通信电源在运营商5G站点建设中改造案例探讨

2021-06-18 02:44邓云鹏

李星，邓云鹏

（1中国铁塔陕西省分公司陕西西安 710065）（2四川通信科研规划设计有限责任公司四川成都 610000）

1 引言

5G即将进入商用阶段，因此各大通信运营商已经将5G基站的改造列入重点规划项目。在改造计划中，通信电源是其中重要的组成部分之一。

外市电在5G基站中的作用是提供220 V/380 V交流电源，是通信基站的能源根本。5G站点的改造需要评估外市电的容量，在综合评估机房设备总功耗、空调功耗、照明功耗、蓄电池组充电功率等所有耗电部分后，确认市电容量是否满足5G的建设要求[1]。外市电容量的评估计算如公式（1）。

5G基站系统的整个市电容量要求一般在10 KVA左右，如果计算出市电的冗余量无法满足5G新增功率的要求，那么需要对外市电部分进行改造，采用的方法主要有以下几种。

（1）若变压器的容量满足要求，而引线线径偏小，则需要更换更粗或者阻抗更小的电缆。

（2）若接火点是单相的，则必须将其改造为三相供电。

（3）采用配电箱引线的区域，需要改造为变压器引线供电。

（4）若电缆满足要求而变压器容量超出负荷时，需要重新建立一路外市电，并配置交流配电箱和开关电源系统。

（5）若电缆和接火点都不满足要求，则需要新建一路外市电和配套电源，同时使用两套系统来对基站进行供电。

5G站点的电源改造中，外市电的改造是工作量最大的，所以在5G大规模建设的时候，城区里面的5G基站都是移动、电信、联通三家共享的。

5G基站电源系统中交流配电箱的作用是分配交流电能，常用的规格主要有380 V/100 A和380 V/63 A两种，分别对应最大外市电引入容量23.5 KW和37.3 KW[2]。交流配电箱的改造原则主要是对其空气开关的最大通流量进行评估，输入空开的电流要求如公式（2）。

其中P为外市电引入容量。

5G基站中交流配电箱的改造要遵循安全可靠、成本最低化、最简化的原则。若交流配电箱容量满足要求而空开容量不足的时候，只需要更换更大容量的开关即可。若评估计算结果交流配电箱容量不足时，才需要更换更大容量的交流配电箱。

空调是5G站点的电源系统中不可或缺的组成部分，主要是对机房进行降温，保证设备的稳定运行。评估机房空调的改造方案时，需要计算出机房空调的总制冷量的需求，空调热负荷对应的制冷量计算如公式（3）。

单位面积的制冷功率需要根据不同区域的环境而定，不是一个确切统一的数值。

5G站点的空调改造建议如下。

（1）根据计算出来的制冷量总需求来选择最合适的空调类型和空调数量。

（2）在现有基建的条件下，充分考虑空间的限制和安装条件的限制，再决定是新增空调还是替换空调。

通信基站中蓄电池的作用是储存电能作为后备供电，常用的有梯次电池和铅酸电池两大类。

梯次电池的容量Q计算如公式（4）。

其中，K为安全系数，一般取值1.25；α为蓄电池组的温度系数；P1为一次下电侧的通信设备的实际功率；P2为二次下电侧的通信设备的实际功率；T1为一次下电侧的通信设备工作总时长；T2为二次下电侧的通信设备工作总时长。

铅酸电池的容量Q计算如公式（5）。

其中，K为安全系数，一般取值1.25；T为放电时长；I为总负荷电流；η为电池放电容量系数；α为蓄电池组的温度系数；t为电池使用环境的最低温度数值。

目前基站中配备的蓄电池组的容量在300～600 Ah，5G电源系统的要求为400～500 Ah，如果计算得出原机房蓄电池组容量不足，可以从以下方面进行改造：

（1）机房空间足够时，可以增加蓄电池组的数量来提高容量。

（2）机房空间不足时，可以更换更大容量的蓄电池组。

（3）一般同等体积的梯次电池组的容量是铅酸电池组的1.5～2.0倍，可以考虑将铅酸电池组更换为梯次电池组来提升蓄电池组的容量。

5G基站电源系统中开关电源具有三大功能：整流、配电和电池管理。整流是将交流电变换为直流电；配电是合理分配电源系统的交流和直流电能；电池管理是对蓄电池组进行充电和放电的控制。开关电源模块的数量配置原则为N+1，即N个开关电源的总容量需要大于电源系统的电流要求[3]。

现有基站中开关电源容量一般为300 A或者600 A，5G电源系统的直流负荷电流大概在150 A左右，若计算总负荷电流大于开关电源容量，可以从以下方面进行改造：

（1）若可以通过扩容满足要求，需要使用与原开关电源模块一致的型号来进行整流模块的扩容。

（2）若无法新增同型号开关电源，可以考虑替换新的大容量开关电源来实现扩容。

（3）若开关电源总容量满足要求而剩余的端子数量不足时，需要通过新增直流配电箱来解决。

以上给出了5G站点中通信电源的改造评估要点和方案，可以指导机房电源的改造。