直流远供浅析.doc

一 无线设备电源远供背景 1 1 1 直流远供的技术 1 1 2 直流远供电缆选择和计算 2 1 3 对应无线拉远的实际应用方式 4 1 4 直流远供解决方案特点 4 1 5 直流远供的优点 5 1 6 直流远供系统常用的保护方式 5 1 7 直流远供目前存在的问题 6 1 8 对未来直流远供的建议 7 1 9 直流远供方案和其它方案的比较对比 7 附录 1 中利缆线厂家光电复合缆资料 8 附录 2 村通工程分布式基站拉远供电方案 11 直流远供 第 1 页 一 无线设备电源远供一 无线设备电源远供背景背景 1 RRU 拉远距离一般直流 48V 一般不超过 100 米 220V 交流可长于直流 2 高压直流拉远设备一般是宽电压的 80V 300V 距离为 300mm 5Km 超过 5Km 后缆线需要加粗 性价比不好了 3 直流远供线缆选用铠装屏蔽线缆或屏蔽电力光纤 屏蔽层采用三点或多点 接地 由于尚无标准可言很多厂家的使用的缆线不需要接地 4 交流远供 拉远距离可达 40km 电力线和光缆共杆架设 两者垂直间距 30cm 以上 杆距 25 40m 5 为了解决移动拉远站点远端站拉远距离远 就近引电困难等问题 高压直 流远程供电 100V DC 380V DC 可作为一种可以考虑的解决方案 该方案性 价比较高 1 11 1 直流远供的技术直流远供的技术 1 高压直流远供电源 也有称之为电源拉远 是直接将机房内稳定的 48V 电 源经远供电源处理升压后 以最大效率的方式通过光电复合电缆或电力线直接 给远方或接入端的通讯设备供电 不受通讯设备本地 接入端区域 任何停电 情况的影响 相对于用电设备的室内机可称为永久性供电 直流远供可降低通 讯设备断电时间 2 目前中国移动还没有相应的技术规范 3 直流远供方式可有效杜绝通信供电的故障 增加了通讯设备的工作使用率 4 高压直流远程供电曾经比较广泛的应用于其他运营商小灵通的供电方案 140V DC 或 240V DC 主要为了解决小灵通远端站建设中市电停电的困扰和 就近电源接入的困难 以及远端后备电源维护困难等问题 并制订有相关的暂 行技术规范 5 高压直流远程供电系统采用的基础电源是机房带蓄电池保障的直流 48V 供 电系统 通过局端电源升压 将 48V 升压到对地悬浮隔离的 100 380V 直流电 压 减少线路损耗 通过复合光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 48V 直流为供负载设备供电 直流远供 第 2 页 6 直流远供的供电源头是机房内标准且稳压的 48V 电源 与市电完全隔离 与大地悬浮不构成回路 无漏电风险 供电独立性强 由于直流远供电源可永 久性供电且无漏电风险 所以不必要安装电力部门的电表 漏电保护开关 大 体积 电源和与电力部门的协商施工等 大大减少了固定投入 7 直流远供电源设备采用电信级元器件 免维护设计 寿命长 没有体积大 和受温度限制的蓄电池 也没有腐蚀性强的酸性气体 更不会出现半夜雷雨后 漏电开关跳闸而维护人员无法到达现场合闸的情况 大大降低了维护成本和维 护难度 1 21 2 直流远供电缆选择和计算直流远供电缆选择和计算 1 光电综合缆 随着通信事业蓬勃兴起 通信网络中电话业务呈平稳增长趋势 而数据业务 呈指数增长态势 语音 数据和图像等的多媒体均需传输 所以需要更大的网络 容量和更宽的带宽 光电综合缆是一种新型的接入方式 它集光纤 输电线 信 号线与一体 可以解决宽带接入 设备用电 信号传输 适用于宽带接入网系统 中做传输线 优点优点 外径小 重量轻 占用空间小 1 成本低 网络建设费用低 避免了重复布放线路 2 具有优越的弯曲性能和良好的耐测压性能 施工方便 3 同设备的适应性高 可扩展性强 产品适用面广 4 同时提供多种传输技术 提供巨大的带宽接入 5 光电综合缆主要提供的接口光电综合缆主要提供的接口 光纤 光信号接收接口 1 输电线 电源接口 2 信号线 业务通信接口 3 区间通信接口 该图是光电复合电缆的 示意图 直流远供 第 3 页 2 电缆的选择是根据远段设备的功耗 及远近决定的 下面是某个厂家提供的数据 远端机总功耗 W 电线连接方式 最长馈电距离 km 远端机总功耗 W 电线连接方式 最长馈电距离 km 100 单芯连接 20500 两芯并联 6 150 单芯连接 13550 两芯并联 3 