陳超俊

（中國(guó)鐵塔股份有限公司湛江市分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

根據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)，截至2023年2月末，我國(guó)5G基站總數(shù)達(dá)238.4萬(wàn)個(gè)，占移動(dòng)基站總數(shù)的21.9%，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，不僅完成了城市范圍的深度覆蓋，而且縣城及農(nóng)村區(qū)域也完成了全面覆蓋，在助力疫情防控和復(fù)工復(fù)產(chǎn)等方面發(fā)揮了重要作用。湛江鐵塔在近年來(lái)累計(jì)建設(shè)了近6 500個(gè)5G基站，積累了一定方案經(jīng)驗(yàn)，下面就相應(yīng)的電源改造方案做簡(jiǎn)單總結(jié)與探討。

1 5G技術(shù)對(duì)電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗相比傳統(tǒng)的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都要大得多，單站負(fù)荷在50%左右時(shí)，5G基站的典型功耗是4G基站總功耗的3倍以上，因此，5G設(shè)備對(duì)于基站外市電容量及配套電源容量的要求非常高，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)電源系統(tǒng)帶來(lái)較多挑戰(zhàn)。

（1）挑戰(zhàn)1：5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功耗提高后，較多現(xiàn)網(wǎng)基站的市電容量不滿足新增5G基站的需求，必須對(duì)外市電進(jìn)行擴(kuò)容改造。外市電擴(kuò)容改造工程不但投入大，而且耗時(shí)長(zhǎng)，容易影響5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)度且大大提升了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資成本。

（2）挑戰(zhàn)2：運(yùn)營(yíng)商時(shí)代建設(shè)的基站入網(wǎng)年限較長(zhǎng)，部分外電工程、開(kāi)關(guān)電源等配套設(shè)備在網(wǎng)運(yùn)行遠(yuǎn)超5年甚至10年以上，存在低效開(kāi)關(guān)電源多、電源模塊槽位無(wú)法擴(kuò)容、空開(kāi)端子數(shù)量不足、新舊電池組并聯(lián)、輸出電壓不穩(wěn)等問(wèn)題，因此電源部分改造工程復(fù)雜，交付工期不可控，對(duì)5G基站的開(kāi)通運(yùn)行造成影響[1]。

（3）挑戰(zhàn)3：部分5G基站的BBU需要放置在本站機(jī)房?jī)?nèi)，或者存在部分基站的BBU集中放置，這樣就大大增加了機(jī)房設(shè)備空間占用率，同時(shí)提升了機(jī)房環(huán)境溫度，因此部分基站也需要新裝空調(diào)或者替換大功率空調(diào)以增加空調(diào)制冷總量。

2 5G電源系統(tǒng)改造方案

每個(gè)基站的資源配置不同、應(yīng)用場(chǎng)景不同，因此在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中只有落實(shí)“一點(diǎn)一方案”，精細(xì)化實(shí)施管控，才能做到用最低的成本做最多的事。湛江鐵塔目前交付運(yùn)營(yíng)商6 462個(gè)5G基站，其中新建站址339個(gè)，改造存量站址6 123個(gè)。存量站址改造部分的情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。下面簡(jiǎn)單總結(jié)了湛江鐵塔在近年建設(shè)過(guò)程中的改造方案。

表1 湛江鐵塔存量站址5G需求改造情況（單位：個(gè)）

2.1 外市電改造

對(duì)外市電的容量需求的評(píng)估需綜合考慮基站機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)有各項(xiàng)設(shè)備的功耗、電池的充電功率和歷史放電情況、空調(diào)及照明等設(shè)備的功耗[2]。只有準(zhǔn)確掌握這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行有針對(duì)性的分析并制定改造方案。常規(guī)的5G 64T64R宏站單站S111典型配置的功耗約為3～4 kW。在新增5G設(shè)備時(shí)，可根據(jù)基站的實(shí)際情況確認(rèn)改造方案。

（1）當(dāng)原外電接入的公用變壓器或?qū)Ｓ米儔浩骱藢?shí)容量充足時(shí)，應(yīng)從載流量、壓降、外觀等方面核實(shí)引入部分線纜的情況，如果線纜可以滿足5G設(shè)備接入，可以直接利舊接入；如果線纜無(wú)法滿足5G設(shè)備接入要求，則需安排線路改造，一般引入部分線徑不應(yīng)小于4×25 mm2（鋁纜）。

（2）當(dāng)原外電接火點(diǎn)為單相220 V時(shí)，從安全的角度和后續(xù)可能的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需求考慮應(yīng)改造為三相380 V。

