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        室內(nèi)分布式系統(tǒng)基站設(shè)備供電方式探討

        2012-03-30 15:11:53中國(guó)聯(lián)通運(yùn)城分公司張曉虹吉祎輝
        電子世界 2012年1期
        關(guān)鍵詞:壁掛式保障系統(tǒng)信源

        中國(guó)聯(lián)通運(yùn)城分公司 張曉虹 吉祎輝

        隨著中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步深入,高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多姿多彩快速進(jìn)入了大眾的視野,WCDMA無(wú)線應(yīng)用也在迅速走進(jìn)人們的日常生活。3G時(shí)代的重要標(biāo)志之一是人們對(duì)室內(nèi)無(wú)線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的強(qiáng)烈需求,因此,室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對(duì)終端客戶感知的影響就變得至關(guān)重要,而這一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)就是室內(nèi)覆蓋有源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)。

        1.室分系統(tǒng)中的有源設(shè)備

        1.1 有源設(shè)備的種類(lèi)

        中國(guó)聯(lián)通室內(nèi)分布系統(tǒng)中,除信號(hào)源以外,對(duì)于天饋分布系統(tǒng)中有源設(shè)備(如干線放大器等)的引入一直采取慎重使用的原則,所以,室內(nèi)覆蓋有源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)主要考慮的對(duì)象就是信號(hào)源設(shè)備。

        1.2 信源類(lèi)型

        室內(nèi)分布系統(tǒng)信源接入主要有宏蜂窩基站、微蜂窩基站接入或耦合、射頻拉遠(yuǎn)以及直放站空間耦合等幾種方式。一是宏蜂窩信源:適用于業(yè)務(wù)量高(或具有很高數(shù)據(jù)需求)、需要分區(qū)采用多個(gè)信源覆蓋的高價(jià)值大面積區(qū)域且具備機(jī)房條件的大型場(chǎng)館、交通樞紐等重要建筑物,如山西省體育中心、太原火車(chē)南站。二是微蜂窩信源:適用于兼有覆蓋和一定容量需求的中小型建筑物。三是射頻拉遠(yuǎn)型信源:為大容量基站,適用于話務(wù)量較高的寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、酒店等重要建筑物,尤其適合大中型建筑群的覆蓋。四是直放站信源:適用于以建筑中心區(qū)域盲區(qū)或弱覆蓋區(qū)域?yàn)橹饕康牡牡蜆I(yè)務(wù)區(qū)域,補(bǔ)盲覆蓋的電梯、地下室等場(chǎng)所。

        2.供電保障系統(tǒng)

        2.1 供電保障系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀

        原有2G設(shè)備,近距離供電,一般采用開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行供電或DC/AC逆變器供電的方式;遠(yuǎn)距離供電,大多采用就近交流供電或采用普通UPS進(jìn)行供電的方式。自2008年中國(guó)聯(lián)通山西分公司W(wǎng)CDMA一期室內(nèi)分布工程建設(shè)以來(lái),WCDMA設(shè)備供電保障系統(tǒng)大多屬于原有2G設(shè)備供電保障系統(tǒng)的傳承或者補(bǔ)充,設(shè)備使用環(huán)境、運(yùn)行維護(hù)及能耗評(píng)估等方面均是按照2G設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求制定。WCDMA室內(nèi)分布設(shè)備基本采用BBU+RRU的模式,BBU大多采用基站機(jī)房或模塊局機(jī)房直流供電,而遠(yuǎn)距離RRU則以就近交流供電方式為主。

        2.2 分布式基站供電方式

        分布式基站覆蓋的目標(biāo)區(qū)域多種多樣,單就其RRU供電方式而言,大體可分為以下5種供電方式:

