无线基站通信电源的选型与配置.doc

无线基站通信电源的选型与配置王志勇 一、概述 北京无线信息网是数字北京重要的组成部分。其骨干网架构采用了SDH微波ATM交换机的方式，承担着数字、图像、语音的综合信息传送业务。其骨干网通信基站均采用了无人值守方式，因此在系统设计时对基站的通信电源系统的设计将直接关系到全网的长期稳定运行，每一秒钟的链路中断在宽带多媒体业务平台上所造成的用户业务的损失将是无法估量的。因此在北京无线信息网建设之初我们就首先对通信电源系统进行了充分的分析论证及设备的选型，同时尽量在成本得以接受的条件下获得较高的性能价格比。 通信基站的通信电源系统基本上按照国家通信行业标准通信电源设备安装设备规范及通信工程电源系统防雷技术规定来进行设计，并参照了相关通信设备电源系统供电指标及电信电源技术维护规程。在贯彻国家技术政策的同时，我们遵照执行国家防空、防震、消防、和环境保护有关规定并充分考虑自然灾害，如雷击等特殊条件下的安全保障。此外根据无人值守的特点，在设备选型时，我们配置采用了远程集中监控即三遥功能。在设计的总体方案中我们以近期建设规模为主，兼顾建设和网络的发展情况、设备寿命、扩建、扩容等可能因素达到降低工程总体造价和维护成本的目的。同时，我们在设计时也考虑了设备的技术先进型，将国内国外多家设备进行比较力求达到先进、实用、经济。 在系统设计及选型配置中主要分为三步进行：基站供电需求分析、设备指标分析与比较、设备测试。 二、北京无线信息网微波基站供电需求分析 通信基站供电，一般给以下两类负荷供电。一类是通信设备，一类是站内建筑用电。 北京无线信息网基站设备主要由三部分构成：骨干网交换机、SDH微波/PDH微波、边缘路由设备及空调、照明、19英吋机柜等外围设备。 因此在基站通信电源供电系统中分为以下几部分进行考虑： 交直流负荷的电压电流和功率； 直流电源； 交流电源； 自备独立电源； 交直流电力线； 避雷、接地系统； 监控系统。 由于北京无线信息网骨干网交换机和SDH微波采用直流基础电源48V供电，空调、路由器、机柜风扇等其它设备工作于交流220V市电状态。总的所需48V直流功率为48V/20A，即约1k伏安。交流峰值功率为220V/10A即约为2k伏安。根据通信设备供电指标，48V基础电源的电压变动范围和杂音电压要求如表1。 在保证安全效率及技术先进性前提下，直流电源全部选用高频开关型电源，并按n+1冗余方式配置电源整流模块，n只主用1只备用。外加一只主控模块，容量按负荷电流和电池均充电流之和确定。 通信基站一般采用市电，由当地供电局的发电厂或变电站引出以10kV高压配电线引入局内，经专用变压器降压变成380/220V低压后供电给基站所在建筑经过基站配电系统提供经通信电源。当市电信停电或故障不能正常供电时，需由自备的柴油（或）汽油发电机组提供交流电。由于北京无线信息网选址均位于北京市大型商用办公大厦上，基本上每幢大厦都可以提供两路到三路供电。并根据常年统计结果，选择在年市电中断时间累计小于4小时，一次停电小于20分钟的大厦建筑上。基本上所选大厦可提供一类市电即从两个稳定可靠的独立电源各自引入一路供电线。两路电源不同时出现检修停电，平均每月停电次数不大于1次，平将每次故障时间不大于0.5小时的要求。并且两路供电线配置，有备用市电电源自动投入装置。这样虽然站址租金成本较高但安全可靠，可以仅用UPS逆变器和蓄电池组供电来提供不间断供电，UPS总容量按最大负荷功率确定，即可满足基站用电需求，而不必采购大量油机发电机组，以减少基站占地面积，同时也可以大大降低维护人员成本的支出。直流供电系统应采用在线充电方式以全浮充制运行。电池电压、电池再充电或均衡充电电压、初充电电压等均应根据蓄电池种类和通信设备端子电压计算确定。蓄电池是保证直流不间断供电的最后一道防线，是技术维护工作中的重中之重。阀控式密封铅酸蓄电池的预期寿命是在环境温度为25度，浮充电压不超过2.25只，且处于长期浮充状态下的寿命，这是一个设计的理论值。要选择品质好的阀控式密封铅酸蓄电池，从生产电池的角度来看，由于其使用场所及放电方式不同，因此对电池的要求也是不一样的。