远程光通信设备的供电方案探讨

2010-06-09项磊

电信工程技术与标准化 2010年7期

项磊

（华信邮电咨询设计研究院有限公司杭州 310014）

1 前言

近年来国民经济的持续稳定增长，有力推动了国家通信行业和技术的快速发展和更新，其中各类光通信设备在通信网络的应用数量和范围也迅速增加。如何有效解决各类光通信及小容量设备的供电问题，同时增强网络的灵活性和安全性，这是相关通信运营商和使用者非常关注的重要问题。

2 远程光设备供电方案的提出

目前已经广泛使用的PDH，SPDH，SDH光端机及接入设备在通信网络中发挥着非常重要的作用，同时我们又发现目前各大运营商具备的光传送网络通常不具备铜缆资源。

为了科学、有效地满足远程小容量光设备的可靠供电需要，我们认为可以在新建光交换网络及设备时，通过同步埋设光铜复合光缆，采用含多根0.6～2mm直径的铜导光纤可以完成信号传递和电力供应的双重任务。

3 远程通信设备小容量供电的可行性分析

例如常用的光交换箱供电问题，就属于“远程通信设备小容量供电”方式中的一类，它是指从电源供给端通过较长距离导线向远端通信设备直接供电的一种供电方式。对于电源供给端而言，通常要求能提供稳定的电压和足够的供电容量；远端设备通常具有较低的工作电压和较小的用电负荷等特点；再者就是连接供电端与远端设备的供电线路与通常的电力电缆传输存在明显的区别，目前工程中对于远程光通信设备的供电线路通常是采用同光缆携带多芯铜导线的复合光缆进行传输。

3.1 供电方式

常用的低压供电线路采用交流220V/380V供电。采用这种供电方式，具有相关的供电设备技术成熟、与用电设备输入电压要求匹配、线路简单、供电距离较远等优点，但是在对远程小容量光电设备而言，直流供电模式比交流供电更加具备一些明显的优势，例如同规格电缆传输电源时，直流电缆的传输容量更大；线路传输损耗较小；小容量传输时的电缆造价成本低廉；不易老化、更长的使用寿命等。

（1）由于直流电压的电压基本恒定，不会产生交变的电磁场，相同的电缆绝缘层耐受的直流电压可以比交流电压高约3倍左右。因此，同样绝缘厚度和导线线径的电缆传输直流电压的容量比传输交流电源要大的多，即直流电压传输的线路成本更低；

（2）在采用交流电源传输时，由于电路中既有电阻，也有电感和电容的存在，会产生电阻损耗以外，同时产生非线性阻抗损耗。特别是在较长距离传输时，会产生较大的传输损耗衰减，导致传输损耗增加和有效传输距离的减少。对于直流电源而言，因为线路中仅存在电阻性阻抗，线路中的损耗更小些，同样电压等级时，可以传送更远的有效供电距离。

此外，直流供电回路可以采用大地作为接地回路，节省线路长度及投资，提高供电线路的可靠性，因此采用直流供电线路是符合远程光电设备的用电需要。

3.2 输电电压

目前我们通常可以获得的是48V或者220V直流电压。其中，48V直流电压的优点是更容易获取（各类通信机房和基站均配置有48V电源），并且该类电源工作可靠性高，容量较大，缺点是由于电压值较低，如果传输电流较大，容易造成传输电压降的增大，导致远端电压的降低，可能不能保证某些光电设备的正常工作。采用220V直流电源供电的优点是因为电压等级较高，在做远端设备供电时，可以允许较大的线路损耗导致的电压损失，，比较容易实现较远距离的设备供电，其缺点是该电压通常需要专用的AC/DC,或者DC/DC设备进行整流或者升压，这样将增加工程建设投资，并且可能会因为该类型设备工作的可靠性问题，导致整个供电系统的稳定性和可靠性下降。

从理论分析我们知道，直流传输线路的传输电压越高，相同线路的传输损耗越小。但是，同时也需要同时考虑线路绝缘、线路维护、人身安全以及相关设备的绝缘安全性和成本等诸多因素，输电电压也不宜提升的过高。

3.3 直流供电相关公式

传输线路电流：IL=P1/V1；

传输线路电压降：VL=IL×RL；

线路电阻值：RL=L×RO=L×(p/S)

其中：P1：光电设备额定功率；

V1：光电设备额定工作电压；

L：远程光电设备传输距离；

p：铜导线电阻率；

S：铜导线横截面面积。

由于在实际工程应用中，光电设备的额定功率、额定工作电压是已经确定的，我们可以根据光电设备的安装位置来设计和选择供电电源的传输光（铜）缆的线径规格；或者根据已有传输网络敷设的光（铜）线径、根数等具体状况来合理设计、布局相关光电设备的距离和地理分布。