        (1)就近市電(交流)供電

        RRU設(shè)備安裝在目標(biāo)覆蓋區(qū)域(用戶側(cè))建筑物內(nèi),最簡(jiǎn)便的辦法就是采用市電就近直接供電的方式,但信源設(shè)備不具備市電斷(停)電后后備供電的能力。根據(jù)統(tǒng)計(jì),市區(qū)市電斷電的主要因素除了市電故障外,就是業(yè)主由于用電合同糾紛等拉閘限電。設(shè)備斷電后,分布式基站設(shè)備將無(wú)法繼續(xù)相應(yīng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù),用戶投訴將驟增,用戶感知更無(wú)從談起;同時(shí),也給運(yùn)行維護(hù)部門(mén)帶來(lái)巨大壓力,隨著B(niǎo)BU+RRU分布式系統(tǒng)的大量使用,大范圍的運(yùn)行維護(hù)工作不可避免,一旦出現(xiàn)大范圍的市電斷電,相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)工作幾乎無(wú)法完成。RRU就近市電(交流)供電的方式只能滿足WCDMA網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期快速組網(wǎng)的需求,具有前期投資小、網(wǎng)絡(luò)組建迅速的優(yōu)點(diǎn)。但是,工程建設(shè)后期開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)更新改造的費(fèi)用投入將大大超越網(wǎng)絡(luò)初期建設(shè)的投資。

        (2)直流電源供電

        采用直流電源供電的方式是比較理想的供電方式。直流電源供電方式的優(yōu)點(diǎn)明顯:方案拓?fù)湎鄬?duì)簡(jiǎn)單,效率較高,能夠有效減少能源消耗,并且可以提高可靠性,增加設(shè)備壽命;直流電源有較為完善的電池管理功能,可以有效保證電池使用壽命;直流電源可擴(kuò)展性強(qiáng)、形式多種多樣,可根據(jù)RRU設(shè)備布局,對(duì)多個(gè)RRU進(jìn)行直流供電,也可針對(duì)單個(gè)RRU或局部2個(gè)及2個(gè)以上RRU進(jìn)行直流供電。直流電源供電方式具有一定局限性,若從機(jī)房直接引電,只適用于機(jī)房拉遠(yuǎn)至≤100米的RRU單元;若采用直流遠(yuǎn)供方式,適用于機(jī)房拉遠(yuǎn)至≤3公里的RRU單元,線路長(zhǎng)度增加意味著線纜投資增加,同時(shí)安全性、可靠性大大降低,且絕大多數(shù)室分站點(diǎn)位于市區(qū),線纜架空走線和地下管道走線的可能性幾乎為零,所以,室內(nèi)分布工程中,RRU設(shè)備由直流電源供電的應(yīng)用范圍就大大縮小了,只適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)大客戶或遠(yuǎn)離市區(qū)的建筑。

        (3)逆變電源后備式供電

        原中國(guó)聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)中,大量采用逆變電源后備式供電方式。1、2KVA(功率較?。┠孀冸娫词褂肎網(wǎng)基站開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)作為直流輸入,逆變輸出220V交流向CDMA設(shè)備供電。長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果證明,所采用的逆變電源后備式供電方案存在可靠性較低、維護(hù)頻率較高的缺點(diǎn)。分析其原因,可以歸結(jié)為:由于采用的逆變電源市電適應(yīng)范圍較窄、抗沖擊電流能力較低、過(guò)載能力較低,造成了逆變電源后備式供電方案使用壽命短、維護(hù)成本高的局面。若采用逆變電源后備式供電方案,可考慮采用帶有冗余模塊化的逆變電源后備式供電設(shè)備,從而提高整體供電的可靠性,減少運(yùn)行維護(hù)的成本。

        (4)UPS供電

        UPS是不間斷電源(Uninterruptible Power Supply)的英文簡(jiǎn)稱(chēng),UPS供電方案的優(yōu)勢(shì)在于:具備相對(duì)穩(wěn)定的后備時(shí)間,容易實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的交流供電(交流線損小,纜線線徑要求低)。UPS的劣勢(shì)也較為明顯。由于早期UPS后備電源主要針對(duì)的負(fù)載類(lèi)型是計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境為較為潔凈的室內(nèi)空間。如果把UPS設(shè)備放置到運(yùn)行環(huán)境較為惡劣的用戶側(cè)設(shè)備間(如豎井、電梯間,甚至是地下室),運(yùn)行環(huán)境的惡劣以及市電的“電源污染”會(huì)造成UPS工作壽命的大為縮短;小型UPS電池管理較弱,會(huì)減少電池的使用壽命;部分機(jī)架式設(shè)備,為了減小設(shè)備體積,大量使用強(qiáng)制風(fēng)冷來(lái)提高輸出功率密度,運(yùn)行過(guò)程中噪聲較大,容易造成業(yè)主投訴,給建站以及今后的運(yùn)行維護(hù)工作增加了難度。

