(shí)，針對(duì)特定情況制定特定的改造方案可以有效降低建設(shè)成本，同時(shí)避免資源浪費(fèi)，符合通信行業(yè)降本增效的大趨勢(shì)。在此趨勢(shì)下，電源廠家也不斷推陳出新，陸續(xù)研發(fā)了新的低成本開關(guān)電源產(chǎn)品，推動(dòng)開關(guān)電源的低成本改造。