7 200 单芯连接 10200 三芯并联 20 300 单芯连接 6 6300 三芯并联 20 400 单芯连接 4 5400 三芯并联 15 450 单芯连接 4450 三芯并联 12 5 500 单芯连接 3500 三芯并联 9 550 单芯连接 1 9550 三芯并联 6 150 两芯并联 26400 四芯并联 20 200 两芯并联 20450 四芯并联 16 5 300 两芯并联 13500 四芯并联 12 400 两芯并联 10550 四芯并联 7 450 两芯并联 8 3 电缆线经的计算 公式 1 85 0 220120minmax PP UU R 其中 R 电缆环阻 Umax 系统最大许可压降 V 通常取 120V Umin 远端最小许可输入电压 V 通常取 220V P 负载功率 W 远端电源转换效率 通常取 0 85 直流电源所用缆线截面计算如下 电流矩法 S 2L I V 公式 2 S 为缆线截面 I 为电流量 L 为距离 V 为电压降 为电导率 其中铜芯缆 57 铝芯缆 34 钢 7 2 5mm2 4 mm2 6mm2 8mm2 10mm2 16mm2 25mm2 35mm2 最常用的采用 4 mm2 10mm2 16mm2 缆线太粗造价随着距离的增加造价会太高 直流远供 第 4 页 1 31 3 对应无线拉远的实际应用方式对应无线拉远的实际应用方式 拉远方式有 3 种 点对点拉远 集中供电拉远 级联拉远 1 点对点拉远 2 集中供电拉远 3 级联拉远 RRU 末端设备的避雷器需要根据实际情况来定 避雷器一般采用 20AK 8 20 s 的参数 雷曝高的地区采用 20AK 8 20 s 的参数 1 41 4 直流远供解决方案特点直流远供解决方案特点 直流远供系统在不同的使用环境下与传统的户外分散取电进行成本的比较 可以基本得出 1 当设备拉远距离大于 200m 时 宜采用直流升压供电方案 2 考虑到综合成本因素 单回路负载总功率在 1200W 以下 拉远的电缆截面 积不宜超过 16mm2 拉远距离不宜超过 5kM C 级 C 级 C 级 C 级 直流远供 第 5 页 3 根据实际绝大多数应用情况的模式距离在 3 公里以内的 单回路总功率在 2000W 以下 线径为 4 6 10 方常用线缆 尤其在考虑光电复合电缆 通信专 用电力铝缆等新型材料下 直流远供系统有非常大投资优势 1 51 5 直流远供的优点直流远供的优点 1 取电方便 不用另外找电源 可解决野外取电难的问题 2 电源稳定 不受市电干扰 并且具有一定的电池后备时间 3 远供线路与市电完全隔离 线路不接地并与大地悬浮 一定程度上降低了 漏电的风险 供电独立性强 4 减少电表 电源柜 漏电保护开关的使用 降低成本 减少市电审批环节 5 降低施工成本 可以选用传输电缆与光缆的复合结构 可以与光缆一次性 施工 6 与交流拉远相比 在一定程度上节省线材 7 有效的简化了维护工作 与在远端配置后备电源相比 降低了维护工作量 8 直流远供电源不受当地市电复杂的负荷变化 昼夜变化 电站多样化而产 生电压过高或过低 不受当地大型设备开启和关闭时而产生干扰 谐波 闪变和浪涌等干扰 杜绝当地复杂电力网络中的直接雷和感应雷损坏通讯 设备 直流远程供电网络干净单一 供电电压稳定 从而保障通信设备工 作稳定 可靠 并有效延长通信设备使用寿命 1 61 6 直流远供系统常用的保护方式直流远供系统常用的保护方式 1 直流悬浮传输技术 输出电压 输出的直流高压对地处于悬浮状态 人接触任何一个极性无触 电的感觉 2 开路保护 当传输回路 正极或负极电缆 部分或全部被破坏时 为确保维护人员与 设备安全系统切断高压输出 输出线路检测电压 40V 线路无高压 保护时 间 30ms 维护人员触电几率很小 3 短路保护 直流远供 第 6 页 当传输回路中 某处电缆的正极与负极短接时 系统切断高压输出 输出线 路检测电压 40V 线路无高压 保护时间 30ms 可防止线缆过热 4 漏电保护 当远供回路任何一处对地绝缘阻抗下降 产生对地电流时 2mA 系统 应切断局端高压输出 输出线路检测电压 40V 保护时间 30ms 5 维护人员无触电的可能施工要求 施工过程传输线缆无接头 可大大降低维护人员触电的可能性 6 输入过 欠 压保护 机房 48V 电压高于 60V 或低于 40V 时 局端设备停止输出 保证了局端 