光电混合缆及其在远供电系统中的应用

顾利国，薛梦驰，钱建荣，沈建春，张卫强（江苏亨通光电股份有限公司，江苏 吴江 215234）

0 前言

目前，在3G网络建设中开始使用分布式基站或小型基站来完成网络深度覆盖，由于该类基站建站方便、费用低、网络覆盖效果好，日益受到重视。随着物理站点数量的大量增加，组网建网过程中设备用电问题也凸显了出来，采用传统的就近取电、办电建站的费用较大，同时结合地方社会环境的不同还会增加许多办电的附加费用。同样，在FTTx建设中用户端ONT的取电也面临相同的问题。为了解决上述建网过程中存在的问题，采用光电混合缆，并根据远距离供电需求，引入直流远供设备，形成高压直流远供电系统，该系统可以提供不间断电源，具有安全可靠等特点。

1 光电混合缆

光电混合缆的结构是将单模或多模光纤套入由高模量的聚脂材料做成的松套管中，套管内填充光纤油膏，同时加入一根或多根绝缘电缆与松套管一起绞合在中心加强件上形成缆芯，缆芯间隙应添加阻水物，缆芯外同时含有必要的隔离层。根据应用场合光电混合缆可设计成单层铝带铠装护套或单层钢带铠装护套光缆用于管道、非自承式架空等场合。如果光缆需要进行直埋敷设，其结构可设计为双层护套，典型结构如图1所示。

光电混合缆是一种新型的接入方式，它集光纤和馈电线于一体，同时解决光纤通信和设备用电问题，传输过程中光信号和电能传输不会发生相互干扰现象，既保留了普通光纤光缆的特性而且还能满足低压输电电缆的相关标准，其主要具有以下优点。

图1 光电混合缆典型结构

a）外径小、重量轻、占用空间小（通常情况下用多根线缆才能解决的系列问题，在此可以用一根光电混合缆来代替）。

b）客户采购成本低、施工费用低、网络建设费用低。

c）具有优越的弯曲性能和良好的耐侧压性能，施工方便。

d）同时提供多种传输技术，设备的适应性高、可扩展性强，产品适用面广。

e）可提供巨大的带宽接入。

f）可将光纤作为预留之用，避免了二次布线。

g）解决网络建设中设备用电问题，避免重复布放供电线路。

2 高压直流远供电系统

由于3G或FTTx中的远端设备RRU或ONT往往距离电源处较远，输电过程中馈电线中存在线路损耗问题，且随着传输距离的加长而增大，因此，高压直流远供电无疑是解决长距离通信的最佳方案。高压直流远供电系统的原理是将机房内开关电源的48 V直流电通过远供电源局端设备隔离升压到200～400 V，将直流高压电通过光电混合缆中馈电线传输到远端设备处，传输过程中电源处于对地悬浮状态，通过远端设备进行电压逆变，变换到远端设备所需电压（如直流48 V或交流220 V），最终实现远端设备正常通信（见图2）。

光电混合缆在结构设计过程中，主要是馈电线的截面积选取，馈电线的截面积与传输距离、用电设备功率、传输电压等级、远供电设备接收电压范围等有关，线缆设计完后，还需进一步验算线缆损耗，一般线缆损耗功率以不超过远供局端设备输出功率的10%为宜。

图2 高压直流远端供电原理

由于远供电源采用机房的不间断电源为接入电源，所以其本身为不间断电源，而远供系统的升压功能主要作用是减少传输线路中的电功率损耗，远端设备的降压主要为通信设备提供稳定的工作电压。传输过程中采用光电混合缆的主要作用是将光路传输与电路传输复合到同一根缆上，减少二次施工带来的不必要麻烦，同时也降低了采购成本和维护成本。

3 远供电相关设备

远供电系统的设备主要分为局端设备和远端设备两大部分。局端设备是整个远供系统的核心，可以完成-48 V直流隔离升压的功能，便于长距离传输。远供电系统一般应具有如下安全功能。

a）采用直流隔离升压技术，保证直流电压输出对地处于悬浮状态。

b）具有输出过压、输出过载和输入过压、输入欠压保护功能。

c）开路保护。当传输线路（正极或负极电缆）部分或全部被破坏时，为确保维护人员与设备安全，系统告警，切断高压输出。

d）短路保护。当传输线路中，某处电缆的正极与负极短接时，为保证设备和线路安全，系统告警，切断高压输出。

e）漏电保护。当远供传输线路中任何一处对地绝缘阻抗下降，产生对地电流时（≥15 mA），为确保维护人员与设备安全，系统告警，切断高压输出。

f）强电入侵保护。当局端设备检测到有市电与远供传输线路产生搭接时，为保证设备和线路安全，系统告警，切断局端的高压输出。

g）防雷保护。局端输出端具有防雷、防浪涌功能，防雷等级不小于20 kA；而在实际使用过程中，防雷保护是必不可少的功能，多次实践证明在多雷地区使用远供电系统，没有完备的防雷保护功能会因雷击引起设备及线路损坏。

h）报警功能。具有声、光报警功能，不同的保护状态对应不同的指示灯，方便维护人员查障。

远端设备是将输入的直流高压或者交流220 V变换成稳定的直流-48 V，为远端设备提供所需电源，一般应具有如下安全功能。

a）宽范围直流输入、DC/DC降压功能。

b）输出短路、过压、过流保护功能。

c）直流输入端防雷保护（等级20 kA）。

在实际使用过程中，高压直流远供系统使用的安全性往往成为关注的问题。在高压直流远供系统中，正常供电的正负两级处在对地悬浮状态，即在不构成回路的状态下是不会触电的，也就是说单独触碰任何一根正在工作的导线都不会有触电的感觉，也不会造成任何的人身伤害；同时局端设备具备的保护功能能够很好地解决这类问题，在开路、短路、漏电等情况出现的时候，局端设备可以在0～2 s内切断高压输出，实现整个线路的保护功能，同时也在最大程度上起到了保护人身安全的作用。

