高压直流远程供电系统的实践

姜 宁

（中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司，江苏 南京210000）

0 引 言

随着移动通信技术的不断发展，客户对其依赖程度不断增加，相应地对技术与质量的要求也越来越高。保证移动通信的畅通就成为移动通信维护工作的重点。通信设备的电源供应作为其中最基础的部分，在能源日趋紧张、拉闸限电频繁的形势下，其重要性日益显示出来。因此需要对现有的通信电源保障体系提出新的要求，传统的电源保障模式需要有所突破，以保障大量分散的用户侧网元设备安全、可靠、稳定的供电。

1 存在问题

1.1 组网存在的供电问题

基于目前移动通信的特点，通常都采用将基带单元BBU和射频单元RRU进行分离，BBU集中放置在机房，灵活机动地开展远端RRU模块建设，既提高了组网效率，又能满足各类无线环境的通信需求。但是在BBU＋RRU的组网方式中，RRU作为远端有源模块，远离机房设备，其供电问题就变成了网络建设中的焦点。

1.2 基站建设和维护存在的问题

室外型小基站和拉远站点安装条件差，取电困难且可靠性不高。各种站型的市电引入问题不好解决，直接影响后续基站建设的工期导致不能按时完成。对于偏远农村的基站，如果不建设机房，会因为较偏僻产生安全问题以及停电次数较多、时间较长产生供电问题，而建设机房后的配套投资明显增大，投资与收益的矛盾突出。

综上所述，为了解决上述问题我们将直流远程供电系统作为专题，主要针对南京移动溧水分公司溧水卧龙湖水库北直流远程供电系统进行实践。

2 远供方式

目前对于RRU及远端设备的供电方案大致分为以下三种：

2.1 市电直接供电

即就近接入220 VAC市电直接给RRU单元、室内分布系统（宏蜂窝基站、室内微蜂窝基站和直放站等）供电（如图1所示）。这种方式就近取电，损耗小但是同样存在供电质量问题。市电并不是稳定的，它存在着很多电能质量问题，例如电压浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、线路噪声、频率偏移、持续低电压、供电中断等。这些质量问题既可以引起系统终端设备硬件老化等相对较轻的不良影响，也可以导致数据完全丢失或主设备烧毁等较大的事故。而且就近取电又受取电场合等环境的非客观因素的影响很大。

图1 分散式供电

目前这种供电方式存在的问题归纳如下：

（1）供电的可靠性得不到有效保障。随时受市电供应情况的制约，如电网检修停电等情况；同时，本地用电单位或个人经常以各种原因拉闸限电、断电，导致可靠性差。

（2）普通民用交流电电压波动大，影响系统设备功效，极易造成系统终端设备被电源浪涌所冲坏；

（3）安装及维护需供电局、外单位或市民等各方面的协助，管理成本高；

（4）由于供电纠纷导致的RRU无法正常工作的情况屡见不鲜。

2.2 市电＋UPS供电

由于市电直接供电的问题，最直接的考虑是采用一种市电＋UPS的供电方式，即在各终端设备旁配备小型UPS不间断电源。

本地加装UPS解决方案的优点是：技术成熟、价格相对合理、已有大规模应用。但由于要引入电池设备并安装于室外等环境，因此也存在许多不足。

第一，因为UPS设备电池容量有限所以小容量UPS的后备时间是有限的，而且UPS主机因大多要处于弱电井或室外安装，环境非常差，灰尘多，高低温，所以UPS因环境因素容易损坏；第二，UPS电池的使用寿命受电池充放电次数限制及温度的影响较大，所以说电池使用寿命对环境气候的依赖性较大，如VRLA电池最佳使用温度为25℃左右，气温每升高10℃，电池寿命就减半；第三，UPS安装不便，维护量大（安装于楼顶、弱电井等，空间狭小，维护困难，需定期巡检，定期对电池充放电）维护费用高，而且更换新电池、处理旧电池所需费用巨大，电池发生泄漏时可能损坏设备器件；第四，UPS投资成本费用高（初期成本＋每1～2年更换一次蓄电池的费用），UPS安装点多而分散，电池容易被盗。同样地，需要远距离拉线时，必须单独进行管路施工，无法走弱电管路。

2.3 直流远程供电系统

直流远程供电系统（如图2）是利用宏基站或机房内的大容量通信电源和蓄电池组 （容量大），经由局端设备进行DC／DC升压，以电缆、复合光缆为传输介质，通过能量管理分配器分路监控、隔离、限流；最后经远端设备转换成末梢网元设备所需的电压等级，从而实现对末梢网元的不间断供电和电源集中监控的效果。

图2 直流远程供电系统

使用直流供电系统不受当地电网复杂的负荷变化、昼夜变化、电站多样化等因素而产生的电网电压过高或过低的影响；不受当地大型设备开启、关闭等因素而产生的电磁干扰、谐波、闪变、和浪涌的影响；杜绝了当地复杂电力网络中直接雷和感应雷对通信设备的损害。所以直流远程供电网络纯净、单一，供电电压稳定，可延长设备使用寿命。其特性如表1所示。

表1 直流远程供电系统的特性

3 方案的比较

针对RRU供电解决方案的调研，对比各解决方案的优缺点如下：

3.1 降低管理成本方面

采用远程供电的整个流程在运营商安装部门内部就能完成，无需供电局、外单位的协助，大大降低了管理成本。其次采用远程供电系统，供电线路部分可以同通信终端设备一起安装，不需另行铺设专用线路，大大地节省工程成本，加快了工程进度。

