高压直流远供.doc

研发项目结题报告（上报集团版）项目名称及编号高压直流远程供电技术研究 2010_lh_41主要研究单位及负责人（联系方式）浙江公司姓名：毛松苗手机箱： 其他研究单位及负责人（联系方式）移动设计院(协助单位)姓名：巩欣手机箱：江西公司(协助单位)姓名：温金孙手机箱：辽宁公司(协助单位)姓名：黄贤斌手机邮箱：湖南公司(协助单位)姓名：刘学红手机箱：13807493838139.com是否集团重点(是/否)是是否联合项目（是/否）是项目经费（万元）300项目起止时间 2010 年 1 月 2010 年 11 月专业类别通信电源研究类别相关网络解决方案关键词索引（35个）远供、分布式、高压直流该项目在研究单位内部的评审结果优秀该项目在研究单位内部的评审意见： 高压直流（280v）集中远供是一种新的电源保障模式，具有投资省、运行可靠性高、维护成本低等优势，适合在分散式组网系统中的应用，具有较大的推广价值。项目的简介：解决移动网络分布式基站、道路沿线覆盖、综合接入等典型分布式组网的方案中电源保障困难的问题，研究制定高压直流远程供电保障模型，并制定通信设备在不同环境下的电源远程供电技术规范。通过研究制定高压直流远程供电系统模型，确立不同场景下全方位的电源保障方案，建立通信设备在高压直流远供平台下的电源标准，从而提高移动网络分布式组网场景的电源保障能力，提高电源运行维护效率，降低运行成本，进一步提高移动通信网络质量和客户感知度，提升市场竞争力。通过对试点的经济性评估，节省投资在30%以上，运行维护成本下降40%以上。对现有企业标准规范的符合度：该项目为创新项目，需制定出一个适用于分散组网方式通信系统的高压直流远供系统标准。该项目的专利情况： 1.电源防触电技术，申请中；2.直流电源智能控制技术，申请中；3.智能化防燃烧防雷技术，申请中。该项目研发存在的主要问题及今后的设想： 1供电接口现网通信设备电源接口不统一，在实际应用场景中部分设备不适应280v直流供电。目前主要通过在通信负载前端增加电源适配器，以满足通信设备的实际需求。今后的设想：建立统一的通信设备电源电源接口规范，简化供电系统结构，提高运行维护效率，降低电源设备成本。2. 施工安全及操作规范由于业主及施工单位对高压直流远供的施工安全及操作规范不熟悉，导致施工过程中项目开展难度较大。今后的设想：需在线缆敷设及系统防雷设计等方面进一步完善，提高业主及施工单位对高压直流远供的施工安全和操作规范的普及性。3.拉远供技术规范拉远供电技术规范及远供电源产品需按照通信电源相关规范、标准进行设计，提高设备通用性、实用性，为下一步建立统一的电源接口规范提供依据和研究经验。项目研究成果的主体内容（3000字以上，可附在表格后）： 枯在一、背景情况随着移动技术的发展和公司全业务经营展开，分布系统已成为了网络覆盖建设的主要方式，光纤拉远技术得以大量应用，网元不断向用户侧延伸，企业接入业务的质量保障要求也日益显现。由此对现有的通信电源保障体系提出了新的要求，传统的电源保障模式需要有所突破。1.1 网络发展需求大量的远端设备有后备电源配置需求，就分布系统来讲，远端设备数量众多。如果远端设备未安装后备电源，一旦发生停电，仅信源端的设备加了后备电源，对网络质量保障的意义不大。远端设备就近供电存在交流引入、安装及监控困难，维护、抢修难度增加等问题。大部分交流供电的通信设备都能接受直流280v的供电尤其是新的设备基本都适应高压直流的供电。在与华为、艾默生等厂家的交流中，基本确认高压直流供电可行性，对设备正常运行无影响。280v的远程供电系统，相比48v远供和交流远供具有供电距离远、系统安全性高，建设及运行成本低等优点。1.2传统电源保障模式的局限性为解决远端电源保障问题，现网供电保障的几种解决方案如下：l 方案一、市电直接供电由于供电无后备保障，将严重影响客户感知度。