楊 炯

（中國(guó)鐵塔股份有限公司達(dá)州市分公司，達(dá)州 635002）

直流遠(yuǎn)供技術(shù)應(yīng)用分析

楊 炯

（中國(guó)鐵塔股份有限公司達(dá)州市分公司，達(dá)州 635002）

本文對(duì)直流遠(yuǎn)供技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行討論，并分析每種場(chǎng)景下的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)，與傳統(tǒng)引電方式進(jìn)行投資效益分析與比較，并介紹了工程中典型場(chǎng)景配置方法，為直流遠(yuǎn)供技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供一定的參考。

通信光電復(fù)合纜；直流遠(yuǎn)供；分布式基站；不間斷電源；脈寬調(diào)制

1 引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展，一些比較特殊的場(chǎng)景，比如高速公路覆蓋、高鐵覆蓋、隧道覆蓋等，設(shè)備引電比較困難，且存在協(xié)調(diào)施工等困難，在此種情況下，直流遠(yuǎn)供技術(shù)可以有效的解決上述問(wèn)題，快速安全的引電，保證工程的進(jìn)度。

分布式基站的遠(yuǎn)端設(shè)備安裝位置一般都屬于特殊場(chǎng)景，經(jīng)常會(huì)存在引電、費(fèi)用、安全、維護(hù)等方案的問(wèn)題，給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和設(shè)備維護(hù)帶來(lái)一定的困難。如果把近端機(jī)房的-48V直流電通過(guò)復(fù)合光纜傳輸至遠(yuǎn)端受設(shè)備，則可以解決上述困難，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效益和降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。

2 技術(shù)原理

如圖1所示，直流遠(yuǎn)供技術(shù)局端設(shè)備通過(guò)直流-直流（DC-DC）變換器將機(jī)房?jī)?nèi)穩(wěn)定的-48V電源通過(guò)復(fù)合光纜或者電纜輸送至遠(yuǎn)端，為遠(yuǎn)端設(shè)備提供高質(zhì)穩(wěn)定的直流電。遠(yuǎn)端設(shè)備安裝時(shí)，無(wú)需與供電部門單獨(dú)協(xié)調(diào)引電問(wèn)題，也不用考慮提供穩(wěn)定永久的電源所需配套設(shè)備的安裝問(wèn)題，進(jìn)一步加快施工的效率。

直流遠(yuǎn)供的基本工作原理：即將機(jī)房的-48V電源經(jīng)局端設(shè)備隔離升壓成直流高壓（280V～400V）利用專用電纜傳輸至遠(yuǎn)端設(shè)備端，再經(jīng)遠(yuǎn)端變壓至負(fù)載設(shè)備所需的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓為設(shè)備供電。

圖1 直流遠(yuǎn)供原理圖

3 主要應(yīng)用場(chǎng)景分析

直流遠(yuǎn)供技術(shù)主要包含HVDC電源和遠(yuǎn)程輸電。根據(jù)負(fù)載設(shè)備供電需求的不同（DC48V和

AC220V），遠(yuǎn)程供電通過(guò)雙端供電和單端供電兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)。由于通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均為直流負(fù)載且均采用高頻開關(guān)電源，因此不必對(duì)原設(shè)備（二次電源）進(jìn)行任何改動(dòng)。由于直流遠(yuǎn)供技術(shù)具有輸電效率高、輸電線路成本低（可與通信光纜、電纜同桿路、同管道敷設(shè)）、安全、可控等優(yōu)點(diǎn)，因此在通信網(wǎng)絡(luò)中有著廣闊的應(yīng)用前景。直流遠(yuǎn)供技術(shù)遠(yuǎn)程的供電方式，較適宜各種低功耗設(shè)備、室外型設(shè)備的供電，可較好解決特定、特殊場(chǎng)景，無(wú)法獲取電源的網(wǎng)、站點(diǎn)設(shè)備的供電問(wèn)題?？蓮母旧辖鉀Q通信設(shè)備在依托市電供電中存在的各種固有問(wèn)題。采用直流遠(yuǎn)供供電技術(shù)可以向移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、綜合接入設(shè)備、創(chuàng)新概念環(huán)境及其他特殊場(chǎng)景的末端網(wǎng)元通信設(shè)備供電：

