項磊

（華信郵電咨詢設計研究院有限公司 杭州 310014）

1 前言

近年來國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定增長，有力推動了國家通信行業(yè)和技術的快速發(fā)展和更新，其中各類光通信設備在通信網(wǎng)絡的應用數(shù)量和范圍也迅速增加。如何有效解決各類光通信及小容量設備的供電問題，同時增強網(wǎng)絡的靈活性和安全性，這是相關通信運營商和使用者非常關注的重要問題。

2 遠程光設備供電方案的提出

目前已經(jīng)廣泛使用的PDH，SPDH，SDH光端機及接入設備在通信網(wǎng)絡中發(fā)揮著非常重要的作用，同時我們又發(fā)現(xiàn)目前各大運營商具備的光傳送網(wǎng)絡通常不具備銅纜資源。

為了科學、有效地滿足遠程小容量光設備的可靠供電需要，我們認為可以在新建光交換網(wǎng)絡及設備時，通過同步埋設光銅復合光纜，采用含多根0.6～2mm直徑的銅導光纖可以完成信號傳遞和電力供應的雙重任務。

3 遠程通信設備小容量供電的可行性分析

例如常用的光交換箱供電問題，就屬于“遠程通信設備小容量供電”方式中的一類，它是指從電源供給端通過較長距離導線向遠端通信設備直接供電的一種供電方式。對于電源供給端而言，通常要求能提供穩(wěn)定的電壓和足夠的供電容量；遠端設備通常具有較低的工作電壓和較小的用電負荷等特點；再者就是連接供電端與遠端設備的供電線路與通常的電力電纜傳輸存在明顯的區(qū)別，目前工程中對于遠程光通信設備的供電線路通常是采用同光纜攜帶多芯銅導線的復合光纜進行傳輸。

3.1 供電方式

常用的低壓供電線路采用交流220V/380V供電。采用這種供電方式，具有相關的供電設備技術成熟、與用電設備輸入電壓要求匹配、線路簡單、供電距離較遠等優(yōu)點，但是在對遠程小容量光電設備而言，直流供電模式比交流供電更加具備一些明顯的優(yōu)勢，例如同規(guī)格電纜傳輸電源時，直流電纜的傳輸容量更大；線路傳輸損耗較小；小容量傳輸時的電纜造價成本低廉；不易老化、更長的使用壽命等。

（1）由于直流電壓的電壓基本恒定，不會產(chǎn)生交變的電磁場，相同的電纜絕緣層耐受的直流電壓可以比交流電壓高約3倍左右。因此，同樣絕緣厚度和導線線徑的電纜傳輸直流電壓的容量比傳輸交流電源要大的多，即直流電壓傳輸?shù)木€路成本更低；

（2）在采用交流電源傳輸時，由于電路中既有電阻，也有電感和電容的存在，會產(chǎn)生電阻損耗以外，同時產(chǎn)生非線性阻抗損耗。特別是在較長距離傳輸時，會產(chǎn)生較大的傳輸損耗衰減，導致傳輸損耗增加和有效傳輸距離的減少。對于直流電源而言，因為線路中僅存在電阻性阻抗，線路中的損耗更小些，同樣電壓等級時，可以傳送更遠的有效供電距離。

此外，直流供電回路可以采用大地作為接地回路，節(jié)省線路長度及投資，提高供電線路的可靠性，因此采用直流供電線路是符合遠程光電設備的用電需要。

3.2 輸電電壓

目前我們通常可以獲得的是48V或者220V直流電壓。其中，48V直流電壓的優(yōu)點是更容易獲取（各類通信機房和基站均配置有48V電源），并且該類電源工作可靠性高，容量較大，缺點是由于電壓值較低，如果傳輸電流較大，容易造成傳輸電壓降的增大，導致遠端電壓的降低，可能不能保證某些光電設備的正常工作。采用220V直流電源供電的優(yōu)點是因為電壓等級較高，在做遠端設備供電時，可以允許較大的線路損耗導致的電壓損失，，比較容易實現(xiàn)較遠距離的設備供電，其缺點是該電壓通常需要專用的AC/DC,或者DC/DC設備進行整流或者升壓，這樣將增加工程建設投資，并且可能會因為該類型設備工作的可靠性問題，導致整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。