l 方案二、本地开关电源供电设备数量大且分散，面积承重受限，设备安装困难；远端无监控传输资源，动力设备监控实现困难，后期维护工作量巨大，投资以及维护成本高。l 方案三、本地ups供电除了“方案二”的缺点外，还存在能耗和故障率高的问题，网络质量无法得到可靠保障，此外冗余备份实现方案复杂且实现成本特别大。l 方案四、48v直流远供拉远距离受到严格限制，同时对线缆线径要求比较高，导致工程成本和施工的难度提高。l 方案五、逆变器交流远供主要存在效率低和故障率高的问题，网络质量无法得到可靠保障，此外冗余备份实现方案相对复杂且实现成本高。1.3 高压直流远供技术优势在分布系统、综合接入、高铁等分散组网系统中，远端设备传统的后备电源的保障，存在应急困难和维护工作量大等问题。高压直流（280v）集中远供是一种新的电源保障模式，具有投资省、运行可靠性高、维护成本低等优势：1) 投资省：采用集中供电，减少设备数量和市电引入费用。2) 维护成本低：a. 减少设备维护数量，降低维护工作量和费用投入。b. 电池运行环境好，寿命长，减少报废更新投入。3) 运行可靠性高：a. 中心站点引入市电可靠性高，电池的保障效果好。b. 远供线路的安全保护功能强。c. 集中监控，便于停电及故障的应急保障。d. 采用直流悬浮传输技术和专业级的防雷保护功能，在使用远端电源设备的情况下可以实现开路保护、短路保护、漏电保护、设备输入、输出安全保护、强电入侵保护以及所有保护的自恢复功能，保护响应时间为30ms。让高压直流远供电源系统达到通信用电源系统安全等级和可靠等级。二、技术方案2.1直流高压远供电源系统综合解决方案概述高压直流远程供电系统由远供电源局端设备、远供电源远端设备及馈电电缆组成，远供电源局端设备放置在有后备电源供应的中心基站机房内，将机房稳定的-48v直流电源升压到dc280v直流电（或直接将机房内ac220v变换成280v的直流电压）由馈电线输送出机房，采用直流悬浮传输技术传送给一定距离外的远供远端电源设备，以保证整个分布式通信设备的稳定工作和网络运行质量。对于个别不接受dc280v直接受电的远端通信设备，则在其输入侧安装高压直流专用电源适配器，将dc280v转换为通信设备接受的电源类型和电压范围再对其进行供电。详见下框图所示：2.2 高压直流远供电源系统典型网络解决方案2.2.1分布系统组网应用的模型 组网说明:l 高压直流远供电源安装在室分机房或接入网机房内；以期利用机房内的48v电源系统或ac220v电源输入，通过高压直流远供电源转换为dc280v直流后通过电力电缆为各个远端提供电源保障；l 通过高压直流远供电源设备智能通信接口接入基站动力环境集中监控系统，实现系统集中监控和集中管理；l 高压直流远供电源设备采用n+1冗余高可靠性结构，并通过专业的高压直流配电单元完成对各分路进行分配管理，进一步提高高压直流远程供电系统的可靠性；l 对于远端通信设备（rrugru光纤直放干放ap等）进行直流供电；对于个别不能接受dc280v直供的设备在前端加装高压直流远供远端电源适配器设备进行电压转换。2.2.2 高铁项目组网应用的模型组网说明:l 高压直流远供电源安装在电源中心站；以期利用机房内的48v电源系统或ac220v电源输入，通过高压直流远供电源转换为dc280v直流后通过电力电缆为各个远端提供电源保障；l 通过高压直流远供电源设备智能通信接口接入基站动力环境集中监控系统，实现系统集中监控和集中管理；l 高压直流远供电源设备采用n+1冗余高可靠性结构，采用总线级联的方式为，所有级联在设备前端的高压直流微型短路器的上端头完成；l 由于采用总线方式进行供电，建议对不同方向铁路沿线远端设备采用独立供电系统，进一步提高高压直流远程供电系统可靠性；l 对于远端通信设备（rrugru光纤直放干放等）进行直流供电；对于个别不能接受dc280v直供的设备在前端加装高压直流远供远端电源适配器设备进行电压转换。