室内分布后备电源方案分析2012.11.09.docx

3G分布系统后备电源方案的比较与分析根据目前四川地区的3G室内分布建设情况，结合目前集团发布的建设原则，以及四川地区3G室内分布建设的实际情况，针对目前使用比较多的几种室内分布供电设备及供电方案进行了比较和分析，经过与几家电源设备厂家的技术交流，我们在这里对以下几种供电设备及供电方案进行比较与分析：一 高压直流远程供电1. 原理介绍高压直流远程供电系统取用机房自带蓄电池保障的直流-48V开关电源系统作为基础电源，通过局端电源升压，将-48V升压到对地悬浮隔离的100-400V（连续可调）直流电压（减少线路损耗） ，通过复合光缆或电缆将直流电源远距离传输，经远端电源保护监控并在远端再转换为稳定的DC/-48V,AC/220V为负载设备供电,或直接高压直流为交流设备供电，目前四川地区使用的华为设备，接入DC240V直流电压后故障报警，华为厂家不建议直接使用高压直流为华为RRU设备供电。 远供电源局端滤波防雷隔离升压直流输出滤波防雷控制保护专用配电保护装置DC-48V输入远端设备转换器监控DC-48V/AC220V输出复合光缆（或普通电缆）图1 高压直流远供原理图2. 应用场景适用于就近引电困难远端无法安装后备电源,且引电距离远(300m3000m) ，可集中供电。实际应用中可分为以下几种供电方式：图2 点对点拉远供电多路分配单元图3 集中式拉远供电图4 级连式拉远供电3. 引电采用机房自带蓄电池保障的直流-48V开关电源系统作为基础电源；4. 优缺点优点: 可解决野外及复杂场景取电难的问题；减少市电审批环节；有效的减少了交流供电带来的容抗与感抗问题；可以选用传输电缆与光缆的复合结构，与光缆一次性施工,降低施工成本；输电线路正负极对地悬浮，提高了安全性；目前部分厂家推出了专用高压直流配电保护设备,一定程度上提高了高压直流的安全性与可维护性。 缺点: 目前中国移动没有相应技术标准；远期远端站电源容量扩容会有难度；使外部强电入侵信源基站直流电源系统的可能性加大；直流高压设备中的漏电、开路等保护十分灵敏，增大了站点误操作断站的可能;高压直流供电与交流供电特性有较大差别，线路与设备施工维护习惯需要有所改变, 增加了转换环节,降低了转换效率，集中供电方式对局房电源的可靠性与后备容量提出了更高的要求，目前高压直流相关标准还在制定中，高压直流设备还有很多问题需要解决与改进。5. 布线选型 通过电力线缆或复合光缆输送至远端，用厂家标配的供电电缆（一般采用2.5mm或4mm铜芯电线）从信号源处的280V直流电源或由逆变后220V交流电源为远端设备供电；当采用级联方式拉远供电时，根据远端设备数量及功耗计算电缆线径，并根据拉远距离适当加粗电线线径。6. 配置清单根据厂家报价，直流远供产品价格大致如下：序号品名主要参数单价数量备注1局端模块单元8000左右12远端模块单元2000左右13多路分配单元2000左右14远端防雷器2000左右1局端模块单元和远端模块单元配置容量根据所接设备总功率确定，需考虑GSM、TD、LTE，一般局端模块单元最大输出功率为3KW左右，远端模块单元由500W至1.6KW不等；二 EPS（应急电源）交流供电方式1. 原理介绍EPS应急电源系统主要包括整流充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置和系统控制器等部分。其中逆变器是核心，通常采用DSP或单片CPU对逆变部分进行SPWM调制控制，使之获得良好的交流波形输出；整流充电器的作用是在市电输入正常时，实现对蓄电池组适时充电；逆变器的作用则是在市电非正常时，将蓄电池组存储的直流电能变换成交流电输出，供给负载设备稳定持续的电力；互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换；系统控制器对整个系统进行实时控制，并可以发出故障告警信号和接收远程联动控制信号，并可通过标准通讯接口由上位机实现EPS系统的远程监控。 图5 EPS应急电源系统组成图2. 应用场景可以在无机房情况下，将EPS放置在弱电竖井或大楼内其他可安放EPS的小型区域，可以实现一定范围内的集中拉远供电,目前大部分厂家EPS可以提供1KVA、2KVA、3KVA等型号，此可为多个RRU提供交流拉远集中式供电。3. 引电考虑EPS后备电源一般不高于3KVA，故从就近建筑物的原交流配电屏（箱）引入一路220V交流电源。