［張振 王遠航 褚濤濤 江緒亮］

通信基站戶外一體化機柜中蓄電池地埋實踐成果報告

［張振 王遠航 褚濤濤 江緒亮］

鐵塔公司為了適應(yīng)通信網(wǎng)快速發(fā)展和爭取在城市建設(shè)規(guī)劃中取得政府支持，現(xiàn)網(wǎng)落地站大量采用了戶外一體化機柜的建設(shè)方式，很大程度上緩解了新建基站選址困難、工程建設(shè)難、施工周期長等問題，但由此帶來蓄電池防盜、節(jié)能減排、蓄電池壽命減少等一系列的問題。某市鐵塔公司聯(lián)合相關(guān)合作單位，提出蓄電池地埋方案并進行試點總結(jié)，為解決上述問題提供了一種可實施方案。

戶外一體化機柜 蓄電池 地埋 節(jié)能減排

張振

工程師，本科畢業(yè)于西安電子科技大學，合肥工業(yè)大學工程碩士在讀，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運營商移動網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計等相關(guān)工作。

王遠航

畢業(yè)于南京理工大學計算機通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運營商移動網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計等相關(guān)工作。

褚濤濤

畢業(yè)于阜陽師范學院信息工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運營商移動網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計等相關(guān)工作。

江緒亮

畢業(yè)于皖西學院通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，主要從事運營商移動網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)計等相關(guān)工作。

1　實踐背景及成果簡介

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展， 為了解決網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的覆蓋，通信基站的建設(shè)形式越來越廣泛， 具有站點面積小、工程建設(shè)簡單、施工周期短等特點的戶外一體化機柜基站建設(shè)方式也得到了越來越多的應(yīng)用。蓄電池作為通信基站供電系統(tǒng)的重要組成部分，是基站供電的最后一層保護，其運行的壽命、運維的成本以及基站處于戶外惡劣的外部環(huán)境下自身的防盜性，一直是困擾業(yè)界的一大難題。

為了解決上述問題，優(yōu)化一體化戶外機柜的建設(shè)方案，某市鐵塔公司聯(lián)合合作單位開展了戶外一體化機柜基站蓄電池地埋的創(chuàng)新試點工作，通過試點成果分析，有效解決了上述問題。

本成果是在打破目前傳統(tǒng)戶外一體化機柜設(shè)備艙、蓄電池艙體兩種機柜構(gòu)成組合并完全暴露于地面之上的基礎(chǔ)上，通過將兩者進行地理空間分割的建設(shè)模式，以降低蓄電池被盜率、基站運維成本，戶外基站占地面積，提升機柜空間利用率為目的，最終達到節(jié)能減排的效果。通過本成果的實施，可以對一體化機柜設(shè)備艙體、蓄電池艙體地理空間分割進行集成化、標準化設(shè)計，從而實現(xiàn)一體化機柜具備靈活組合，兼容多種建設(shè)場景，豐富站點產(chǎn)品選擇，節(jié)能環(huán)保，快速部署等特點，經(jīng)過該市鐵塔公司基站建設(shè)以后相關(guān)數(shù)據(jù)測算，戶外一體化機柜蓄電池地埋建設(shè)可以作為基站建設(shè)工程的優(yōu)選解決方案。

2　實踐成果設(shè)計方案簡述

本成果設(shè)計方案在原戶外一體化機柜地面基礎(chǔ)下方設(shè)計建設(shè)一個地下隱蔽艙體，專用于蓄電池的存放，可實現(xiàn)基站蓄電池的隱蔽性防盜，利用地下溫度相對較低、恒定的特點，不需再對蓄電池艙體加裝空調(diào)，節(jié)約空調(diào)能耗，同時設(shè)計人員上下通道，方便維護人員定期檢修維護蓄電池。

方案的主要設(shè)計要點：

（1） 在原一體化機柜地面基礎(chǔ)下方（一般在最側(cè)面蓄電池柜體的正下方）開挖出一個方形的地下艙體，大小合適于存放蓄電池，并預(yù)留人員上下維護的空間。地下艙體四周土建采用混凝土澆實并摻入3%的防滲劑，做好防水措施。

（2） 地埋艙采用高等級304不銹鋼材料整體焊接，外型尺寸與地下混凝土艙體匹配，可放置兩組150AH普通鉛酸電池，為了施工人員能順利進入蓄電池地埋艙，地埋艙入口設(shè)計550mm*550mm的大小。

（3） 地下地埋艙用防水混凝土澆筑施工完成后，將蓄電池獨立艙體放入混凝土艙體中，兩者間縫隙滿澆灌瀝青砂處理，保證夯實穩(wěn)固，機柜安裝完畢后設(shè)備與基礎(chǔ)接縫處采用素混凝土包封。