（3）當(dāng)現(xiàn)有部分基站使用轉(zhuǎn)供電方式接入時(shí)，如有供電局的接入點(diǎn)資源，可以在本次5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中改造為直供電方式，湛江鐵塔累計(jì)共完成93個(gè)站點(diǎn)轉(zhuǎn)改直，這樣可有效節(jié)約設(shè)備的用電成本，為行業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效。

（4）當(dāng)現(xiàn)有接火點(diǎn)為公用變壓器并且其容量已經(jīng)接近擴(kuò)容最低門限時(shí)，從安全方面考慮，需與當(dāng)?shù)毓╇姴块T溝通，推動(dòng)對(duì)方及時(shí)配合對(duì)變壓器進(jìn)行擴(kuò)容。

（5）當(dāng)原外電引入線纜的線徑夠大但基站專用變壓器容量已達(dá)80%以上時(shí)，需對(duì)專用變壓器進(jìn)行增容。如無(wú)法完成增容且有公用變壓器資源，則考慮“高改低”，重新報(bào)裝380 V市電并將其引入基站使用。

2.2 交流配電箱改造

現(xiàn)網(wǎng)基站機(jī)房?jī)?nèi)目前配置的交流配電箱一般容量都是100 A的，而5G設(shè)備的交流負(fù)荷需求一般不超過(guò)20 A，可結(jié)合勘察情況評(píng)估。湛江鐵塔機(jī)房?jī)?nèi)一般有1～3個(gè)交流配電箱，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)改造過(guò)程中暫未對(duì)交流配電箱實(shí)施改造。另外，運(yùn)營(yíng)商部分5G網(wǎng)絡(luò)要求提供交流供電，可通過(guò)在室外增加63 A的小型交流配電箱搭配交轉(zhuǎn)直對(duì)設(shè)備供電?？偟膩?lái)說(shuō)，交流配電箱的改造應(yīng)根據(jù)基站的具體情況與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求安排實(shí)施改造與升級(jí)。

2.3 開(kāi)關(guān)電源改造

現(xiàn)網(wǎng)基站目前配置的開(kāi)關(guān)電源其機(jī)架容量一般都是300 A或者600 A，5G網(wǎng)絡(luò)直流負(fù)荷需求一般為150 A（含充電電流）。部分現(xiàn)網(wǎng)的開(kāi)關(guān)電源機(jī)架容量設(shè)置并不合理，不能有效地滿足當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)際需求，可根據(jù)基站的實(shí)際情況確認(rèn)改造方案。

（1）當(dāng)原有開(kāi)關(guān)電源有冗余空氣開(kāi)關(guān)或熔絲數(shù)量但配置小時(shí)，可直接替換大容量端子。如果空氣開(kāi)關(guān)或熔絲已全部被占用，可通過(guò)新增直流配電擴(kuò)展單元實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容改造。

（2）當(dāng)原有開(kāi)關(guān)電源的整流模塊槽位足夠時(shí)，可直接增加整流模塊擴(kuò)容；當(dāng)原有開(kāi)關(guān)電源的整流模塊框已接近滿配時(shí)，考慮到槽位受限，模塊可按N配置方式（注：一般開(kāi)關(guān)電源要求N+1配置）。需保證新插入的模塊必須與原有模塊的廠家型號(hào)保持一致。

（3）如果需新增的整流模塊已停產(chǎn)且機(jī)房空間滿足，則可考慮新增一套開(kāi)關(guān)電源；如機(jī)房空間不滿足，可通過(guò)插框改造將整流模塊部分整體替換，或者直接進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源設(shè)備替換改造。

（4）如果核實(shí)擴(kuò)容模塊后無(wú)法滿足5G網(wǎng)絡(luò)接入需求且機(jī)房空間滿足，可以考慮直接新增開(kāi)關(guān)電源。在地面空間滿足新增組合式開(kāi)關(guān)電源時(shí)，可考慮附墻增加壁掛式開(kāi)關(guān)電源。

（5）對(duì)于部分入網(wǎng)年限長(zhǎng)的老型號(hào)開(kāi)關(guān)電源，空氣開(kāi)關(guān)和整流模塊槽位一般配置較小，可考慮直接替換改造為新的開(kāi)關(guān)電源，超過(guò)10年的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)考慮逐步退網(wǎng)。