电力电缆采用沿墙穿管和走线槽的形式引入EPS处，要求引入一路不小于三类的市电电源，市电引入电缆要求采用相线截面6mm2铜芯阻燃线缆。4. 优缺点优点: 可以实现一定范围内的交流集中拉远供电；与UPS（不间断电源）相比具有较好的电池管理功能；对环境的适应性较好,可用于环境较复杂的场景；平时直接由市电为主设备供电,减少了中间转换环节,一定程度上起到了节能效果。 缺点: 市电不正常时需要一定时间(一般10ms左右)切换到后备电源,非不间断供电；需要引入市电并需要一定安装空间。 5. 布线选型由EPS配电箱至布线距离100米，建议使用2.5mm铜芯线；100m300m，建议使用6mm铜芯线；6. 配置清单后备4小时配置（整套配置价格在26000左右）序号产品名称规格型号安装类型主机尺寸mm（宽*厚*高）数量单位重量1德国易德胜专用EPSYED-3.7KW落地式260*525*5901套65KG2德国赛能铅酸蓄电池12V/100AH专用电池柜安装238*172*42916只30.5*16=488KG3专用电池柜BT-16落地式460*790*11901个35KG4EPS输出配电箱壁挂1个5安装辅材线村，PVC管，膨胀螺丝等等1批后备2小时配置（整套设备价格在18000左右）序号产品名称规格型号安装类型主机尺寸mm（厚*宽*高）数量单位重量1德国易德胜专用EPSYED-3.7KW落地式260*525*5901套65KG2德国赛能铅酸蓄电池12V/38AH专用电池机柜安装166*197*17516只12.5*16=200KG3专用电池柜BT-8落地式460*790*6101个13KG4安装辅材线村，PVC管，膨胀螺丝等等1批三 小型一体化开关电源供电1. 原理介绍利用小型壁挂式开关电源或落地式开关电源加蓄电池的方式为主设备供电。 2. 应用场景 适用于RRU设备的分散供电,可以为每个适合安装后备电源的RRU提供比较可靠的后备电源。 3. 引电小型一体化开关电源功率都在3KW左右，就近从建筑物的原配电箱引入一流220V交流电源。电力电缆采用沿墙穿管和走线槽的形式引入开关电源处，要求引入一路不小于三类的市电电源。当开关电源功率3KW时，市电引入电缆要求采用相线截面4mm2铜芯阻燃线缆；当开关电源功率在3KW至5KW时，市电引入电缆要求采用相线截面6mm2铜芯阻燃线缆；4. 优缺点优点: 供电可靠；转换效率高；整流模块采用N+1备用方式；能够提供相应的监控接口。 缺点: 为分散式供电,不方便维护；需要就近引入市电并需要一定安装空间；由于供电电压为直流-48V,线损较大,不适合远距离拉远供电。 如需要拉远供电(300m),可增加直流转交流模块或直流转高压直流模块,将后备电源的电压升高后实现远程供电,此种方式增加了转换环节,增加了转换环节,降低了转换效率,增加了故障点，如在机房外安装应考虑防水防尘防盗等问题。5. 布线选型采用厂家标配电线或复合光缆从开关电源处接电； 6. 清单配置主设备蓄电池配置方案表- RRU独立供电每套一体化开关电源价格在12000左右设备类型RRU个数基站设备负荷开关电源配置蓄电池市电引入容量载频数最大负荷(W)类型容量（A）类型容量（Ah）RRU1-21-6800复合式开关电源30-60铁锂50-1002-5KW，220V3-47-121500复合式或一体化60或150高温1505-613-182000一体化150-200高温200四 方案总结与比较以上提到的三种分布系统供电方案在其他省市均有一定数量的试点或应用。高压直流拉远方案由于在中国移动还没有相应的技术标准,在试点应用过程中需要注意:高压直流线路与配电系统的施工与维护与交流电线路与配电的施工与维护有较大不同,不能够完全照搬交流电施工与维护的经验与设备,需要施工单位适应一段时间,可通过试点积累施工与维护经验,充分发现实际使用中的问题。EPS交流为分布系统供电目前在辽宁公司有一定的使用规模,目前反映良好,需要注意的是EPS由市电切换到后备电源有一定的切换时间,经过厂家实验，目前大部分通信设备对于10ms以内的切换时间可以适应，目前大部分电源设备厂家的切换时间都能做到在6ms之内，但EPS的切换时间还是在一定程度上带来了导致通信设备重启、掉电等故障的可能,建议在与通信主设备厂家充分沟通与实验后进行一定规模的试点应用。一体化开关电源与高压直流相结合的方案,目前一体化开关电源产品在四川地区已经有一定规模的试点应用,设备相对完善,可以针对个别无法集中式供电的场景进行单独分散式供电，在今后的方案中可以灵活搭配高压直流远供设备或逆变器，并能够将这些设备与一体化开关电源合理的结合起来，提高集成度与对不同复杂环境场景的适应性，进一步在试点中发现问题,改进问题。