（4） 地面基礎(chǔ)應(yīng)高于自然地坪約300mm，邊緣做散水坡。獨立蓄電池艙體入口應(yīng)高出地面基礎(chǔ)，地上柜體與地面基礎(chǔ)間在安裝好后四周邊緣做好多層防水處理。全方位做好防水措施。

（5） 地下蓄電池艙上方的最側(cè)面柜體（遠離鐵塔側(cè)，一般為蓄電池柜）下部設(shè)可拆卸擋板，下方為地下蓄電池艙的上下人孔，設(shè)爬梯可上下人員進行蓄電池操作維護。

（6） 地下蓄電池艙體與地上柜體間預(yù)留走線孔管，用于布放蓄電池電纜、監(jiān)控線纜走線，排放蓄電池運行中產(chǎn)生的氣體。

（7） 整體基礎(chǔ)根據(jù)尺寸需求重新作出設(shè)計；

（8） 原戶外一體化機柜設(shè)計預(yù)留的地下管線、手孔按實際情況確定設(shè)計方案。

主要設(shè)計如圖1：

圖1　整體示意圖

圖2　地埋艙

圖3　通風原理

3　成果的技術(shù)特點及應(yīng)用效果

3.1成果主要技術(shù)點

（1） 安全防盜：蓄電池艙隱蔽，不易被發(fā)現(xiàn)，減少被盜幾率。

將蓄電池艙進行地埋，蓄電池不易被發(fā)現(xiàn)，并對電池艙入口進行防盜網(wǎng)安裝并進行偽裝，增加盜竊難度，延長偷盜作業(yè)時間。

（2） 節(jié)能減排：分艙溫控，利用地下恒溫，不用空調(diào)。

在空調(diào)功率一定的情況下，將蓄電池艙與設(shè)備艙分離后，僅需對地面以上部分的設(shè)備艙進行溫度控制，充分節(jié)約電力能耗。而蓄電池艙埋于地下，借助地表以下的恒溫，來進行蓄電池艙的溫度控制，不再單獨添加空調(diào)，符合集團公司節(jié)能減排、綠色新能源的精神。蓄電池組熱耗小，易散熱，經(jīng)測試，地埋藏處于-10-43攝氏度的溫度范圍內(nèi)。

（3） 維護方便：預(yù)留地下電池艙專用通道，操作維護方便。

設(shè)置蓄電池艙專用進出通道，進出艙體內(nèi)部無需進行設(shè)備拆除，不需切斷基站，對于蓄電池維護或者更換較為方便。

（4） 安裝高效：標準化設(shè)計，施工便捷。

對戶外一體化機柜蓄電池地埋進行標準化設(shè)計，節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施、地面施工、地下施工費用，對于工期緊急的項目可實現(xiàn)快速建設(shè)、開通，提高工程建設(shè)部進度，達到節(jié)約能源的預(yù)期目的。

（5） 防水安全：混凝土包封，高標準不銹鋼，多層防水。

防水，是戶外一體化機柜蓄電池地埋建設(shè)成敗的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對獨立蓄電池艙體采用高等級材料制作，進行防腐涂層等多層防腐。蓄電池艙整體處于混凝土基礎(chǔ)包封之中，并澆灌瀝青砂進行側(cè)壁處理，在混凝土基礎(chǔ)之上噴涂兩層防水以及防銹漆，確保機柜防水安全。

3.2成果應(yīng)用效果

（1） 蓄電池艙溫度控制得到有效解決

目前采用的戶外一體化機柜蓄電池處于地面以上部分，易受高溫直射等影響，為保證蓄電池正常的工作溫度，需要配置專用空調(diào)使機柜內(nèi)整體降溫，能耗較大。 將蓄電池艙進行單獨設(shè)置并埋于地下，利用地下相對恒溫的環(huán)境，經(jīng)反復(fù)測試，地埋艙溫度可以處于20-30攝氏度的理想溫度范圍內(nèi)。

（2） 延長蓄電池使用壽命

借助地下恒溫環(huán)境，蓄電池避免高溫直射等，使其自身所處的溫度環(huán)境處于常態(tài)水平，延長了蓄電池使用壽命，從而節(jié)省蓄電池產(chǎn)品的費用投入。

（3） 提高蓄電池艙的重復(fù)利用率

戶外一體化機柜蓄電池艙地埋采用整體安裝、吊裝的方式，在城鎮(zhèn)化不斷推進的今天可以方便的實現(xiàn)機柜的割接，提高蓄電池艙的重復(fù)利用率，減少后期拆站的建設(shè)投資成本。

（4） 施工安裝便捷

地埋式電池艙采用標準化設(shè)計，一體化施工，對于承載地埋式電池艙的地面部分，采用常規(guī)開挖，余土進行轉(zhuǎn)運，工程量可以在4小時內(nèi)完成.整體艙體采用吊裝、安裝方式進行，工作量可以在3小時內(nèi)完成。