        (5)壁掛式開(kāi)關(guān)電源供電

        壁掛式開(kāi)關(guān)電源一般是由充電器、逆變器、蓄電池(組)、轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控單元等構(gòu)成。壁掛式開(kāi)關(guān)電源工作方式可以分為正常和應(yīng)急兩種工作方式。在正常工作方式下,當(dāng)輸入壁掛式開(kāi)關(guān)電源的交流電(通常為市電)正常時(shí),交流電通過(guò)交流輸出切換單元輸出分路給負(fù)載供電,同時(shí)通過(guò)充電器給蓄電池均浮充,逆變器同步靜置備份等待,整體功耗較低。若有負(fù)載需要直流輸出的,由充電器輸出直流電。在應(yīng)急工作方式下,當(dāng)輸入壁掛式開(kāi)關(guān)電源的交流電出現(xiàn)故障時(shí),設(shè)備監(jiān)控單元在小于等于10ms內(nèi)切換到蓄電池輸出經(jīng)逆變器供電,供電時(shí)間的長(zhǎng)短由蓄電池容量來(lái)決定。當(dāng)輸入的交流電恢復(fù)正常時(shí),壁掛式開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)切換到市電旁路供電。

        3.分布式基站供電方式選取原則

        2008年以來(lái),中國(guó)聯(lián)通山西分公司室內(nèi)分布工程的建設(shè)力度逐年加大,RRU的安裝位置(弱電豎井、電梯機(jī)房、樓梯旁、地下室,甚至是室外墻壁上)隨意性很大。針對(duì)大多數(shù)室內(nèi)分布信源(RRU)安放位置的實(shí)際情況,從運(yùn)行維護(hù)的角度來(lái)看,在斷電的情況下,運(yùn)維人員幾乎不可能帶上笨重的油機(jī)到斷電樓宇發(fā)電,所以建議:對(duì)于一類(lèi)(為兩個(gè)穩(wěn)定可靠的獨(dú)立電源各自引入一路供電,該兩路不應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)檢修停電,平均每次故障時(shí)間不應(yīng)大于0.5H,兩路供電線宜配置備用市電電源自動(dòng)投入裝置)、三類(lèi)(為從一個(gè)電源引入一路供電線,供電線路長(zhǎng)、用戶多、平均每月停電次數(shù)不應(yīng)大于4.5次,平均每次故障時(shí)間不應(yīng)大于8H)及四類(lèi)市電供電的樓宇,不建議采用后備供電的方式;對(duì)于二類(lèi)(允許有計(jì)劃?rùn)z修停電,平均每月停電次數(shù)不應(yīng)大于3.5次,平均每次故障時(shí)間不應(yīng)大于6H)市電供電的樓宇,建議可以酌情考慮采用后備供電的方式(后備時(shí)間為0.5-1小時(shí)),從而有效避免時(shí)長(zhǎng)為0.5-1個(gè)小時(shí)以?xún)?nèi)短時(shí)間的停電及市電閃斷造成的設(shè)備退服現(xiàn)象。

        4.不同場(chǎng)景下分布式基站后備供電解決方案比較

        4.1 設(shè)備重量及額定功耗(均為平均值)

        2G RRU重量≤21kg,額定功耗≤240W;3G RRU重量≤18kg,額定功耗≤280W。

        4.2 不同場(chǎng)景下建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值

        弱電豎井,其均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值2.0kN/m2(約為200kg/m2);電梯機(jī)房,其均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值7.0kN/m2(約為700kg/m2);其他場(chǎng)景建筑樓面均布活荷載接近弱電豎井對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