從理論分析我們知道，直流傳輸線路的傳輸電壓越高，相同線路的傳輸損耗越小。但是，同時也需要同時考慮線路絕緣、線路維護、人身安全以及相關設備的絕緣安全性和成本等諸多因素，輸電電壓也不宜提升的過高。

3.3 直流供電相關公式

傳輸線路電流：IL=P1/V1；

傳輸線路電壓降：VL=IL×RL；

線路電阻值：RL=L×RO=L×(p/S)

其中：P1：光電設備額定功率；

V1：光電設備額定工作電壓；

L：遠程光電設備傳輸距離；

p：銅導線電阻率；

S：銅導線橫截面面積。

由于在實際工程應用中，光電設備的額定功率、額定工作電壓是已經(jīng)確定的，我們可以根據(jù)光電設備的安裝位置來設計和選擇供電電源的傳輸光（銅）纜的線徑規(guī)格；或者根據(jù)已有傳輸網(wǎng)絡敷設的光（銅）線徑、根數(shù)等具體狀況來合理設計、布局相關光電設備的距離和地理分布。

3.4 應用舉例

下面我們就以某移動運營商擬用的288芯光電交換設備的工程應用為例，初步計算和分析該型設備的遠程供電狀況。

方案一：采用48V直流電源供電方式，如表1所示。

該方案采用的48V直流供電方式的電源可直接引接自附近機房或者基站的直流開關電源系統(tǒng)，并且有后備蓄電池作為斷電保護電源使用；

表1 采用48V直流電源供電方式

開關電源實際工作電源為54V,因此表1中供電電壓取值為54V;

表1中采用了單電纜供電，實際使用可采用2根電纜，供電距離將增長1倍左右，但是為確保可靠性，建議做“1+1”備份方式工作。

方案二：采用220V直流電源供電方式，如表2所示。

該方案采用的220V直流供電方式的電源引接自該設備附近機房或者基站的直流開關電源系統(tǒng)的48V電源，采用DC/DC升壓至220V后，由光（銅）復合電纜進行遠程供電；

表2中采用了單電纜供電，實際使用可采用2根或者多根電纜，供電距離將相應增長左右，但是為確保可靠性，建議做“1+1”備份方式工作。

3.5 方案比較

通過表1與表2的相關數(shù)據(jù)分析可以得出以下初步結論：

（1）采用不同銅纜線徑的傳輸導體，在供電設備以及遠端光電負載設備相同的情況下，其傳輸?shù)挠行Ь嚯x有較大的差異；

（2）在采用相同的導線進行電源傳輸時，如果升高供電端的輸出電壓，將明顯增加對遠端設備的供電距離；

（3）從供電端的電源可靠性分析，“方案一”的供電端設備可靠性更高，而且設備投資最少，但是由于供電電壓幅值較小，其有效供電距離比高電壓傳輸存在明顯的差距；

（4）對長遠距離的小容量設備供電，在線路條件允許的情況下，采取220V直流電源供電，可以獲得更遠的傳輸距離，滿足光電設備的用電需求。但是需要另行購置AC/DC或者DC/DC轉換設備，這樣會增加工程投資或導致系統(tǒng)工作故障的節(jié)點，應謹慎使用。

4 遠程小容量供電的基本使用狀況

目前工程實施中，通常需要該類供電方式的設備為光中繼器、光纖直放站、光交換箱等小容量用電設備。該類設備的特點是用電容量較小，通常在200W以下，甚至小至10～20W左右。如果單獨架設供電線路，費用高，經(jīng)濟性差，建設周期長。若用太陽能電池供電方式，則存在使用地區(qū)的局限、以及建設成本高、維護工作量大、維護成本高等不足。

