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750V高压直流远供在铁塔基站供电系统中的创新应用

来源:《数智元》杂志 作者:铁塔股份有限公司廊坊分公司庞军张龙 陈冬雨 姜国涛 周秋晓 武亚波 更新时间:2024/6/7 7:59:17

摘要:针对通信5G建设发展和电源保障,利用750v高压直流远供方式,解决移动网覆盖、移动综合接入等分布式组网系统中电源保障难题,确保基站电源供电系统运行安全可靠,提升运营维护效率,降低基站建设投资和维护成本。

     随着通信技术5G的发展,分布式直流供电系统已成为了网络覆盖电源建设的主要解决方式,光纤拉远技术的大量应用,移动综合接入类业务的规模发展,对现有通信电源保障体系提出了新的要求,大量远端设备有后备电源配置需求,随着4G\5G远端通信设备数量更多、更分散,按传统就近安装电源基站的保障模式,存在交流引入可靠性不高、电源设备监控困难,协调安装维护及抢修难度大等诸多问题。
  
  同时由于直流48V、交流220V的拉远供电已经开始在网络建设中得到应用,但存在效率低、系统运行可靠安全性差等情况。在对通信设备供电保障中,传统的电源建设模式需要有所突破,高压直流远供取代部分交流远供已形成一种趋势。采用750V高压直流远供,解决了-48V和交流380V远供中的效率、运行可靠性及安全性等诸多问题。
  
  一、高压直流远供电源系统的优势
  
  1.改善通信服务质量,提高行业品牌优势
  
  750V高压直流远供电源以其环保、安全、寿命长,供电稳定、环境适应广等特点,因此它具有供电可靠、节省线路资源、维护方便等优点,从而为提高铁塔通信服务质量,提升行业品牌打下坚实可靠的基础。
  
  2.保证通信设备供电的连续性和安全性
  
  高压直流远供电源是直接将局端机房内稳定的-48V(交流220V/380V)经远供电源设备变换,以最大效率的方式通过电力线直接给远端铁塔基站三大运营商的通信设备供电。不受远端通信设备本地供电情况的影响,相对于对三大运营商通信设备永久性供电。有效杜绝通信设备断电的风险,最大限度增加了通信设备的工作效率。750V高压直
  
  流远供电源局端是机房内标准且稳压的-48V或(交流220V)电源,输出与市电完全隔离,与大地悬浮不构成回路,无漏电风险,供电独立性强。高压直流远供电源可永久性供电,所以不必要安装电力部门的电表,漏电保护开关,大大减少了各种铁塔基站建设投入。
  
  3.延长通信设备的使用寿命提高用电安全
  
  750V高压直流远供电源不受当地市电供电线路多样化而产生的市电电压过高、过低和频率不稳的影响;不受当地大型设备开启和关闭时而产生干扰、谐波、闪变和浪涌;杜绝当地复杂电力网络中直接雷和感应雷损坏通信设备的可能。所以高压直流远端供电网络单一,供电电压稳定,延长三大运营商通信设备使用寿命,降低设备的故障
  
  率。高压直流远供系统采用对地悬浮技术设计,输出电压与大地不构成回路,无漏电流产生,单极对人身无伤害。采用高压直流远端供电方式输电,易于维护控制,故障保护动作快,故障率低、效率高。
  
  二、高压直流远供电源系统工作原理
  
  将局端开关电源整流器输出的直流电压-48V(交流220V)为基础电源,经局端-48V(交流220V)直流配电系统的分路保险接入升压设备,升压为可调的直流电压750V,通过电缆线路传输至远端,再经降压设备使直流电压降至负载设备所需的标准输入电压(-48V)为远端通信设备供电,详见图1。
  
  1)铁塔基站所有交流受电设备的开关电源模块功能都是AC/DC。第一级将220V/380V交流直接整流后电压为DC48V直流,在通过高压直流变换设备变换为可调直流750V,第二级将直流750V再变换直流48V电压为远端通信设备提供直流电源。
  
  2)若局端铁塔基站开关电源和电池组容量满足不了高压直流用电要求时,基站交流满足高压直流容量。第一级将局端高压直流输入交流220V整流为可调直流DC750V,第二级高压直流远端设备将DC750V再变换48V电压为远端通信设备提供电源。
  