3.2 降低运维成本方面

当供电设备点多面广时，市电＋UPS等供电方式涉及大量的运行维护成本，而远供电源是一种免维护产品，大大降低维护成本。由于系统为“悬浮”系统，解决了因市电的波动、雷电干扰、停电时间长所带来的种种问题，减少了大量的维护工作量。

3.3 减少意外停电造成的损失方面

不难发现UPS供电时间有限，不能应对长时间的停电，难免会因停电造成服务中断，且超长使用寿命户外UPS的电池寿命一般在l～2年，而远程供电系统设备寿命在10～20年。上述供电解决方案的优缺点见表2。鉴于以上原因，采取远程供电方式在通信机房取电，通过电缆或复合光缆传送到无线单元RRU部分，既能保证电源供应的稳定性、增强向远端RRU设备供电的安全性和可靠性，也不会增加经济成本，同时减少了大量与业主协调的工作量。直流远程供电方案有利于网络中电源设备的集中建设、集中维护运行，降低运行和维护成本，同时也可提高电源设备的整体使用效率。

4 项目简介

4.1 施工现场简介

溧水卧龙湖水库北直流远程供电系统远供电源项目主要解决二干河拉远基站供电问题，主机房在1.2 km左右的卧龙湖水库北基站，此次直流远供系统主要为二干河的两台RRU设备实施远程供电；局端设备安装于卧龙湖水库北基站，从近端机房内取电，升压后通过传输电缆送至拉远站点，二干河远端设备降压为48 V由2台华为RRU设备进行供电。

表2 供电解决方案的对比

4.2 方案

为保证远供设备的安全、可靠运行，局端设备每端（套）远程供电设备的模块配置数量须采用N＋1冗余方式，并配置相应的网管监控模块，远端设备须根据其应用场景环境等冗余供电容量。保证远供电源系统能达到优良的供电效果，同时尽可能的降低工程成本，使系统性价比达到最高。

该局端设备位于卧龙湖水库北基站，将开关电源输出的48V直流电升压到DC380V（260 V～400 V可调），通过传输电缆输送到二干河基站，再经远端降压为DC48V给RRU供电，示意图如图3。

图3 远控电源设计示意图

4.3 施工现场设备图片

施工现场设备如图4所示。

图4 施工现场远供设备

5 实施效果

5.1 直流远供方式与市电接入方式建设成本对比

溧水卧龙湖水库北项目设备成本对比，该项目直流远程供电系统设备费用1.15万元，传输电缆线费用1.98万元，甲方提供材料费2.5万元，施工现场拆迁补贴2.2万元，土方工程建设费用约为1.6万元，合计约为9.43万元。

同期市电引入的价格在180万元／km，溧水卧龙湖水库北项目主机房在1.2 km左右的卧龙湖水库北基站，所以综合施工、材料等该项目如果采用市电引入方式工程款约为216万元。如果采用农电＋逆变器或农电＋整流设备则费用为50万元。

图5 设备成本比较图

5.2 运营效果对比

在溧水卧龙湖水库北远程供电系统近15个月的使用当中未发生因停电导致退服，同期对比其他采取传统供电方式的基站大约有1～2次退服，进一步说明直流远供方案整体备电性能良好。

现阶段仅对比上述两种指标，随着溧水卧龙湖水库北直流远供系统的使用，维护费用和人员管理费用指标会进一步的核算。相对于传统的市电引入方式，直流远程供电具有明显的优势，应大力推广。

图6 设备使用效率图

6 结束语

本实践从现今移动通信网络的发展趋势、移动组网带来的供电问题和现网维护存在的挑战三个方面阐述，随着移动通信的发展和集团总公司节能减排的要求，远端设备的供电问题是一个亟需解决内容。

①本次实践是对比两个情景相同的宏基站与远程供电系统的应用。②通过对RRU及远端设备供电解决方案的对比发现远供电源作为一种通信设备供电最灵活的方式之一，具有广泛的应用前景。③其建设成本下降较大，特别是偏远的郊区，下降率81%、设备利用率提升5%。另外远程供电系统更可大量使用在室分系统、拉远分布式基站、综合接入系统、无线宽带、监控等网络设备中。由于远程供电系统牵涉到局端的－48 V通信电源系统，远端的通信设备以及中间的供电线路，每个点的实际情况又各不相同，建议针对每个点进行现场勘察并委托设计，另外远供中施工的杆路路由变化较多，所以需完善直流远供施工及验收规范，特别是“工程变更”与“重大工程质量事故报告表”、“供电路由图”等。目前其它运营商发现的一些问题都是与建设相关，如建设前期没有进行设计与会审，只是厂家提供了方案，实施完成后没有验收，工程工艺没有把关等。所以项目的委托设计、会审、相关资料与验收等工作非常重要，资料的提供为日后的故障处理与各维护专业职责划分等工作提供依据，达到安全可靠与经济相结合的最佳组合。

最后，该项目建设完成25个月后对其建设成本和设备使用效率指标进行了对比，通过对比得出，可以将远程供电系统定义为一种补充供电模式，因为此系统对设计和施工的要求还是较高的。总之，远程供电系统的供电方式完全满足现行形势下通信设备的各种运用场景，是值得运用与推广的。