因此對小容量光電設備與附近基站（機房）采用光（銅）復合電纜進行遠距離傳輸，具有建設周期短、縮減建設投資、減少運營維護量、并且遠端小容量用電設備的供電可靠性也能夠得到有效保證。

通過光（銅）復合電纜供電，主要需要考慮下述幾個問題：

必須具備或者敷設合適的光電復合電纜。該光纜內(nèi)需集成2～4根適當線徑的銅纜；

具有適當?shù)墓╇娫O備及相應的告警、保護功能；工程應用中的光、電接頭的焊接、絕緣和防水等工藝和質量必須滿足長期安全運行的需要；

投入運營后的線路日常檢測和維修，以及線路的標識和安全防護需同步實施。

上述問題以外，采用光電復合電纜進行通信設備小容量供電方式時，還需要關注以下的幾個方面。

4.1 光電復合電纜規(guī)格

目前國內(nèi)主要光纜生產(chǎn)制造廠家已經(jīng)能夠生產(chǎn)各類光電復合電纜。按照現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，在原有單純光纜中添加銅纜已沒有技術障礙，關鍵在于添加的銅纜數(shù)量和線徑大小的問題。

表2 采用220V直流電源供電方式

銅導線的配置數(shù)量與線路遠程供電的方式和供電容量大小有關。目前通常生產(chǎn)的光電復合電纜內(nèi)含2～4根銅纜，線徑一般為0.6～3.25mm。如果采用直流供電方式，需要兩根導線即可，也可多根并聯(lián)供電，其中可以在遠端用電設備端直接可靠接地，設備可以正常工作；如果采用交流供電模式，那么當使用單相供電，則需要使用2根導線；若采用三相交流供電，則必須采用4根導線。所以，必須根據(jù)用電設備的負荷類型及容量大小適當選擇光電復合電纜的規(guī)格型號。

4.2 供變電設備類型及選擇

供電設備是依據(jù)遠端小容量設備的需要進行相應的選擇和配置。目前可以實現(xiàn)直流小容量供電的設備很多，如開關電源系統(tǒng)、DC/DC直流變換器等。由于實際工程中使用的光通信設備一般安裝在通信網(wǎng)絡的交換、傳輸?shù)裙?jié)點周圍，因此選擇附近基站（機房）的直流開關電源系統(tǒng)作為通信網(wǎng)絡遠程小容量設備的供電電源，將具有更好的安全性、經(jīng)濟性和便利性。

安全性主要體現(xiàn)為如果選擇基站直流電源系統(tǒng)，它自身具有較高的工作可靠性，直流系統(tǒng)由開關電源系統(tǒng)和后備蓄電池組共同組成，其中開關電源機架為“N+1”模塊備份方式，在交流供電中斷或者該系統(tǒng)故障后，仍然可以由后備蓄電池提供幾個小時的電源，供搶險人員及時排除故障，保持通信網(wǎng)絡的正常工作。

經(jīng)濟性則指該供電方案能夠直接依靠附近基站（機房）的現(xiàn)有電源設備的富余容量，不需要另行增加整套直流供電設備，因此在建設投資、建設周期和運行維護等方面均可以節(jié)省大量費用。

盡可能選擇最近的通信基站或機房作為供電來源，這樣對今后線路維護和設備的檢修有較大的幫助和便利。

5 小結

小容量復合光電電纜的遠程供電具有較為廣泛的應用范圍，前景廣闊。例如在移動網(wǎng)絡建設中，可以用于微蜂窩設備、光纖直放站、光交換設備等；在電信固定網(wǎng)絡中，它同樣適用于寬帶接入設備、小靈通基站和小型交換機等小容量用電設備。

通過上述的初步分析和討論，我們認為針對小容量通信設備的遠程供電需求，目前在技術上已經(jīng)成熟，采用選擇合適的傳輸媒介和適當?shù)墓╇婋娫吹瓤茖W的手段，能夠滿足小容量設備的遠程供電需用，可以為我國通信網(wǎng)絡的建設和發(fā)展發(fā)揮作用。