对常用的阀控式密封铅配蓄电池电压要求为下表所示范围如表2。 由于通信电源的供电经过外部高低压线路和其它民用输电线路进入室内，而且由于一般用于无线传输，基站站址一般选择较高。因此需要也充分考虑到防雷接地和其它共线的其它容性或感性的电器设备对通信设备的影响。基站所有通信电气设备外壳接地电阻应4欧。 交流供电系统在满足用电负荷前提下，均采用三相五线制供电。通信电源系统在低压方式（220V/380V）工作时应充分合理计算分配负荷组成，对100kVA(kW)以上的通信电源系统还应对无功电力就地平衡，即在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其电流和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。 由于北京无线信息网所有基站均为SDH的微波无人值守站因此对电源设备要求更高，不仅要保证在无人值守状态下的安全可靠性而且要能自动报警及受网络中心远程管理和控制并充分纳入到智能管理的网络中去。通常通信电源在主控模块中应提供遥信、遥测、遥控的三遥功能，可实现自动投入、自动切除、自动补给等所需功能。 二、设备选择与系统配置 根据我们对电源市场的调研，由于巨大的通信电源的市场需求和中国通信系统的快速发展，孕育了大批的通信电源生产企业，成规模的有十几家，分为三种类型。第一类是自主研制开发，已生产出具有先进水平的系列电源产品，有仅可以满足各种通信设备的需要，而且在航空、铁路、电力等方面广泛应用，较为典型的有华为、中兴、洲际、珠江、动力源、通力环等公司。第二类是中外合资企业，如中达斯米克、亚澳、上海西门子、上海新电元等公司，他们采用国外较为先进的技术，在国内用户中有较高的信誉度。第三类是进口部件国内组装，或者直接销售国外产品，如朗讯、爱立信、挪威易达等。他们的产品质量好，但成本也高，对国内市场的适应能力较差。我们通过对北京动力源、北京中子、中达斯米克、华为电源、武汉洲际、河北亚澳、首信亿能、北京恒电等电源生产厂商进行了实地考察，并对设备进行了充分比较。一般每一个被考察的设备厂商都首先会出示其质量体系认证证书（ISO9001），其次通信电源设备提供商还应提供由信息产业部电信设备审批的电信设备进网许可证。这样可以初步保证所用设备的质量和可靠性。我们主要考察项目有：生产质量控制情况，厂商售后维护情况，厂商供货期保证，及其已有用户的反映。其中已有用户的反映很关键，通过已有用户的反映，我们可以全面了解厂商从售前用户需求分析技术设计，供货安装及保修等一系列问题。 以下对所考察的通信电源设备的部分关键性能指标进一步进行阐述。 一般现在的开关电源均采用PWM（脉宽调制技术），通过调整工作于100kHz-150kHz的矩形脉冲波的占空比来保持电压的稳定可靠。通信电源在交流输入时选用电压应较宽，即当输入电源电压变化范围较大时开关电源能够自动保持输出电压不变，一般要求输入为单相：150275V，三相：317456V。配电电流单相应保证每路16A，三相32A。在用户选项方面有许多厂商提供了两路三相输入时人工倒换和自动倒换两种，一般工程设计员应在与建筑配电部门协商后进行选择，因为人工倒换虽不如自动倒换方便，但为保证电力网络安全，避免倒换过程中出现电力倒送，不少配电部门不允许采用自动倒换方式。另外采用机电互锁机制的自动倒换柜要比人工倒换方式配置贵许多。所以通信电源在输入双路倒换过程中应注意其适用性及性价比。 直流模块数目的选择常根据所加总负荷功率确定，并作n+1冗余方式配置。同时还应兼顾通信机柜的规格尺寸，常用机柜为19英吋标准机柜，选择的电源不另配电源柜而直接置于机柜内时应注意其尺寸要一致。此外选配的蓄电池组常由于体积庞大且较为沉重而于机柜外另外安装。 直流输出可根据负载需要分为若干路，一般厂商可根据用户需求在提供标准配置的同时提供一定的用户定制。输出应保证与蓄电池并联以浮充或均充方式工作，并具备手动或系统软件调节功能。 其它系统配置要求还应考虑以下方面。 