设备的安全可靠或防止局端电池组放电过量 保证了电池组的安全使用 7 输出过压保护 局端设备输出电压高于 380V 时 局端设备保护 停止输出 保证了通信设 备输入电压的可靠性 8 输出过流保护 经过传输电缆的电流大于额定值时 局端设备保护 停止输出 防止了电 缆过热或损坏 保证了传输电缆的安全可靠 9 强电入侵保护 当有市电与电源传输线路产生搭接时 系统自动切断局端的高压输出 10 故障隔离 点对多点组网应用时 某一设备有故障不会影响到另一设备的正常运行 1 71 7 直流远供目前存在的问题直流远供目前存在的问题 1 由于目前中国移动没有相应技术标准 不同厂家远供电压等级不统一 设 备与相关器件标准不统一 2 远期远端站电源容量扩容会有一定难度 后期新设备使用和共建共享会受 到一定影响 3 拉远方案对信源站点的电源系统带来较大负担 降低了重要保证负荷的后 备时间 使信源基站与远端站点总体后备时间不长 4 拉远方案导致外部强电入侵信源基站直流电源系统的可能性加大 5 常规直流电源设备中一般不配置漏电保护装置 直流高压设备中的漏电保 直流远供 第 7 页 护十分灵敏 可能会容易误动作 增大了站点断站的可能 6 高压直流供电与交流供电特性有差别 线路与设备施工维护习惯需要有所 改变 1 81 8 对未来直流远供的建议对未来直流远供的建议 1 由于中国移动目前没有相应的技术标准 大电流应用场景成功经验较少 建议在个别场景少量试用 逐步推广使用 2 为减小远供设备对信源机房造成的电源容量负担 可在远端提供市电供电 远供电源做为备用电源使用 3 建议在近端站及远端站设置断路器 方便维护与检修 配电应采用双级或多 级开关 应同时切断正极和负极回路 4 5KM 以内的范围是高压直流远供最佳的距离 超出 5KM 性价比就降低很多 1 91 9 直流远供方案和其它方案的比较对比直流远供方案和其它方案的比较对比 三种典型供电方案的比较 比较项目比较项目 方案方案 市电接入 交流远 市电接入 交流远 供 供 方案方案 备用 备用 UPS方案方案 直流远供 直流远供 1 本地供电有有有 2 无缝切换无有有 3 永久供电无短时供电有 4 漏电开关人工合闸无自动合闸 5 防雷需外加防雷装置已内置防雷装置已内置防雷装置 6 点对多点供电无无有 7 安全保护需外加安全保护装置已内置安全保护装置已内置安全保护装置 8 重量轻重轻 9 维护简单复杂免维护 10 建设周期长短短 11 建设成本高高低 12 运维成本低高低 2 2 0 0 吉林移动延边分公司直流远供的问题吉林移动延边分公司直流远供的问题 吉林移动延边分公司已经采购了电缆 和光缆 独立采购的 其中电缆每盘 长度为 1KM 盘 厂家 中利科技集团 辽宁有限公司 0410 8899982 陈永为 型号 VLV22 2 10 聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆 直埋缆 如果架空寿命自由 2 3 年 JKV JKY 交联聚乙烯绝缘架空电缆 架空缆 直流远供 第 8 页 每盘长度有 1KM 1 2 KM 1 5 KM 1 8 KM 外径 20mm 重量 470 kg km 电缆接头需要专门的工具 不是简单连接 外面需要加热缩套管 建议 建议 缆线重新购买选用光电复合缆为最佳 这样性价比最高 附录附录 1 1 中利缆线厂家光电复合缆资料 中利缆线厂家光电复合缆资料 非标产品 1 光电综合缆的典型产品及结构 GDA S 8B1 4 4mm2 2 2 0 5 GDA S 6B1 4 2 5mm2 5 2 0 5 GDA S 8B1 2 2 5mm2 4 2 0 5 GYFJH 2A1a 2 4mm2 2 实例 GDA 8B1 4 4mm2 2 2 0 5 直流远供 第 9 页 GDA 6B1 4 2 5mm2 5 2 0 5 GDA 8B1 2 2 5mm2 4 2 0 5 GYFJH 2A1a 2 4mm2 直流远供 第 10 页 3 光电综合缆结构 中心加强芯为金属加强芯 金属加强芯采用高强度磷化单圆钢丝的杨氏模 1 量不低于 190GPa 抗拉强度不低于 1470MPa 加强芯也可用非金属加强芯 FRP 非金属加强芯的杨氏模量不低于 50GPa 抗拉强度不低于 1100MPa 根据缆芯结构 加强芯可以有垫层 光缆采用束管套塑 每个束管内光纤为 2 12 根全色谱单模光纤 缆芯内 2 可以有一根或多根束管 