3.1 分布式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，主要的場(chǎng)景包括：宏基站2G無(wú)線設(shè)備BTS；宏基站2G/TD-SCDMA BBU和RRU；VIP室內(nèi)分布站；直放站等。

主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：選址不受市電取電影響，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的方案進(jìn)行快速布點(diǎn)；避免市電不可靠對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的影響，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量；節(jié)省了開關(guān)電源或UPS、蓄電池的建設(shè)成本和維護(hù)成本；提高了應(yīng)急保障油機(jī)調(diào)度效率，提高了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；節(jié)省了高昂的市電引入成本和日后繁瑣的電費(fèi)結(jié)算工作量。

3.2 宏基站高鐵專網(wǎng)和高速公路覆蓋的BBU、RRU、直放站等

圖2 分布式基站示意圖圖

圖3 高速鐵路覆蓋示意圖

主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：解決沿線市電取電困難的問(wèn)題；節(jié)省市電取電高昂的引入費(fèi)用；節(jié)省網(wǎng)點(diǎn)眾多導(dǎo)致后期繁雜的電費(fèi)結(jié)算工作量；節(jié)省UPS、蓄電池組、空調(diào)等配套基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)投資成本及維護(hù)成本；采用戶外型設(shè)備，節(jié)省了配套基礎(chǔ)項(xiàng)目的征地和基建項(xiàng)目建設(shè)投資成本。

3.3 綜合接入

綜合接入的典型方案如圖4所示，主要包括的設(shè)備有：WLAN交換機(jī)或AP、AO設(shè)備，GPON、ONU單元，樓宇交換機(jī)，光纖綜合接入。

主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：保障設(shè)備通信級(jí)接入供電要求，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；解決由于網(wǎng)點(diǎn)眾多而產(chǎn)生的市電取電協(xié)調(diào)和后期電費(fèi)糾紛；節(jié)省了UPS、蓄電池設(shè)備的建設(shè)成本和后期高額的維護(hù)成本；解決各種特殊場(chǎng)景的供電問(wèn)題，如開關(guān)電源、蓄電池被盜等。

4 投資效益分析

圖4 綜合接入示意圖

直流遠(yuǎn)供與傳統(tǒng)的供電方式相比有著較大的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)包括建設(shè)成本的節(jié)約，維護(hù)成本更低，另外供電質(zhì)量、系統(tǒng)升級(jí)都存在一定的優(yōu)勢(shì)。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，直流輸電有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）線路造價(jià)低。由于絕緣介質(zhì)的直流強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流強(qiáng)度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。

（2）年電能損失小。直流架空輸電線只用兩根，導(dǎo)線電阻損耗比交流輸電??；沒(méi)有感抗和容抗的無(wú)功損耗；沒(méi)有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無(wú)線電干擾都比交流線路小。

建設(shè)方面的優(yōu)缺點(diǎn)見表1：

表1 直流遠(yuǎn)供與傳統(tǒng)引電優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

運(yùn)維方面的優(yōu)缺點(diǎn)見表2：

表2 直流遠(yuǎn)供與傳統(tǒng)引電優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

5 工程中典型場(chǎng)景下的配置方法

某通信工程隧道采用分布式基站，隧道內(nèi)每隔500米設(shè)置1個(gè)RRU設(shè)備，設(shè)置4個(gè)RRU設(shè)備，每個(gè)RRU功耗為250W，-48V供電。采用直流遠(yuǎn)供方式供電，局端至最近的RRU設(shè)備距離為4000米，遠(yuǎn)端設(shè)備效率0.9，電壓輸入范圍為（280～400V），近端設(shè)備電壓輸出范圍為280V～400V可調(diào)，計(jì)算直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備配置及最小線徑。

此案例中采用樹形結(jié)構(gòu)為遠(yuǎn)端設(shè)備供電，如圖5所示：

圖5 遠(yuǎn)端供電結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)式（1），則R≤30.2Ω，銅的電阻率=18.51Ω?mm2/km，則S≥6.7mm2，取10mm2。線纜損耗為P=I2R為320W，則局端設(shè)備功耗為1431W，取2000W。因此，本工程可采用2×10mm2專用銅芯電纜線7千米，配置2000W近端設(shè)備1臺(tái)，300W遠(yuǎn)端設(shè)備4臺(tái)?？紤]野外銅芯電纜容易被盜，因此采用鋁芯電纜，選擇大一級(jí)線徑規(guī)格的16mm2鋁芯電纜。

