通信基站户外一体化机柜中蓄电池地埋实践成果报告

2016-08-24张振王远航褚涛涛江绪亮

广东通信技术 2016年7期

［张振王远航褚涛涛江绪亮］

［张振王远航褚涛涛江绪亮］

铁塔公司为了适应通信网快速发展和争取在城市建设规划中取得政府支持，现网落地站大量采用了户外一体化机柜的建设方式，很大程度上缓解了新建基站选址困难、工程建设难、施工周期长等问题，但由此带来蓄电池防盗、节能减排、蓄电池寿命减少等一系列的问题。某市铁塔公司联合相关合作单位，提出蓄电池地埋方案并进行试点总结，为解决上述问题提供了一种可实施方案。

户外一体化机柜蓄电池地埋节能减排

张振

工程师，本科毕业于西安电子科技大学，合肥工业大学工程硕士在读，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，主要从事运营商移动网规划，设计等相关工作。

王远航

毕业于南京理工大学计算机通信工程专业，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，主要从事运营商移动网规划，设计等相关工作。

褚涛涛

毕业于阜阳师范学院信息工程专业，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，主要从事运营商移动网规划，设计等相关工作。

江绪亮

毕业于皖西学院通信工程专业，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，主要从事运营商移动网规划，设计等相关工作。

1　实践背景及成果简介

随着现代通信技术的发展，为了解决网络盲区的覆盖，通信基站的建设形式越来越广泛，具有站点面积小、工程建设简单、施工周期短等特点的户外一体化机柜基站建设方式也得到了越来越多的应用。蓄电池作为通信基站供电系统的重要组成部分，是基站供电的最后一层保护，其运行的寿命、运维的成本以及基站处于户外恶劣的外部环境下自身的防盗性，一直是困扰业界的一大难题。

为了解决上述问题，优化一体化户外机柜的建设方案，某市铁塔公司联合合作单位开展了户外一体化机柜基站蓄电池地埋的创新试点工作，通过试点成果分析，有效解决了上述问题。

本成果是在打破目前传统户外一体化机柜设备舱、蓄电池舱体两种机柜构成组合并完全暴露于地面之上的基础上，通过将两者进行地理空间分割的建设模式，以降低蓄电池被盗率、基站运维成本，户外基站占地面积，提升机柜空间利用率为目的，最终达到节能减排的效果。通过本成果的实施，可以对一体化机柜设备舱体、蓄电池舱体地理空间分割进行集成化、标准化设计，从而实现一体化机柜具备灵活组合，兼容多种建设场景，丰富站点产品选择，节能环保，快速部署等特点，经过该市铁塔公司基站建设以后相关数据测算，户外一体化机柜蓄电池地埋建设可以作为基站建设工程的优选解决方案。

2　实践成果设计方案简述

本成果设计方案在原户外一体化机柜地面基础下方设计建设一个地下隐蔽舱体，专用于蓄电池的存放，可实现基站蓄电池的隐蔽性防盗，利用地下温度相对较低、恒定的特点，不需再对蓄电池舱体加装空调，节约空调能耗，同时设计人员上下通道，方便维护人员定期检修维护蓄电池。

方案的主要设计要点：

（1）在原一体化机柜地面基础下方（一般在最侧面蓄电池柜体的正下方）开挖出一个方形的地下舱体，大小合适于存放蓄电池，并预留人员上下维护的空间。地下舱体四周土建采用混凝土浇实并掺入3%的防渗剂，做好防水措施。

（2）地埋舱采用高等级304不锈钢材料整体焊接，外型尺寸与地下混凝土舱体匹配，可放置两组150AH普通铅酸电池，为了施工人员能顺利进入蓄电池地埋舱，地埋舱入口设计550mm*550mm的大小。

（3）地下地埋舱用防水混凝土浇筑施工完成后，将蓄电池独立舱体放入混凝土舱体中，两者间缝隙满浇灌沥青砂处理，保证夯实稳固，机柜安装完毕后设备与基础接缝处采用素混凝土包封。

（4）地面基础应高于自然地坪约300mm，边缘做散水坡。独立蓄电池舱体入口应高出地面基础，地上柜体与地面基础间在安装好后四周边缘做好多层防水处理。全方位做好防水措施。

（5）地下蓄电池舱上方的最侧面柜体（远离铁塔侧，一般为蓄电池柜）下部设可拆卸挡板，下方为地下蓄电池舱的上下人孔，设爬梯可上下人员进行蓄电池操作维护。

（6）地下蓄电池舱体与地上柜体间预留走线孔管，用于布放蓄电池电缆、监控线缆走线，排放蓄电池运行中产生的气体。

（7）整体基础根据尺寸需求重新作出设计；

（8）原户外一体化机柜设计预留的地下管线、手孔按实际情况确定设计方案。

主要设计如图1：

图1　整体示意图

图2　地埋舱

图3　通风原理

3　成果的技术特点及应用效果

3.1成果主要技术点

（1）安全防盗：蓄电池舱隐蔽，不易被发现，减少被盗几率。

将蓄电池舱进行地埋，蓄电池不易被发现，并对电池舱入口进行防盗网安装并进行伪装，增加盗窃难度，延长偷盗作业时间。

（2）节能减排：分舱温控，利用地下恒温，不用空调。

在空调功率一定的情况下，将蓄电池舱与设备舱分离后，仅需对地面以上部分的设备舱进行温度控制，充分节约电力能耗。而蓄电池舱埋于地下，借助地表以下的恒温，来进行蓄电池舱的温度控制，不再单独添加空调，符合集团公司节能减排、绿色新能源的精神。蓄电池组热耗小，易散热，经测试，地埋藏处于-10-43摄氏度的温度范围内。