        4.3 蓄電池、UPS的相關(guān)計(jì)算公式

        鉛酸蓄電池的總?cè)萘繎?yīng)按下公式計(jì)算:Q≥KIT/η[1+α(t-25)]

        式中:Q-蓄電池容量(Ah);K-安全系數(shù),取1.25;I-負(fù)荷電流(A);T-放電小時(shí)數(shù)(h);η-放電容量系數(shù),取0.45;t-實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值:無(wú)采暖設(shè)備時(shí),按5℃考慮;α-電池溫度系數(shù)(1/℃):當(dāng)放電小時(shí)率<1時(shí),取α=0.01。

        UPS電池的總?cè)萘?,?yīng)按UPS容量采用以下公式估算出蓄電池的計(jì)算放電電流I,再根據(jù)計(jì)算蓄電池容量的公式算出蓄電池的容量。

        I=S*0.8/μU

        式中:S-UPS額定容量(kVA);I-蓄電池的計(jì)算放電電流電流(A);μ-逆變器的效率;U-蓄電池放電時(shí)逆變器的輸入電壓(V)。

        4.4 不同條件下后備供電解決方案比較

        (1)2/3G RRU各一個(gè)

        RRU重量≤39kg,額定功耗≤520W

        若采用UPS方式:后備時(shí)間按1小時(shí)考慮,UPS額定容量按1kVA考慮,蓄電池規(guī)格24Ah*3節(jié)(按36V直流輸出考慮),重量≤27kg,總重量(主機(jī)和蓄電池是一體機(jī))≤92kg,因此建議設(shè)備落地安裝。

        若采用壁掛式開(kāi)關(guān)電源(蓄電池與開(kāi)關(guān)電源為一個(gè)機(jī)柜)方式:蓄電池容量≥20Ah,總重量≤46.4kg,放電時(shí)長(zhǎng)≥0.53個(gè)小時(shí),因此建議設(shè)備壁掛安裝。

        (2)2/3G RRU各兩個(gè)

        RRU重量≤78kg,額定功耗≤1040W

        若采用UPS方式:后備時(shí)間按1小時(shí)考慮,UPS額定容量按2kVA考慮,蓄電池規(guī)格24Ah*8節(jié)(按36V直流輸出考慮),重量≤72kg,總重量(主機(jī)和蓄電池是一體機(jī))≤172kg,因此建議設(shè)備落地安裝。

        若采用壁掛式開(kāi)關(guān)電源(蓄電池與開(kāi)關(guān)電源為一個(gè)機(jī)柜)方式:蓄電池容量≥40Ah,總重量≤79.4kg,放電時(shí)長(zhǎng)≥0.53個(gè)小時(shí),因此建議設(shè)備落地安裝。

        5.結(jié)束語(yǔ)

        從以上的分析不難看出,隨著B(niǎo)BU+RRU信源的大量應(yīng)用,信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)也需要加強(qiáng)。具有后備供電的供電系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì),但要受到設(shè)備安裝位置環(huán)境等因素(如機(jī)房墻壁、地面承重等)的制約,加之現(xiàn)在相當(dāng)多的建筑樓宇安裝有后備供電系統(tǒng)或具備油機(jī)發(fā)電的能力,后備供電的供電方式不宜大規(guī)模上馬,要針對(duì)具體情況酌情考慮。

        在后續(xù)的探索中,我們將通過(guò)具體案例不斷積累和完善,根據(jù)樓宇分類(lèi)制訂出一套信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)建設(shè)策略、分析思路及實(shí)施步驟,逐步固化信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)解決流程。

        [1]陸健賢,葉銀法,盧斌,林衡華,蔣曉虞,邱涌泉.移動(dòng)通信分布系統(tǒng)原理與工程設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

        [2]周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛(ài)華.UPS應(yīng)用與故障診斷[M].中國(guó)電力出版社,2008.

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