2.4 蓄電池改造

現(xiàn)網(wǎng)基站的蓄電池組容量一般在200～800 Ah之間，運(yùn)營(yíng)商對(duì)于5G設(shè)備備電時(shí)長(zhǎng)的要求一般為1～3小時(shí)。根據(jù)測(cè)算，新增5G設(shè)備的電池?cái)U(kuò)容需求為200～500 Ah。近年來(lái)，鐵鋰梯次電池作為國(guó)家發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)推廣的儲(chǔ)能新技術(shù)之一，相對(duì)于傳統(tǒng)鉛酸電池，在使用壽命、充放電性能、電能轉(zhuǎn)換效率、耐高溫、質(zhì)量和體積等方面更有優(yōu)勢(shì)，可在蓄電池改造過(guò)程中應(yīng)用[3]。在同樣占地空間和同樣質(zhì)量的情況下，梯次電池組的容量至少可以達(dá)到鉛酸電池組的1.5倍，經(jīng)濟(jì)效益更高。當(dāng)原有蓄電池容量配置不滿足時(shí)，可根據(jù)基站的實(shí)際情況確認(rèn)改造方案：

（1）當(dāng)機(jī)房的空間相對(duì)充裕時(shí)，可考慮直接增加一組蓄電池，優(yōu)先按原有電池組型號(hào)進(jìn)行擴(kuò)容改造，在改造方案制定前核實(shí)機(jī)房承重是否滿足新增電池組。

（2）當(dāng)機(jī)房的空間相對(duì)緊張，無(wú)法滿足擴(kuò)容時(shí)，可考慮將原有小容量蓄電池組更換成大容量蓄電池組。另外，部分老舊電池組的容量隨著年限會(huì)存在明顯壓降，可在本期改造過(guò)程中考慮替換。

（3）當(dāng)機(jī)房空間已無(wú)法滿足更大體積的電池組時(shí)，可考慮將現(xiàn)有的鉛酸電池組替換為梯次電池組。

（4）當(dāng)基站為室外一體化機(jī)柜且機(jī)柜內(nèi)已無(wú)擴(kuò)容空間時(shí)，可考慮協(xié)調(diào)物業(yè)在原有機(jī)柜旁邊新增一套電池柜，安裝一組新蓄電池。

2.5 空調(diào)改造

基站內(nèi)溫度需保持在5～30℃才能保證5G網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備和傳輸?shù)仍O(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性[4]。目前，常規(guī)存量機(jī)房基站至少配置一臺(tái)1P的室內(nèi)空調(diào)，部分最多配置兩臺(tái)3P柜式空調(diào)交替使用，5G網(wǎng)絡(luò)制冷量一般需要1.5 kW。在制定機(jī)房空調(diào)改造方案時(shí)，第一步應(yīng)按照熱負(fù)荷計(jì)算公式明確機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)制冷總量需求數(shù)，然后結(jié)合基站內(nèi)現(xiàn)有空調(diào)的型號(hào)配置和折舊情況綜合考慮基站內(nèi)的安裝空間限制，確定最終改造方案?？偟膩?lái)說(shuō)，可根據(jù)基站的實(shí)際情況考慮新增空調(diào)還是替換已有空調(diào)。

對(duì)于一體化機(jī)柜來(lái)說(shuō)，一般不需要新增空調(diào)，但需要分析現(xiàn)有空調(diào)的使用效能是否正常，如果已出現(xiàn)明顯制冷故障應(yīng)及時(shí)安排整治更換。

3 5G電源改造案例簡(jiǎn)析

3.1 改造案例一

湛江鐵塔某存量基站共有三家運(yùn)營(yíng)商共享，外電為單相轉(zhuǎn)供電接入，現(xiàn)場(chǎng)業(yè)主有三相電接入點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)，業(yè)主的表前為4×25 mm2銅線，表后為4×25 m m2銅線到空開(kāi)處，閘刀到機(jī)房線纜為2×10 m m2銅線，機(jī)房現(xiàn)有設(shè)備合計(jì)功率為6.5 kW，新增5G設(shè)備功率為5.1 kW，交流電流預(yù)計(jì)為15 A，合計(jì)新增設(shè)備后總電流為47 A。

改造方案：考慮來(lái)電后瞬間電流為正常工作電流1.5倍，單相承載瞬間最大電流達(dá)到20 A以上，需要將2×10 mm2電纜更換為4×35 mm2鋁線，將單相電改為三相接入，更換后滿足新增5G設(shè)備的需求。

3.2 改造案例二

湛江鐵塔某存量基站機(jī)房空間較大，外電接入為單相220 V直供電，配置一臺(tái)開(kāi)關(guān)電源的總機(jī)架容量為600 A，整流模塊已滿配，現(xiàn)網(wǎng)已有三家運(yùn)營(yíng)商的3G、4G網(wǎng)絡(luò)共享，現(xiàn)有聯(lián)通和移動(dòng)兩家運(yùn)營(yíng)商有新增5G設(shè)備需求，經(jīng)評(píng)估本站點(diǎn)的外市電、開(kāi)關(guān)電源、電池組容量都無(wú)法滿足。