（3）维护方便：预留地下电池舱专用通道，操作维护方便。

设置蓄电池舱专用进出通道，进出舱体内部无需进行设备拆除，不需切断基站，对于蓄电池维护或者更换较为方便。

（4）安装高效：标准化设计，施工便捷。

对户外一体化机柜蓄电池地埋进行标准化设计，节约基础设施、地面施工、地下施工费用，对于工期紧急的项目可实现快速建设、开通，提高工程建设部进度，达到节约能源的预期目的。

（5）防水安全：混凝土包封，高标准不锈钢，多层防水。

防水，是户外一体化机柜蓄电池地埋建设成败的一个关键环节。对独立蓄电池舱体采用高等级材料制作，进行防腐涂层等多层防腐。蓄电池舱整体处于混凝土基础包封之中，并浇灌沥青砂进行侧壁处理，在混凝土基础之上喷涂两层防水以及防锈漆，确保机柜防水安全。

3.2成果应用效果

（1）蓄电池舱温度控制得到有效解决

目前采用的户外一体化机柜蓄电池处于地面以上部分，易受高温直射等影响，为保证蓄电池正常的工作温度，需要配置专用空调使机柜内整体降温，能耗较大。将蓄电池舱进行单独设置并埋于地下，利用地下相对恒温的环境，经反复测试，地埋舱温度可以处于20-30摄氏度的理想温度范围内。

（2）延长蓄电池使用寿命

借助地下恒温环境，蓄电池避免高温直射等，使其自身所处的温度环境处于常态水平，延长了蓄电池使用寿命，从而节省蓄电池产品的费用投入。

（3）提高蓄电池舱的重复利用率

户外一体化机柜蓄电池舱地埋采用整体安装、吊装的方式，在城镇化不断推进的今天可以方便的实现机柜的割接，提高蓄电池舱的重复利用率，减少后期拆站的建设投资成本。

（4）施工安装便捷

地埋式电池舱采用标准化设计，一体化施工，对于承载地埋式电池舱的地面部分，采用常规开挖，余土进行转运，工程量可以在4小时内完成.整体舱体采用吊装、安装方式进行，工作量可以在3小时内完成。

（5）防盗、防水创新

地埋式蓄电池舱入口开于机柜内，施工或维护人员从机柜的内部方能进度地埋电池舱体内，无外露接口，防水性好，隐蔽防盗较为安全。

4　成果应用效能定量评估

本节分别从“机柜成本”、“机柜基础土建成本”、“空调耗能”、“蓄电池更新成本”、“机柜维护人工成本”等5个维度进行费用详细对比测算分析，如表1。

4.1 机柜成本角度

表1　机柜柜体成本对比分析

通过对两种类型一体化机柜成本进行比较，地埋式机柜增加一个地埋电池舱体费用，机柜成本增加1 170元。

4.2机柜基础土建施工成本

表2　机柜基础土建成本对比分析

4.3电池舱温控调节

（1）户外一体化机柜各温度测量取样点标注。

图4　温度测量取样点标注

表3　温度取样点测量表

蓄电池底部取样点深度约为1.1米。

（2）某市铁塔蓄电池地埋试点基站温度实测表。

根据该市天气变化情况，在冬半年较低温度、夏半年较高温度和日常温度下对地埋试点进度温度测试如图5。

图5　夏季某天温度测试数据

图6　冬季某天温度测试数据

经实测图显示，在空气环境在-10-43摄氏度区间，一体化机柜地上机柜舱体内温度处在-8-46摄氏度区间，地埋电池舱体内部温度均值处在-1-27摄氏度区间。

综上所示：可以得出将户外一体化机柜蓄电池舱进行地埋后恒温控制状况达到了预期效果。

4.4蓄电池更新成本

（1）蓄电池使用环境温度与蓄电池寿命的关系

根据相关数据分析，蓄电池的充放电是一个电化学过程，影响该过程最大的因素是温度。在25 °C时运行，是设计制造和使用蓄电池的理论寿命。根据电化学理论，温度降低，蓄电池可放电容量减少。根据相关数据显示，在环境温度为25℃时，蓄电池容量为100%，当温度下降到-10℃时，蓄电池容量只有标称值的70%。当环境温度升高到45℃时，蓄电池容量可以高达标称容量的105%，但过高的温度会对蓄电池的使用寿命造成严重影响。所以，蓄电池处在20-25℃区间范围内，可以获得最佳的放电效果和使用寿命。

（2）两种蓄电池类型机柜蓄电池使用寿命分析

根据相关数据显示，蓄电池运行环境温度提高10℃，使用寿命下降50%。

测试数据选在亳州相对高温的5-8月份收集，经对汤陵苇张及后毛新村两个站点的测试温度取样分析以及实测图显示，在夏季高温环境中，空气环境在30-40℃区间，一体化机柜地上机柜舱体内温度处在32-44℃区间，地埋电池舱体内部温度均值处在26-27℃区间，接近蓄电池理想运行温度20-25℃范围，并比同期地上设备舱体内温度低15℃范围。

表4是常用式、蓄电池地埋式两种户外一体化机柜蓄电池使用寿命分析以及电池购置费用分析如表4。

4.5蓄电池维护人工成本