输入端配置防雷保护器，低压电力电缆在额定电压为220/380V时模拟雷电冲击电压波电压峰值为6（kV）(1.2/50us)，电力线宜采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入基站，护套和钢管两端应进行可靠接地。 通常电池组电流测量常采用霍尔传感器，灵敏度及准确性较高。电池低压后系统应具备切除功能以保护电池避免因过放电而造成电池组损坏。 直流分路采用熔断器，当直流过流熔断后系统应能及时告警。 通信电源设备因其工作电流大及绕组线圈电涡效应等因素影响发热量较大，因此需在设计安装时采用合理的通风及散热装置，常见的有风冷和自冷两种。风冷即电源采用长寿命风扇视容量变化自动调节风速以使设备降温。自冷为采用较先进的结构材料制成的散热板进行散热。当系统功率因数0.99时，可保证系统合理的发热量。 对所有的采用n+1保护的系统应保证整流模块的热插拨即插即用以保证在单一模块故障时在线更换新模块不影响通信链路的正常运行。 在系统加电时为避免浪涌电流对设备造成不必要的损坏，不少通信电源中还设计了0.1秒软启动，并按IEEE/ANSI C62.41B标准提供0256秒延时启动进行浪涌保护。 所有的电子元器件都存在温漂，所以通信电源在温差较大的环境中工作应保证较好的温度系数，一般不超过直流输出电压整定值的0.01% 具备三遥（遥控、遥信、遥测）性能的通信电源设备常用RS232或RS485接口发出告警和状态信息、接收控制指令。在整体设计基站系统中，可以将此信号与系统中其它通信设备的报警端口相联接经过设定后可实现远程集中监控，或通过MOXANPORT串口服务器接入以太网或因特网中进行控制。此外目前部分通信电源通过外置SNMP适配器，使通信电源具有直接上网功能，提供即时的电源系统资料。 通信电源系统保护与告警功能是通信电源的必要组成部分，通过此功能可以有效的防止设备损坏和因电源故障而引发的通信链路中断。常需要的功能有：（1）交流入过、欠压整流模块自动关机，电网电压正常时自动恢复。（2）直流输出过、欠压时告警，输出过高整流模块关机，这时可能输出加载过大或存在输出短路等故障。（3）蓄电池低压中断保护。（4）输出短路保护，过流自动关机。（5）限流保护：限流范围在30110%之间调整。（6）过热保护：系统工作过热时为保护电源不被损坏应能自动关机。（7）采用风冷时，在风扇故障时系统应能告警。（8）输入开关断路后系统采用备电（电池组或UPS）工作时系统应能及时告警。（9）高频开关电源一般噪声要求在距离1米处小于60dB。 随着通信系统网络化发展通信电源的集中控制与管理也呈现出多种发展趋势，尤其在大型的组网结构中通信系统不再采用单一的上位机与下位机的集中控制方式而更多采用与其它网元设备相一致的SNMP（简单网络管理协议）进行控制这样不仅减少了网络管理员的工作量，降低了维护人员的巡站频率而且与其它网元设备使用同一平台进行管理，使网络管理趋向归一化、简单化、扁平化。也使通信电源管理更加高效便捷。 三、通信电源测试 通信电源初步选定后还应在模拟环境中进行测试，不仅要测试其功能是否满足通信系统要求，还要借助测试设备测量电源杂音（纹波）等指标，过高的电源杂音将使数字通信系统误码率加大，系统稳定性下降。此外还要进行蓄电池组容量试验。现在市场上有许多假冒电池和翻新电池，不能保证长期恒压连续工作。除向设备供应商索阅相关检测报告外还应对新安装初充电后的电池组进行一次容量试验，以后每三年进行一次放电，放出保证容量的50%60%，然后再进行单独充电。根据JB/T8451-1996固定型阀控式密封铅酸蓄电池标准和通信用阀控式密封铅酸蓄电池进网质量认证检验实验细则将需进行至少负荷电量、端电压均衡性等16项检验，其中容量保存率要求完全充电后电池在255环境中静放28天后不低于95%等。我们则针对通信基站供电和负载用电状况对候选设备进行了必要的大电流放电等项抽测。 四、小结 通信电源在选择时要从适合实际使用的情况出发，科学制定所需产品的技术性能指标，但决不是指标越高越好，