2.3 高压直流远供电源系统配置直流高压远供电源系统具有模块化结构及系统灵活的扩容能力，远供电源系统可以根据本期项目需求，以接入通信设备额定功率为依据，电源系统电源模块采用n+1冗余备份架构进行系统配置；在特殊情况下可以不考虑n+1冗余备份结构，但是电源模块最小数量不少于2个；对于大型组网的分布式网络系统，建议采用分片区独立供电的机制。单台局端电源系统负载不超过3000w，单供电传输距离不超过3km;提高供电系统可靠性。2.4 直流高压远供电源系统线缆选择2.4.1根据直流系统供电距离与压降的计算关系直流远供电路拓扑图如下图表示：rloop1传输距离与压降的计算关系1）2） ul=i rloop+ urul局端输出电压，ul =280v或140v、48vi环路电流rloop= rloop1+ rloop2线路环阻ur远端电压，未知3） ur 2-ulur+prrloop=0pr远端功率4） rloop铜=18/a(mm2)l(km)2/0.85 铜电阻率为0.01752/m rloop铝=28/a(mm2)l(km)2/0.85 铝电阻率为0.02853/ma为导线截面积l为传输距离2.4.2 电缆现场选择电缆材质可选用铜芯或铝芯，但由于铝芯材质在等效载流量情况下，相比铜芯电缆质量轻、价格低，且不易被盗；在户外使用时建议采用铝芯电缆替代铜芯电缆。电缆耐受等级要求为1kv，拉远供电电缆输送直流电力，建议使用双芯电缆；要求外皮颜色为橙色，且要求电缆厂家在外皮醒目加印“带电危险勿触”的字样；内部双芯线缆外皮颜色分别为红色和黑色，红正，黑负。 考虑线路维护专业的独立性，建议一般情况下采用传统的电缆和传输光缆各自单独布放的形式，谨慎选用性能工艺质量优良的光电复合缆进行线路施工，以避免今后增加维护抢修难度（馈电光缆）。2.5高压直流远供电源系统防雷接地高压直流远供电源设备的防雷与接地需满足国家行业和企业相关标准的规定；移动通信基站设备必须采取联合接地方式。根据高压直流远供电源远距离传输场景的特殊性，对spd应用有如下几种要求：l 对于同一建筑物内部或供电线路全部采用地埋管道的敷设方式，可以不加装spd；l 高压直流远供电源设备的直流输出端应具备防雷功能，独立的防雷模块最大通流容量宜为20ka、8/20s，防护等级为c级。l 当杆路至末端通信设备的电缆达不到50米的埋地长度要求时，最短埋地长度不宜小于15米，并应在末端通信设备前加装防雷设备。l 末端通信设备前加装的室外用防雷箱，其防护等级应达到ip55的防护标准，防雷模块最大通流容量宜为20ka、8/20s，防护等级为c级；且室外用防雷箱外壳应做到与联合地网的接地扁钢切实有效地电气连接。2.6高压直流远供电源系统设备安装及线缆敷设2.6.1 设备安装要求严格按照移动通信电源施工流程和施工界面，禁止私自更改设计和不按设计施工；如设计文件指导存在问题应联系设计人员，在设计人员指导下施工。远供电源安装在适应通信电源安装的环境下，电源施工安装人员必须是电工专业人员，严禁无证施工。在设备安装过程中按照规定进行防静电保护措施制定并完善施工安全管理规范和操作规范；施工前必须使用测量工具测量使用电源的电压，电流等，保证电源参数符合用电要求，严禁使用未知，未测量的电源为通信设备供电；根据高压直流远供电源的直流悬浮的技术要求进行施工，要求施工过程到标识分明、施工安全规范操作。上电操作规范，高压直流远供通信电源系统(包含供配电设备、局端设备、远供供电线路、远端设备)加电前必须先用测量仪器检查电源系统连接符合安全要求：供电回路相互和对地均无短路现象，供电线路电缆无机械或物理损坏，接线处连接必须牢固可靠，供电设备的输出开关断开且输出电压正常，额定输出电流满足受电设备的需求；高压直流远供通信电源以及连接设备的全部电源开关断开，设备内部无短路现象等。