五 附：集团关于分布系统建设指导原则目前集团下达的TD网络2010年扩容工程室分系统建设指导原则如下：1. BBU供电(1) 室内分布信源站均配置1套交直流供电系统，至少含1套-48V高频开关组合电源（含交流配电单元、高频开关整流模块、监控模块、直流配电单元）和2组（或1组）阀控式蓄电池组组成。(2) 对于无专用机房或机房条件受限的小型基站，条件许可的情况下尽量采用直流-48V一体化电源机柜供电。(3) 室内分布信源站要求引入一路不小于三类的市电电源，站内交流负荷约为5kW15kW，具体数值应结合RRU供电方式、RRU数量、RRU设备功耗、空调耗电量等确定。(4) 蓄电池组的后备时间参考以下建设原则：市区基站的蓄电池后备时间3h，城郊及乡镇基站的蓄电池后备时间5h。（注：应结合基站重要性、市电可靠性、运维能力、机房条件等因素确定）(5) 室内分布信源站宜配置2组蓄电池，机房条件受限或后备时间要求较小的基站可配置1组蓄电池。(6) 高频开关组合电源整流模块容量按本期负荷配置，整流模块数按n+1冗余方式配置。(7) 地线系统应采用联合接地方式，即工作接地、保护接地、防雷接地共设一组接地体的接地方式。在机房内应至少设置1个地线排。(8) 电源电缆均应采用非延燃聚氯乙稀绝缘及护套软电缆。(9) 防雷系统的设置应符合中国移动通信企业标准基站防雷与接地技术规范（QB-W-011-2007）的要求。2. RRU供电(1) RRU设备尽量采用信号源处的电源为其供电。(2) 当RRU距BBU的线缆长度100m时，用标配的供电电缆从信号源处的48V直流电源为其供电。(3) 当RRU距BBU的线缆长度100m且300m时，可根据现场条件，结合设备装机位置、线缆敷设难易程度、RRU数量等情况，综合考虑RRU供电方式：a.使用信号源处的-48V直流电源为RRU供电，标配的供电电缆不能满足电压降的要求时，可加粗供电电缆线径；b.线缆数量较多或敷设路由困难时，单独采用-48V直流电源为RRU供电，配置小开关电源及蓄电池组；c.若电源设备安装位置受限时，可采用从信源处引交流220V电源为RRU供电，但需注意要求该交流电源为-48V直流电源加逆变器，且逆变器为N+1工作方式；(4) 当RRU距BBU的线缆长度300m时，宜单独采用-48V直流电源为其供电，为RRU配置小开关电源及蓄电池组；若电源设备安装位置受限时，可采用从信源处引交流220V电源为RRU供电，但需注意要求该交流电源为-48V直流电源加逆变器，且逆变器为N+1工作方式。六 四川地区分布系统后备电源选择建议由于目前四川地区室内覆盖系统的规模较大，有的可以达到几十个RRU，设备安装位置复杂，机房面积小，协调困难，相当一部分信源设备不得不安装在弱电井、过道、楼梯间、电梯机房等位置，设备很容易受到业主杂物、灰尘、水浸等不利因素的影响，四川地区又是多雷区，频繁的雷电对设备也产生了很大的影响，再加上3G工程工期紧张，由于多方面因素带来的换点频繁的现象更为室内覆盖设备及其配套设备的安装带来了很多不利影响，同时也要防止过多不同位置的供电点对整套供电系统带来不利的影响。因此在选择分布系统供电设备及方案的过程中，在充分参考集团相关建设原则的前提下，可采用集中供电与分散供电相结合的方式，在后备电源的供电电压等级的选择上要充分满足主设备的需要以及换点带来的供电方案变化的可能性；在设备的选择上尽量选择体积小，工作稳定，对安装环境的适应性强的设备；根据后备电源集中式供电与分散式供电的需要，供电设备的研发与设计也应当向两个方向发展：一是小型化直流设备，能够为单个过少数几个分布系统有源设备提供直流后备电源，尽量减少安装后备电源设备所占用的空间，使协调与安装分布设备与后备电源设备的工作量维持在相同等级上，并且不至于发生由于分布设备换点安装空间发生变化带来的供电方案的变化；同时后备电源的可用性、可靠性以及对环境的适应能力都要大于或与分布设备相同。另一个方向是可支持远程供电的大容量后备电源，此类后备电源系统电源容量大，电池后备时间长，最大限度的降低电力在传输过程中的损耗，同时也要尽可能的节省线材，必须有完善全面可靠的保护装置与监视控制系统，对于此类后备电源设备可以协调专用机房提供比较完善的配套与机房环境，可使其长期稳定的工作。因此结合四川地区实际情况，建议具备信源机房拉远供电条件的站点，优先从信源机房引电，距离近的RRU可直接从信源机房引直流电，距离较远的RRU利用目前可用的逆变器