（5） 防盜、防水創(chuàng)新

地埋式蓄電池艙入口開于機柜內(nèi)，施工或維護人員從機柜的內(nèi)部方能進度地埋電池艙體內(nèi)，無外露接口，防水性好，隱蔽防盜較為安全。

4　成果應(yīng)用效能定量評估

本節(jié)分別從“機柜成本”、“機柜基礎(chǔ)土建成本”、“空調(diào)耗能”、“蓄電池更新成本”、“機柜維護人工成本”等5個維度進行費用詳細對比測算分析，如表1。

4.1 機柜成本角度

表1　機柜柜體成本對比分析

通過對兩種類型一體化機柜成本進行比較，地埋式機柜增加一個地埋電池艙體費用，機柜成本增加1 170元。

4.2機柜基礎(chǔ)土建施工成本

表2　 機柜基礎(chǔ)土建成本對比分析

4.3電池艙溫控調(diào)節(jié)

（1） 戶外一體化機柜各溫度測量取樣點標注。

圖4　溫度測量取樣點標注

表3　溫度取樣點測量表

蓄電池底部取樣點深度約為1.1米。

（2） 某市鐵塔蓄電池地埋試點基站溫度實測表。

根據(jù)該市天氣變化情況，在冬半年較低溫度、夏半年較高溫度和日常溫度下對地埋試點進度溫度測試如圖5。

圖5　夏季某天溫度測試數(shù)據(jù)

圖6　冬季某天溫度測試數(shù)據(jù)

經(jīng)實測圖顯示，在空氣環(huán)境在-10-43攝氏度區(qū)間，一體化機柜地上機柜艙體內(nèi)溫度處在-8-46攝氏度區(qū)間，地埋電池艙體內(nèi)部溫度均值處在-1-27攝氏度區(qū)間。

綜上所示：可以得出將戶外一體化機柜蓄電池艙進行地埋后恒溫控制狀況達到了預(yù)期效果。

4.4蓄電池更新成本

（1） 蓄電池使用環(huán)境溫度與蓄電池壽命的關(guān)系

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，蓄電池的充放電是一個電化學過程，影響該過程最大的因素是溫度。在25 °C時運行，是設(shè)計制造和使用蓄電池的理論壽命。根據(jù)電化學理論，溫度降低，蓄電池可放電容量減少。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在環(huán)境溫度為25℃時，蓄電池容量為100%，當溫度下降到-10℃時，蓄電池容量只有標稱值的70%。當環(huán)境溫度升高到45℃時，蓄電池容量可以高達標稱容量的105%，但過高的溫度會對蓄電池的使用壽命造成嚴重影響。所以，蓄電池處在20-25℃區(qū)間范圍內(nèi)，可以獲得最佳的放電效果和使用壽命。

（2） 兩種蓄電池類型機柜蓄電池使用壽命分析

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，蓄電池運行環(huán)境溫度提高10℃，使用壽命下降50%。

測試數(shù)據(jù)選在亳州相對高溫的5-8月份收集，經(jīng)對湯陵葦張及后毛新村兩個站點的測試溫度取樣分析以及實測圖顯示，在夏季高溫環(huán)境中，空氣環(huán)境在30-40℃區(qū)間，一體化機柜地上機柜艙體內(nèi)溫度處在32-44℃區(qū)間，地埋電池艙體內(nèi)部溫度均值處在26-27℃區(qū)間，接近蓄電池理想運行溫度20-25℃范圍，并比同期地上設(shè)備艙體內(nèi)溫度低15℃范圍。

表4是常用式、蓄電池地埋式兩種戶外一體化機柜蓄電池使用壽命分析以及電池購置費用分析如表4。

4.5蓄電池維護人工成本

表4　蓄電池更新成本對比分析

類別機房巡檢次數(shù)維護人工成本費用比較普通型MINI1次/單月偏差0元地埋蓄電池1次/單月

表6　地埋式蓄電池建設(shè)成本分析

兩者皆需要巡檢維護，費用不變。

4.6成果應(yīng)用效果定量評估小結(jié)

綜上分析，地埋式蓄電池建設(shè)成本分析如表6。

5 成果應(yīng)用推廣結(jié)論

本試點成果自建設(shè)完畢后，經(jīng)過對溫度的監(jiān)控以及防水、防盜性能的反復(fù)測試具有良好的效果，在后期的基站建設(shè)過程中進行使用，具備較大的推廣價值。

本試點成果在新的建設(shè)環(huán)境下適合在郊區(qū)、農(nóng)村等基礎(chǔ)開挖方便和蓄電池被盜嚴重的場景進行推廣。在不影響蓄電池日常維護的前提下，可有效降低蓄電池被盜風險，同時減少蓄電池空調(diào)能耗、提高蓄電池運行壽命、節(jié)約一體化機柜利用空間，實現(xiàn)基站低成本運營，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

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10.3969/j.issn.1006-6403.2016.07.014

2016-06-24）