束管外根据缆芯结构可以有塑料垫层 电源线的导体采用绞合导体或软导体 每根电源线截面为 1 5 10mm2 电源 3 线绝缘采用聚氯乙烯或阻燃聚氯乙烯材料 最高额定工作电压 450 750V 正常使 用时导体最高工作温度 70 电源线芯数为 2 4 芯 信号线导体采用直径为 0 4 0 6mm 实心铜导体 绝缘采用聚乙烯材料 信 4 号线可以是单根也可以是对绞的 信号线的芯数或对数根据缆芯结构而定 光电综合缆根据缆芯结构可以有填充绳 填充绳材料为聚乙烯或聚氯乙烯 5 缆芯包带材料具有非吸湿性 非吸油性 耐高温性 6 护层结构为铝塑综合护层 A 或钢塑综合护层 S 7 根据用户需要可以生产各种结构及各种护层的光电综合缆 8 4 产品特性 光缆光缆 松套束管式单模光缆满足 YD T 901 2009 层绞式通信用室外光缆 要求 紧 套光缆满足 YD T 1258 1 2003 室内光缆系列 要求 电源线电源线 电源线满足 YD T 1173 2001 通信电源用阻燃耐火软电缆 GB T 5023 2008 额定电压 450 750V 及以下聚氯乙烯绝缘电缆 要求 信号线信号线 信号线满足 YD T 322 1996 铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆 要 求 5 产品的主要性能指标 光缆光缆 直流远供 第 11 页 光缆允许承受的拉伸力和压扁力表 敷设方式允许最小短暂拉伸力允许最小短暂压扁力适用光电缆型号 管道 架空1500N1000N 100mGDA GDS 直埋3000N3000N 100mGDA53 光纤的衰减系数表 光纤类型松套 B1紧套 A1a 波长 nm 131015508501300 最大衰减系数 dB km 0 400 253 51 5 电源线电源线 电性能表 导体截面 mm2 直流电阻最大值 20 绝缘电阻最小值 1 513 30 010 2 57 980 009 44 950 007 63 300 006 101 910 0056 25003600 信号线信号线 电性能表 导体直径 mm 直流电阻最大值 20 绝缘电阻最小值 0 4148 0 0 595 0 0 665 8 1000010003000 6 其他性能要求 光电综合缆的其他性能分别满足YD T 901 2009 YD T1258 1 2003 YD T 1173 2001 GB T 5023 2008 YD T 322 1996 的要求 7 包装 光电综合缆的交货长度为1000m 采用盘装交付 也可根据用户要求的长度及包装 交付 附录附录 2 2 村通工程分布式基站拉远供电方案 村通工程分布式基站拉远供电方案 交流远供 针对中国移动 2010 年村通工程 各省无线通信基站地理位置偏远 外市电情 况较差 或无外市电地区较多 且无线通信基站间距离约在 3km 20km 的现状 新 直流远供 第 12 页 建的无线通信基站从传统宏基站向 BBU RRU 拉远站型基站转型 即 BBU 集中安装 在市电情况较好的基站内 RRU 通过光纤和电缆拉远信号和电源 针对此种情况提 出的对 RRU 设备供电配置原则如下 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 300m 时 如供电距离在厂家标配的 RRU 供电电 缆允许的供电距离范围内 从信号源处的 48V 直流电源为 RRU 设备供电 如供电 距离大于厂家标配的 RRU 供电电缆允许的供电距离 可加粗供电电缆线径至满足 电压降要求的线径后 从信号源处的 48V 直流电源为 RRU 设备供电 3 当 RRU 距 BBU 的线缆长度 300m 且 5km 时 宜采用从信源处引 220V 交 流电源方式为 RRU 设备供电 1 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 2 建议每 RRU 远端站自信源处引一路交流电 每路交流电可为 1 3 个 RRU 供电 3 交流电缆与光纤同路径架空敷设时 建议相互间距保持在 300mm 至 500mm 之间 情况特殊 敷设路径无法满足间距要求时 也可同路由敷设 4 综合考虑成本 施工及防盗等因素 交流线缆宜采用铝电缆 5 拉远线缆线径需根据厂家设备参数 拉远距离及远端 RRU 数量综合考虑 拉远电缆线径不易超过 50mm2 