3.4 应用举例

下面我们就以某移动运营商拟用的288芯光电交换设备的工程应用为例，初步计算和分析该型设备的远程供电状况。

方案一：采用48V直流电源供电方式，如表1所示。

该方案采用的48V直流供电方式的电源可直接引接自附近机房或者基站的直流开关电源系统，并且有后备蓄电池作为断电保护电源使用；

表1 采用48V直流电源供电方式

开关电源实际工作电源为54V,因此表1中供电电压取值为54V;

表1中采用了单电缆供电，实际使用可采用2根电缆，供电距离将增长1倍左右，但是为确保可靠性，建议做“1+1”备份方式工作。

方案二：采用220V直流电源供电方式，如表2所示。

该方案采用的220V直流供电方式的电源引接自该设备附近机房或者基站的直流开关电源系统的48V电源，采用DC/DC升压至220V后，由光（铜）复合电缆进行远程供电；

表2中采用了单电缆供电，实际使用可采用2根或者多根电缆，供电距离将相应增长左右，但是为确保可靠性，建议做“1+1”备份方式工作。

3.5 方案比较

通过表1与表2的相关数据分析可以得出以下初步结论：

（1）采用不同铜缆线径的传输导体，在供电设备以及远端光电负载设备相同的情况下，其传输的有效距离有较大的差异；

（2）在采用相同的导线进行电源传输时，如果升高供电端的输出电压，将明显增加对远端设备的供电距离；

（3）从供电端的电源可靠性分析，“方案一”的供电端设备可靠性更高，而且设备投资最少，但是由于供电电压幅值较小，其有效供电距离比高电压传输存在明显的差距；

（4）对长远距离的小容量设备供电，在线路条件允许的情况下，采取220V直流电源供电，可以获得更远的传输距离，满足光电设备的用电需求。但是需要另行购置AC/DC或者DC/DC转换设备，这样会增加工程投资或导致系统工作故障的节点，应谨慎使用。

4 远程小容量供电的基本使用状况

目前工程实施中，通常需要该类供电方式的设备为光中继器、光纤直放站、光交换箱等小容量用电设备。该类设备的特点是用电容量较小，通常在200W以下，甚至小至10～20W左右。如果单独架设供电线路，费用高，经济性差，建设周期长。若用太阳能电池供电方式，则存在使用地区的局限、以及建设成本高、维护工作量大、维护成本高等不足。

因此对小容量光电设备与附近基站（机房）采用光（铜）复合电缆进行远距离传输，具有建设周期短、缩减建设投资、减少运营维护量、并且远端小容量用电设备的供电可靠性也能够得到有效保证。

通过光（铜）复合电缆供电，主要需要考虑下述几个问题：

必须具备或者敷设合适的光电复合电缆。该光缆内需集成2～4根适当线径的铜缆；

具有适当的供电设备及相应的告警、保护功能；工程应用中的光、电接头的焊接、绝缘和防水等工艺和质量必须满足长期安全运行的需要；

投入运营后的线路日常检测和维修，以及线路的标识和安全防护需同步实施。

上述问题以外，采用光电复合电缆进行通信设备小容量供电方式时，还需要关注以下的几个方面。

4.1 光电复合电缆规格

目前国内主要光缆生产制造厂家已经能够生产各类光电复合电缆。按照现有生产工艺，在原有单纯光缆中添加铜缆已没有技术障碍，关键在于添加的铜缆数量和线径大小的问题。

表2 采用220V直流电源供电方式

铜导线的配置数量与线路远程供电的方式和供电容量大小有关。目前通常生产的光电复合电缆内含2～4根铜缆，线径一般为0.6～3.25mm。如果采用直流供电方式，需要两根导线即可，也可多根并联供电，其中可以在远端用电设备端直接可靠接地，设备可以正常工作；如果采用交流供电模式，那么当使用单相供电，则需要使用2根导线；若采用三相交流供电，则必须采用4根导线。所以，必须根据用电设备的负荷类型及容量大小适当选择光电复合电缆的规格型号。

4.2 供变电设备类型及选择

供电设备是依据远端小容量设备的需要进行相应的选择和配置。目前可以实现直流小容量供电的设备很多，如开关电源系统、DC/DC直流变换器等。由于实际工程中使用的光通信设备一般安装在通信网络的交换、传输等节点周围，因此选择附近基站（机房）的直流开关电源系统作为通信网络远程小容量设备的供电电源，将具有更好的安全性、经济性和便利性。

安全性主要体现为如果选择基站直流电源系统，它自身具有较高的工作可靠性，直流系统由开关电源系统和后备蓄电池组共同组成，其中开关电源机架为“N+1”模块备份方式，在交流供电中断或者该系统故障后，仍然可以由后备蓄电池提供几个小时的电源，供抢险人员及时排除故障，保持通信网络的正常工作。

经济性则指该供电方案能够直接依靠附近基站（机房）的现有电源设备的富余容量，不需要另行增加整套直流供电设备，因此在建设投资、建设周期和运行维护等方面均可以节省大量费用。

尽可能选择最近的通信基站或机房作为供电来源，这样对今后线路维护和设备的检修有较大的帮助和便利。