2.6.2线缆敷设要求远供线路电缆应针对敷设场景的不同，选用类型适合在架空、埋地、管井中敷设的电力电缆。电缆线径规格宜选用1.5、2.5、4mm2、 6mm2、10mm2和16mm2为宜，方便施工，线径不宜超过25mm2。高压直流远供通信电源系统的线路正常情况下为全程对地悬浮状态，正负均不接地，单独一条电源线与地均不能构成通电回路，对线路维护时必须由电源专业人员进行电压电流的检测，以确保人身安全；严禁未经检测和不采取保护措施的情况下，进行线路施工。远供线路中，在电缆检修处或明显可视位置应增加直流高压的警示标牌，警示安全，标牌相隔距离不宜超过150米。三、效果3.1高压直流远供与直流dc48v拉远比较传统统的dc48v直流系统由于采用低电压、大电流的电能传输机制，导致直流在拉远传输过程中损耗比较大。直流高压远供电源系统采用了高电压、小电流的远距离电能传输机制，在采用直流悬浮供电技术和其它安全保护技术后，有效解决了通信直流电在远距离传输损耗大问题。3.2高压直流远供技术与交流远供技术比较3.2.1 高压直流远供与交流远供线损测试比较 高压直流远供在线路损耗测试过程中，其结果大大优于交流远供线路损耗。具体情况如下远端恒功率的比较受电类型输出电压输出电流输入电压输入电流压降v损耗w交流2205.282035.0717132.39直流2804.182664.181458.52输出同功率的比较 受电类型输出电压输出电流输入电压输入电流压降v损耗w交流2805261.34.7518.7158.825直流2805263.5516.582.5比较结果：远端恒功率的情况下，交流线损是直流的2.3倍；输出同功率的情况下，交流线损是直流线损的1.9倍。 3.2.2高压直流远供设备与交流远供设备效率转换比较在通过不同远端接入负载功率和设备转换功率进行比较，其测试情况分别如下：远端同功率比较项目交流输入直流输入近端输入电压220v280.02v近端输入功率884w800.5w线路环阻200m 200m 远端输出功率730w730w功率损耗184w69.5w 从上述表格可以得出 交流线路损耗为直流的2.6倍 。 逆变设备与直流远供设备比较项目某主流厂逆变器 民用逆变器 直流升压设备 设备输入电压50.9v51.0v50.9v设备输入电流21.3a10.95a24.55a设备输出电压221.2v216.5v280.1v设备输出电流4.01a2.04a4.00a效率81.80%79.10%89.60%总谐波分量4.20%16.90%0% 逆变器的效率明显低于直流升压设备的效率，后期直流升压设备在通过进一步改进后，其效率可以达到90%以上3.2.3高压直流远供与交流远供安全性说明交流电对人体的损害作用比直流电大，不同频率的交流电对人体影响也不同。人体对工频交流电要比直流电敏感得多，接触直流电时，其强度达250毫安有时也不引起特殊的损伤，而接触50赫交流电时只要有50毫安的电流通过人体，如持续数十秒，便可引起心脏心室纤维性颤动，击导致死亡。交流电中28-300赫的电流对人体损害最大，极易引起心室纤维性颤动，20000赫以上的交流电对人体影响较小，故可用来作为理疗之用。我国采用的工频交流电源为50赫，对人体损害是较严重的。 国际电工委员会（iec） 标准规定，在通常状况下，安全电压上限值为交流50 伏或无波纹直流120 伏。在特殊状况下，接触电压上限值为交流25 伏或无波纹直流60 伏。人体通过的安全电流值交流为10ma，直流为50ma。 3.3高压直流远供技术实施总体评估效果l 节省工程投资高压直流远供方案与传统供电方案可通过各项工程费用进行详细的投资对比分析，以沪杭高铁嘉兴段的工程可研投资进行对比，其与