中国移动5G基站电源线径分析

［古亦聪 陈儒］

1 引言

为应对爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第五代移动通信技术（5G）应运而生。5G网络面向增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低时延通信三大业务场景，以全新的网络架构，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。通过近5年的网络建设，中部某省基本实现城区、县城、乡镇连续覆盖，农村热点区域覆盖，高铁、3A以上景区、工业园、高校等重点场景全覆盖，“5G部署，配套先行”，存量机房的配套梳理和排查势在必行，5G网络部署的基站配套中机房空间不足、电源系统不足、天面空间不足等情况成为配套先行的主要短板，尤其5G单基站功耗约为4G的3倍，导致机房电源系统承担较大压力，交流引入线径不足、蓄电池线径不足问题成为机房配套改造最易忽视、最难改造部分，各种电源系统连接电缆如图1所示。

图1 5G基站电源系统瓶颈

2 基站电源系统现状

基站电源系统主要由：交流引入、开关电源、蓄电池组、电源分配单元4个部分构成[1]。引入5G基站部署后，基站电源系统主要存在容量不足问题也在于这4个部分，某省省会城市通过大量基站摸排后总结分析，交流引入线径不足、蓄电池线径不足不但不能满足5G基站正常运转负荷，线径不足引起的电源线自燃可能造成基站重大安全隐患。

2.1 交流引入容量及线径现状

自有基站：密集城区基站，交流市电引入容量为25～30 kW，一般市区、城郊及县城基站交流市电引入容量建议为20 kW，乡镇及农村基站交流电源引入容量为15 kW（自建变压器的基站，变压器容量建议按照20 kVA选定）。

铁塔基站：一般市区、城郊及县城基站，交流市电引入容量要求不小于20 kW（自建变压器的基站，变压器容量按照30 kVA 选定），农村和乡镇偏远末端基站，交流电源引入容量要求不小于10 kW（自建变压器的基站，变压器容量按照20 kVA 选定）。

以某省省会城市为例，自有机房比例约5%，现网城区站点基本实现交流引入在20～25 kW配置，交流引入线径约70%机房采取4×25 mm2配置，20%机房采取4×16 mm2配置，少量汇聚机房采取4×35 mm2配置。

2.2 蓄电池容量及线径现状

自有基站：城区及县城基站按照2小时备电时长考虑蓄电池配置，乡镇及农村基站按照4小时备电时长考虑容量配置，存量机房约85%蓄电池线径为70 mm²配置，少量采取95 mm²配置。

铁塔基站：城区及县城基站按照3小时备电时长考虑蓄电池配置，乡镇及农村基站按照5小时备电时长考虑容量配置，存量机房约90%蓄电池线径为70 mm²配置，少量采取95 mm²配置。

3 基站电源系统线径分析

基站电源系统主要分为直流供电系统和交流供电系统，在市电供电正常时，直流供电系统主要通过开关电源实现基站交流转直流，实现基站机房5G设备、其他无线设备、传输设备、监控设备等直流设备供电；市电断电时，则由蓄电池组为基站设备提供直流供电保护，如图2所示。蓄电池线径配置主要满足断电前开关电源所带设备载流量；基站交流供电系统主要由市电引入后进行交流分配，实现基站机房空调、照明及其他交流设备的电源供电。在机房供电系统测算过程中，由于考虑交流引入、蓄电池线径无法多次扩容，建议交流引入容量及断路器开关大小、蓄电池线径按照设备最大功耗取定（设备满配置满负荷情况下考虑一定冗余的功耗值），但开关电源、蓄电池可采取多种灵活方案扩容，可按照设备典型功耗配置（设备在一般配置正常负荷情况下的实际平均功耗值）。

图2 基站电源供电系统

3.1 开关电源容量（计算蓄电池线径）

开关电源容量=（无线/传输/监控设备典型功耗+电池组充电功耗）/开关电源效率（一般取90%）

其中无线/传输/监控设备典型功耗=5G设备功耗+其他无线设备功耗+传输设备功耗+监控设备功耗

其中电池组充电功耗=充电电流×48=电池组容量×0.1×48

电池组容量=（无线设备电流/传输及监控设备典型功耗/48）×1.25×放电时长/容量系数/温度补偿系数

3.2 交流引入容量（计算交流引入线径）

交流引入容量=开关电源容量（设备按最大功耗计）+空调电功耗+照明及其他功耗

其中开关电源容量计算方式如3.1。

其中空调电功耗=冷负荷/能耗效比（2.5）

空调冷负荷=机房面积×0.1+无线/传输/监控设备负荷

通过计算交流引入容量和开关电源容量方式获得导线电流，根据RVVZ多芯电缆线径和载流量对应表查询相关线径配置，如表1所示。

表1 多芯电缆载流量与线径对应表[2]

3.3 典型满配基站（不含拉远BBU）电源线线径配置

目前由于各厂家基站设备芯片研发尚未完全成熟，5G基站设备功耗显著高于4G基站水平，5G基站设备引入对现有的机房配套提出较高的要求，S111站型单站点5G无线设备最大功耗建议可按照4.5 kW考虑，典型功耗按照3.2 kW考虑，4G基站设备、2G基站设备、NB基站设备、传输设备、监控设备、照明及其他设备功耗通过综合某省现网情况进行综合确定，基站设备功耗如表2所示，其他设备功耗如表3所示。

表2 5G基站设备功耗

表3 其他直流设备功耗

（1）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉远BBU）蓄电池线径配置。

①无线设备功耗

最大功耗=1+1.2×3+0.175×2+0.884×6+0.57×2+0.9 49×6=17 kW

典型功耗=0.7+1×3+0.55×2+0.68×6+0.21×2+0.73×6=13.7 kW

②传输设备功耗（考虑PTN+SPN）

最大功耗=0.375+0.65=1 kW

典型功耗=0.25+0.5=0.75 kW

③直流负载电流（直流功耗/48）

最大电流=18×1 000/48=375 A

典型电流=14.45×1 000/48=301 A

查表得可得典型满配基站（不含拉远BBU）蓄电池线径配置应不低于120 mm2

（2）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉远BBU）交流引入线径配置。

①开关电源容量=（17+1+1000×0.1×48/1 000）/0.9=25.3kW

②空调电功耗=（15×0.1+17+1）/2.5=7.8 kW

③交流引入电流[3]=交流引入容量/（交流引入电压××cos（0.8））/0.8（安全系数）

④交流引入电流=(25.3+7.8)×1000/(380××cos（0.8）)/0.8=91 A

查表得可得典型满配基站（不含拉远BBU）交流引入线径配置应不低于4×25 mm²，空开配置不低于100 A

4 小结

综上分析，5G基站设备高功耗导致基站机房电源系统承压，对存量基站机房配套改造提出了较高的要求，各省公司可根据本省自有基站机房、铁塔基站机房配套现状通过上述电源线径测算法，对可能存在的交流引入线径不足、蓄电池线径不足的问题机房提前进行更新改造。