4 案例概述

目前高压直流远供系统在移动网络建设上发挥了一定的作用，现以BBU+RRU场景（见图3）为例进行介绍。BBU安装在宏基站内，RRU×3挂杆，距BBU所在基站的距离小于或等于2 km。局端输入电压为-48 V，输出电压为350 V，输出功率为1 200 W。安装在BBU所在的宏基站或接入机房内，取用该基站内-48 V电源。中间通过光电混合缆传输。远端输入电压为250～350 V，输出电压为48 V，采用防水外壳，外挂于RRU设备下部，输出功率为300 W×3（同时为塔上3个RRU）供电。

4.1 测试场景

a）BBU安装位置。某老年公寓宏基站。

图3 BBU+RRU场景

b）RRU安装位置。与天线一起安装在工人文化宫景观塔上方。

c）BBU到RRU的距离为500 m。

d）老年公寓宏基站电源配置。原宏基站开关电源1台，800 Ah/48 V蓄电池2组，新装远供电源单元1套，BBU1台。

4.2 远供电源的安装位置

a）局端位置。与BBU安装在同一基站。

b）远端位置。安装在景观塔内底部，远端与BBU之间的电源线从RRU沿景观塔内部布放到远端。

c）传输电缆。12B1+4×1.5 mm2光电混合缆。长度为500 m。

4.3 测试设备

该案例采用的测试设备如表1所示。

4.4 测试过程及测试记录

a）使用2×10 mm2铜缆将开关电源-48 V输出与远供局端-48 V输入正确连接，蓝色线缆接-48 V负极，黑色线缆接-48 V正极。

b）将光电混合缆内铜芯线缆连接到局端输出的正极和负极。

c）将远端与防雷模块安装在景观塔底部，光电混合缆内铜芯正确连接到防雷模块输入端。

d）防雷模块输出端连接到远端单元的输入端。

e）RRU电源线连接到远端单元-48 V输出端。

f）局端加电，远供系统及3个RRU工作正常。

表1 测试设备

g）测量局端输入电压、电流，局端输出电压、电流，远端输入电压、电流，远端单路输出电压、电流（测试数据见表2）。

表2 测试数据

此外，还对其安全保护功能进行了测试，测试过程如下：

a）断开局端设备正极输出，局端立即开路保护，局端面板开路告警灯常亮，蜂鸣器报警；重新连接好正极，设备在50 s后自动恢复正常工作。

b）用一根导线直接短接局端输出的正极、负极，局端立即短路保护，局端面板过载告警灯常亮，蜂鸣器报警；去掉短接线，设备在50 s后自动恢复正常工作。

c）用一根导线的一端接触局端输出的正极，另一端接触局端机壳（保护地），局端立即漏电保护，局端面板漏电告警灯常亮，蜂鸣器报警；去掉连接线，设备在50 s后自动恢复正常工作。

d）用一根导线一端接机房交流电的火线，另一端接一空开；另外使用一根导线一端接空开，另一端接局端输出正极；闭合空开，局端立即强电保护，局端面板强电告警灯常亮，蜂鸣器报警；打开空开，设备在50 s后自动恢复正常工作。

e）用一根导线直接短接远端单元输出的正极、负极，远端输出短路保护，RRU停止工作；去掉短接线，远端设备输出正常，RRU恢复工作。

4.5 结论

经过本次测试，一套远供电源设备可以为3个RRU设备进行供电，且具备输出开路保护、短路保护、漏电保护、强电搭接保护、自动恢复等各种功能，并且反应灵敏，局端、远端转换效率较高。

5 光电混合缆产品面临的问题

光电混合缆产品最早是为解决短距离供电和通信应用而开发的，但是随着我国3G网络和FTTx发展的需求，远端设备或终端设备的供电问题变得越来越突出。从成本和安全等方面考虑，集光纤和馈电线于一体的光电混合缆无疑是最好的选择，而远供电设备的引入正好满足运营商网络建设的新需求。通过直流高压远供系统实现长距离、安全、可靠的供电需求。2008年至今，国内光电混合缆产品需求突飞猛进，但是随之而来的问题是出现了恶性竞争，一些不规范、不达标的光电混合缆开始在市面上出现，如导线截面积不达标、绝缘层厚度不达标、隔热耐电压不达标等结构性缺陷或质量问题相继出现，这导致在高压直流供电过程中容易出现温度偏高导致的通信不稳、供电不稳、漏电等质量隐患，更有甚者因结构性缺陷而导致在维护时出现人员伤亡等重大安全事故。

6 结束语

江苏亨通光电股份有限公司从1998年开始从事光电混合缆产品的开发和制造，近年来根据市场需求，联合远供电设备优秀企业进行高压直流远供方案的试点和推广，并成功运营多年，由于其具有安全、可靠、方便、成本低廉等优点，相信其将在物联网建设和4G时代具有更广阔的市场空间。