表3 為與傳統(tǒng)市電引入價(jià)格對(duì)比：

表3 直流遠(yuǎn)供與傳統(tǒng)供電投資對(duì)比

在某些工程中由于輸電距離比較近，遠(yuǎn)端設(shè)備功耗小，可采用復(fù)合光纜進(jìn)行直流遠(yuǎn)供輸電。某通信工程采用分布式基站，近端距離遠(yuǎn)端為1km，遠(yuǎn)端RRU功耗為250W，-48V供電。采用直流遠(yuǎn)供方式供電，遠(yuǎn)端設(shè)備效率0.9，電壓輸入范圍為（280～400V），近端設(shè)備電壓輸出范圍為280V～400V可調(diào)，計(jì)算直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備配置及最小線徑。

根據(jù)式（1），則R≤121Ω，銅的電阻率=18.51Ω?mm2/km，則S≥0.31mm2，此工程在市內(nèi)，不考慮被盜因素可采用銅芯電纜，由于線徑面積小于4mm2，因此可采用復(fù)合光纜，銅芯面積為1.5mm2。線纜損耗為P=I2R為24W，則局端設(shè)備功耗為301W，取500W。因此本工程建議采用2×1.5mm2專用復(fù)合光纜1千米，配置500W近端設(shè)備1臺(tái)，300W遠(yuǎn)端設(shè)備1臺(tái)。

表4 直流遠(yuǎn)供與傳統(tǒng)供電投資對(duì)比

6 存在問(wèn)題及建議

目前直流遠(yuǎn)供主要應(yīng)用于市電困難或市電引入費(fèi)用偏高的場(chǎng)景，例如山區(qū)無(wú)市電的地區(qū)、鐵路隧道等場(chǎng)景。直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)還存在一些問(wèn)題需要解決或完善，總結(jié)如下：

⊙ 目前直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)無(wú)法直接為大功率交流設(shè)備供電，還需妥善解決機(jī)房空調(diào)等大功率、交流負(fù)載設(shè)備和施工用交流負(fù)載工具的供電問(wèn)題。 ⊙ 直流遠(yuǎn)供由于遠(yuǎn)端沒(méi)有備用電源，因此難以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。直流遠(yuǎn)供由于供電線路架設(shè)較低，防盜措施少，因此銅質(zhì)電纜容易被盜，且存在一定的安全隱患。

⊙ 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)需要對(duì)傳輸線纜的維護(hù)和管理，日常運(yùn)維工作中需特別加強(qiáng)安全管理工作。

⊙ 常規(guī)直流電源設(shè)備中一般不配置漏電保護(hù)裝置，直流高壓設(shè)備中的漏電保護(hù)十分靈敏，可能會(huì)容易誤動(dòng)作，增大了站點(diǎn)斷站的可能性。

⊙ 在城區(qū)，采用復(fù)合光纜的直流遠(yuǎn)供對(duì)城區(qū)管道的占用資源較大，在城區(qū)需要慎用，一定要考慮投資收益比。

⊙ 5km以內(nèi)范圍是高壓直流遠(yuǎn)供最佳的距離，超出5km性價(jià)比就降級(jí)很多。

⊙ 拉遠(yuǎn)方案對(duì)信源站點(diǎn)的電源系統(tǒng)帶來(lái)較大負(fù)擔(dān)，降低了重要保證負(fù)荷的后備時(shí)間，使信源站與遠(yuǎn)端站點(diǎn)總體后備時(shí)間不長(zhǎng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

直流遠(yuǎn)供已經(jīng)在一些通信場(chǎng)景的采用，本文通過(guò)對(duì)直流遠(yuǎn)供的安全分析，效益分析討論直流遠(yuǎn)供的技術(shù)效益可行性，并通過(guò)案例介紹直流遠(yuǎn)供在工程中的配置方法，給出了常用的查詢表方便工程配置。也探討了直流遠(yuǎn)供在存在的一些問(wèn)題，希望在工程實(shí)踐中找到合理的解決辦法，不斷完善直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)。

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.011

TN917.31，TN929.53文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）12-0034-04