改造方案：聯(lián)合供電局到現(xiàn)場(chǎng)勘察確認(rèn)接入點(diǎn)有三相電資源，重新報(bào)裝，將外市電改為380 V接入，新增一套壁掛式開(kāi)關(guān)電源和一組500 Ah梯次電池，為兩家運(yùn)營(yíng)商的5G設(shè)備提供電源。

3.3 改造案例三

湛江鐵塔某存量站點(diǎn)現(xiàn)有2組300 Ah鉛酸電池，目前有新增移動(dòng)5G設(shè)備需求。經(jīng)分析新增AAU和BBU設(shè)備總功耗為3.7 kW，移動(dòng)設(shè)備的備電時(shí)長(zhǎng)要求為1小時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)在網(wǎng)設(shè)備的功耗電流為55 A，則綜合測(cè)算增加1套移動(dòng)5G設(shè)備后蓄電池組容量需增加至800 Ah大于現(xiàn)網(wǎng)的600 Ah。

改造方案：經(jīng)對(duì)機(jī)房承重進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)考慮到原有電池組已入網(wǎng)6年有一定變形，且可能還有其他運(yùn)營(yíng)商新增5G設(shè)備需求，確認(rèn)改造方案為拆除現(xiàn)網(wǎng)2組300 Ah鉛酸蓄電池組，替換為2組400 Ah梯次鐵鋰電池組，改造完成后可滿足5G設(shè)備需求。

4 5G基站電源創(chuàng)新技術(shù)方案探討

4.1 直流遠(yuǎn)供

我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)使用的是較高頻段，覆蓋范圍受限，因此為滿足5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋需建設(shè)大量的微基站。微基站具有安裝快速、位置靈活、設(shè)備小且功耗低等特點(diǎn)，可采用直流遠(yuǎn)供的供電方式滿足其設(shè)備運(yùn)行需求。

直流遠(yuǎn)供方式的連接距離不應(yīng)超過(guò)2 km，一般以1～2 km為宜，采用串聯(lián)級(jí)聯(lián)方式滿足多套設(shè)備的供電需求。直流電壓可根據(jù)具體點(diǎn)位的耗電需求，對(duì)應(yīng)選擇280 V或380 V直流電壓[5]。

4.2 外市電智能削峰

當(dāng)基站外電只滿足均值負(fù)載，不滿足峰值負(fù)載，同時(shí)外電改造難度非常大時(shí)，可以增加智能開(kāi)關(guān)電源，并且設(shè)置好對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化的負(fù)載閾值。當(dāng)負(fù)載峰值大于過(guò)載功率時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)的鐵鋰電池組同步對(duì)負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)智能削峰的效果。在負(fù)載相對(duì)空閑時(shí)，鋰電電池組轉(zhuǎn)入均充狀態(tài)，這樣可以實(shí)現(xiàn)“不改市電、不動(dòng)配電、不增機(jī)柜”的目的[6]，采用低成本方式達(dá)到高效部署的效果，是一種實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)快速建網(wǎng)的改造方案。

4.3 電池混搭、共用管理

如果基站的機(jī)房空間相對(duì)比較大，滿足新增電池組，同時(shí)在網(wǎng)的電池入網(wǎng)時(shí)間不長(zhǎng)，當(dāng)滿足正常使用時(shí)，可以通過(guò)增加電池共用管理器把新增的梯次電池組與原有的鉛酸電池組聯(lián)動(dòng)管理，降低改造成本。

4.4 光伏發(fā)電、儲(chǔ)能供電

現(xiàn)網(wǎng)部分基站的外市電引入改造難度較大，而且施工成本高?？梢钥紤]對(duì)部分樓面空間較大的樓面站或者野外旁邊有足夠大空地的地面鐵塔站，通過(guò)增加光伏發(fā)電裝置，為基站補(bǔ)充一路供電，提升整體供電容量，滿足新增5G設(shè)備的大功耗需求，部分點(diǎn)位光伏功率足夠大，可直接代替原市電。該綠色能源方式實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

通信行業(yè)是保障社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，而5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是當(dāng)前通信行業(yè)重點(diǎn)推進(jìn)的建設(shè)項(xiàng)目，滿足5G基站的超高能耗需求是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵難點(diǎn)之一，因此在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)重視5G基站的電源配套改造工作。湛江鐵塔通過(guò)積極分析和總結(jié)科學(xué)可行的電源方案，滿足了三家運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，這些方案對(duì)后續(xù)搭建一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的5G網(wǎng)絡(luò)具有重要參考價(jià)值?！?/p>