单芯 4 当 RRU 距 BBU 的线缆长度 5km 且 10km 时 如外市电引入成本较低时 可单独配置小开关电源及蓄电池组 采用 48V 直流电源为 RRU 供电 如无条件引 入外市电 或引入外市电成本较高时 宜采用加粗电缆线径 从信源处引 220V 交 流电源方式为 RRU 供电 5 当 RRU 距 BBU 的线缆长度 10km 时 不宜选择分布拉远方式建站 可选择 太阳能 风能 光电互补 风电互补等新能源发电方式建站 6 根据各厂家提供的设备参数 综合考虑 每 RRU 功耗大约在 150 300W 按每基站配置 3 个 RRU 考虑 同时考虑传输 每站功耗约在 500 1000W 之间 其 线路压降分配表如表 1 表 2 所示 各站可根据无线设备允许的工作压降范围 功 耗 拉远距离 计算并选择合适截面的电缆 直流远供 第 13 页 第 13 页 表 1 线路压降分配表 总功耗为 500W 电压为 220V 时 传输距离 km 0 512345678910 导线类型 线截面积 mm2 线路压降 V 2 515 9515 95 31 91 63 81 95 72 127 63 159 54 191 44 223 35 255 26 287 16 319 07 57 98 15 9515 95 31 91 47 86 63 81 79 77 95 72 111 68 127 63 143 58 159 54 103 99 7 98 15 9515 95 23 93 31 91 39 88 47 86 55 84 63 81 71 79 79 77 162 49 4 99 9 97 14 9614 96 19 9419 94 24 93 29 91 34 90 39 88 44 87 49 85 251 60 3 19 6 38 9 57 12 76 15 9515 95 19 1419 14 22 34 25 53 28 72 31 91 铜芯线 351 14 2 28 4 56 6 84 9 12 11 40 13 67 15 9515 95 18 2318 23 20 5120 51 22 79 513 3713 37 26 73 53 46 80 19 106 93 133 66 160 39 187 12 213 85 240 58 267 31 164 18 8 358 35 16 7116 71 25 06 33 41 41 77 50 12 58 48 66 83 75 18 83 54 252 67 5 35 10 69 16 0416 04 21 3921 39 26 73 32 08 37 42 42 77 48 12 53 46 351 91 3 82 7 64 11 46 15 28 19 0919 09 22 91 26 73 30 55 34 37 38 19 501 34 2 67 5 35 8 02 10 69 13 37 16 0416 04 18 7118 71 21 3921 39 24 06 26 73 铝芯线 700 95 1 91 3 82 5 73 7 64 9 55 11 46 13 37 15 28 17 1817 18 19 0919 09 注 1 根据 供配电系统设计规范 GB50052 95 规定 第 4 0 4 条正常运行情况下 用电设备端子处电压偏差允许值 以额定电压的百分数表示 宜符合下列要求 电动机为 5 在一般工作场所为 5 对于远离变电所的小面积一般工作场所 难以满足上述要求时 可为 5 10 应急照明 道路照明和警卫照明等为 5 10 其它用电设备当无特殊要求时为 5 2 表中压降为全程电压降 如设备允许压降为 10 即 220V 10 22V 时 传输距离为 0 5km 时 可选择铜芯 2 5mm2或铝芯 5mm2导线作为交流拉远电源线 表 2 线路压降分配表 总功耗为 1000W 电压为 220V 时 直流远供 第 14 页 第 14 页 传输距离 km 0 512345678910 线路类型 线截面积 mm2 线路压降 V 2 531 91 63 81 127 63 191 44 255 26 319 07 382 89 446 70 510 51 574 33 638 14 515 9515 95 31 91 63 81 95 72 127 63 159 54 191 44 223 35 25