  三、高压直流远供系统组成
  
  高压直流局端、远端设备组成详见图2。
  
  1)局端设备:高压直流远供电源局端是直流远供电源系统的核心,将-48V直流隔离升压到DC750V连续可调(DC/DC),具备完整的设备保护,线路保护、监控、均流功能和冗余备份。
  
  2)局端组成结构:直流升压功率模块、控制模块、直流高压防雷模块、19英寸标准机框(含输入、输出配电)。
  
  3)传输线路:高压直流远供电源局端与远端之间使用专用“铠装铝芯电缆”或“铠装铜芯电缆”连接,完成直流高压、小电流电源的远程传输为三大运营商通信设备输电。
  
  4)远端设备:高压直流远供电源远端将局端传输的直流高压变换成DC48V电源输出为铁塔基站三大运营商通信设备供电。
  
  5)远端组成结构:输入配电单元、防雷模块、DC/DC降压模块控制单元、传输通讯模块、输出配电单元。
  
  6)防雷设施
  
  高压直流远供电源设备的防雷与接地需满足国家行业和企业相关标准的规定,通信基站设备必须采取联合接地方式。根据高压直流远供电源远距离传输场景的特殊性,对防雷器SPD应用有如下几种要求:
  
  (1)对于同一建筑物内部或供电线路全部采用地埋管道的敷设方式,可以不加装防雷器SPD。
  
  (2)高压直流远供电源设备的直流输出端应具备防雷功能,独立的防雷模块最大通流容量宜为20KA、8/20μs,防护等级为C级。
  
  (3)当杆路至末端通信设备的电缆达不到50米的埋地长度要求时,最短埋地长度不宜小于15米,并应在末端通信设备前加装防雷设备。末端通信设备前加装的室外用防雷箱,其防护等级应达到IP55的防护标准,防雷模块最大通流容量宜为20KA、8/20μs,防护等级为C级;室外用防雷箱外壳应做到与联合地网的接地扁钢切实有效的物理电气连接。
  
  (4)局端设备、远端设备和传输线路均具有防雷功能,必须达到铁塔基站防雷要求。其中远端防雷设备可在室外安装。
  
  四、远供输电线路
  
  1)远端供电通过专用的供电线路进行馈电,供电距离由专用铝(铜)缆线径供电决定。电缆材质可选用铜芯或铝芯,但由于铝芯材质在等效载流量情况下,相比铜芯电缆质量轻、价格低且不易被盗,在户外使用时建议采用铝芯电缆替代铜芯电缆。
  
  2)使用铝电缆时,必须注意做好铜铝转换接头处的抗氧化处理,以防止接头处老化造成的线路故障。
  
  3)电缆耐受电压等级要求为1KV以上,拉远供电电缆输送直流电力,建议使用双芯电缆,内部双芯线缆外皮颜色分别为红色和黑色,红正,黑负。
  
  4)考虑线路维护专业的独立性,建议一般情况下采用传统的电缆单独布放的形式,特殊情况下可选用性能工艺质量优良的光电复合缆进行线路施工。
  
  五、铁塔基站高压直流远端供电的组网方式
  
  1.星行分布组网方式
  
  在存量铁塔基站开关电源和蓄电池组容量满足高压直流远供容量的基础上,对增量铁塔基站的供电方式。见图3所示。
  
  2.串行组网方式
  
  在存量铁塔基站开关电源和蓄电池组容量满足高压直流远供容量的基础上,对存量容量小的基站和新增基站的供电方式。见图4所示。
  
  六、高压直流远端供电的应用场景
  
  对于城市周边、农村区域、山区、楼顶基站、高速公路/高铁及其它交通沿线等处的新建网点及室外型设备网点,均存在着就近取电困难、市电停电频繁、电网波动大且取电距离远等问题,基于此类问题高压直流远供电源解决方案应时而生。
  
  高压远供输电线缆敷设成本低于传统的市电引入输电线缆建设成本,能够提供稳定的电信级供电保障等优势,采用高压直流远供电源技术是投资效益最佳的5G、4G供电建设方案,也是网络运维管理效率最佳,可全部节约市电引入建设机房的费用、有效的减少铁塔基站电源及配套的投资费用,同时可以大大降低铁塔基站网络运维成本。
  
  1.存量铁塔基站高压直流远供系统扩容应用
  
  1)适用场景:存量远供基站三大运营商增加4G\5G设备。
  
  2)供电方案:DC(48V局端)/DC(750V局端)+DC(750V远端)/DC(48V远端)。
  
  3)方案优势:无需增大原有远供电缆线径、无需增加投资;提高局端输出电压,更换大容量、高效率局端和远端设备,远端基站可以增加室外电池包、延长备电时长,增加局端基站电池组容量,解决远供基站长时间备电。详见图5所示。
  
  2.室外机柜铁塔基站市电扩容或转改直基站高压直流远供系统
  
  1)适用场景:室外机柜铁塔基站市电需要扩容、或者交流转供电改交流直供电成本太高基站。
  
  2)供电方案:AC/DC(750V局端)+DC(750V远端)/DC(48V远端)+DC/AC(220V远端)。
  
  3)方案优势:直流高压输电,支持传输距离远,方便选址,直流远供高压传输,安全性高,铁塔基站侧供电方式灵活,可根据需求选择室外型或室内型远端设备,支持蓄电池组备电。详见图6所示。
  
  3.室内分布式高压直流系统集中供电
  
  1)适用场景:有备电需求、引电成本较高、转供电等室分系统;
  
  2)供电方案:DC/DC或AC/DC(750V局端)+DC(750V远端)/DC(48V远端)
  
  3)方案优势:集中备电,成本远低于其它备电方案,存量铁塔基站引电,电费成本可管、可控,增加智能关断功能,闲时可以关断部分话务较低信源设备,实现5G基站节能,无需更换电缆,利用原有市电电缆,集中供电。详见图7所示。
  
  七、高压直流远供电系统施工技术要求
  
  1)远供系统设备安装应严格按照通信电源设备施工安装技术规范多机框安装应注意机框之间预留散热空间。
  
  2)直流远供系统采用悬浮方式供电,系统输出应与地、机架、机壳隔离,使用时正、负极均不得接地,系统应有明显标识表明该系统输出不能接地。
  
  3)远供复合光缆线接地保护要求等同于光缆施工要求,与光缆同路由情况下,远供线缆应与光缆同挂钩挂,其施工要求同于同等重量下相应光(电)缆施工要求。
  
  4)远供铝缆做好阻燃处理工作,严格遵循通信基站对电力电缆防然阻燃要求,对远供铝缆电缆或复合光缆分开的电缆部分用阻燃护套套装或阻燃胶带进行缠绕,电缆中的加强筋须连接且须两端接地。外护套的接续须采用HYA型市话电缆专用的“热可缩套管”(宜采用O型管)封焊。电缆导线的两端(局端或远端设备接线端子)连接设备处须采
  
  用铜/铝鼻子接续。外护套的接续操作过程及施工工艺须严格执行“市话电缆线路工程”相关《施工技术规范》标准。
  
  5)对于每个应用双端专缆直流远供系统的基站,在确保安全的前提下,都应为基站到局端为端对端的独立布放专用缆线,且避免有电缆接续,如有接续专用铝芯线缆的导线接续须采用标准规格的接线铝管压接(接续可靠、避免氧化),两根压接铝管之间宜平行错开(尽量避免并行),要用绝缘胶带分别缠绕包扎。单体导线(较小规格无标准接线
  
  铝管)接续宜采用绕接,用石油膏填充后再用绝缘胶带分别缠绕包扎,两根导线接头处宜平行错开避免并行。复合光缆的接续宜采用标准型光缆接头盒。须将铜导线与光纤束管规范、整齐的布放于接头盒内,铜导线(为2.5/4mm2以下)宜先行接续且须焊接(或绕接后用石油膏填充或硅胶密封)之后用热缩管封焊或用绝缘胶带分别缠绕包扎,然后再按照光纤光缆的接续操作程序接续光纤加强筋和封闭、固定光缆接头盒。
  
  八、结束语
  
  综上分析与研究,750V高压直流远供是一种新的电源保障模式,具有远供线路的安全保护功能强,投资少、施工时间短、运行可靠性高、维护成本低等优势。
  
  编辑:Harris
  
  

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