加强基站室外开关电源高温集中监控的研究分析

2020-01-05贾龙广

通信电源技术 2020年14期

贾龙广

（杭州安佳通信工程有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

近年来，随着4G的普及和5G的问世，通信行业快速发展。各大运营商为了解决流量提升造成的容量和弱覆盖区域的问题，已大批量采用室外微型站和拉远站等建设方式。随着室外型开关电源的普遍应用，室外开关电源高温问题越来越多，需要制定针对高温开关电源的解决对策。受经济和技术等因素的影响，通信服务面临更高的要求，同时租赁机房建站的难度逐渐提升。运营商在建基站时会用到各种设备，如传输光端机和分布式主设备等。这些设备与开关电源安装于同一室外机柜时，必然会造成开关电源设备工作环境温度的提升。因此，针对室外开关电源高温现象，建议采用集中监控的方式来解决其对基站室外开关电源的影响。

1 基站室外开关电源高温问题

1.1 高温的消极影响

基站室外开关电源面临高温问题，如果不及时解决可能会导致诸多问题。第一，开关电源内部整流模块在运行状态下周围温度超过60 ℃便会自动开启高温保护，进而停止运行[1]。同时，由蓄电池组持续放电给设备供电，待机柜内部温度降低，整流模块重新恢复运行后，蓄电池组停止放电，并转变为充电状态。反复多次循环后，便会影响蓄电池的性能，降低蓄电池容量和使用寿命，也会缩短整流模块使用期限。若基站没有配置蓄电池，各项业务便会被中断，阻碍基站的正常运行。第二，受到高温保护的影响，传输光端机可能会在运行过程中出现误码，导致设备出现瞬断现象。第三，基站中的主设备在高温环境下可能发生瞬断，并且影响到网优指标如BBU和RRU。以上问题的存在会直接降低通话质量。

1.2 导致高温的根本原因

结合当前基站运行现状，总结基站在运行过程中室外开关电源的高温问题，分析并总结导致高温的原因。运营商修建基站时，室外开关电源比较常见的有中恒、中达以及艾默生等厂家的室外一体化开关电源和嵌入式小电源等产品。对比不同产品在基站中的运用效果，可知室外开关电源高温与阳光照射关系密切。因为开关电源运行环境比较特殊，长期在室外接受阳光直射，若基站没有遮阳设施或者室外开关电源未安装热交换器和风扇等降温设施，便会因为运行温度提升而导致故障[2]。此外，开关电源的进出风口安装了防尘网与换热器。若防尘网与换热器的清理工作不及时，将导致防尘网换热器堵塞，也会降低开关电源散热性能，造成机柜内温度的升高，从而影响机柜内设备的正常运转。

2 基站室外开关电源系统

2.1 室外电源系统结构

通信基站内部的电源系统，在设计阶段主要使用交流供电和直流供电两种形式。其中，交流供电直接连接市电，搭配发电油机、交流配电箱以及浪涌保护器等设备，有利于优化基站供电质量。直流供电包括蓄电池组、开关电源以及直流配电单元等。传统形式的通信基站通信系统比较多样，按照2G、3G、4G以及5G修建，必须要有电源系统负责供电，确保基站内部设备能够正常运行[3]。所以，在运行状态下，为了满足通信需求，基站电能需求量不断提升。

2.2 基站电力要求

为了避免室外开关电源高温故障，5G基站的建设与运行需要提前制定完善的设备方案。5G基站一般采用BBU+AAU分布式方式建设，其中BBU设备安装于机房，AAU单元具有RRU集成和天线阵列等多项功能，需将其放置在室外较高的位置。

对比5G通信技术和其他通信技术，BBU功耗方面的需求更大，AAU功耗同样超过4G通信技术[4]。所以，对于5G基站内部的设备功耗，至少要超过5 100 W。此外，为了能够满足各项通信系统的网络需求，基站内一般同步建设其他网络系统，如2G系统和4G系统等，并配置500 Ah和1 000 Ah等大容量蓄电池组作为后备保障。在基站内增设5G系统设备，可以提升总功耗至22 000 W，而基站的直流功率也会达到14 000 W，交流电容量必须大于51.8 A。室外开关电源的电流容量满足388 A，供电安全系数为1.25，设备总功率为21 800 W，功率因数为0.8，整流模块电流为50 A，数量以9块为最佳[5]。

2.3 基站室外开关电源运行原理

要想规避基站室外开关电源高温问题，必须了解开关电源系统的运行原理[6]。根据供电方式的不同，基站室外直流供电可分为高压直流远供和室外小电源供电两种方式。

2.3.1 高压直流远供

高压直流远供方式将近端母站的直流电通过高压输送的方式给远端子站设备进行供电。母站直流远供局端口将开关电源设备输出的-48 V直流电升压至240～380 V，通过2芯直流电缆将高压直流电输送至远端子站，由远端子基站的远端降压模块将240～380 V直流电转换为48 V直流电为远端通信设备供电[7]。此供电方式后备保障由母站统筹考虑，远端子站不额外配置后备保障设备。由于主要电源设备安装于母站机房内，工作环境温度易控制。

2.3.2 室外小电源供电

室外小电源供电即根据远端实际情况，由业主配电箱引入220 V和380 V交流电，通过室外一体化小电源或安装于室外机柜的嵌入式小电源转换为48 V直流电为通信设备供电。此供电方式需远端配置后备保障设备，如小容量铁锂蓄电池和小容量铅酸蓄电池等[8]。由于小电源安装于室外机柜，工作环境温度受到自身散热、机柜内其他设备散热以及太阳照射等影响较大，需要加强对此类电源的温度控制。

3 加强基站室外开关电源高温集中监控建议

3.1 常规处理方法

基于基站开关电源系统，解决室外开关电源高温问题，要制定针对性的解决方案，并且通过实践操作进行检验。通过验证后，要保证解决方案的有效性和可行性，之后便可以在基站运行中加以应用，避免基站业务产生中断问题，加强通信系统的运行稳定性与通信质量。

首先，基站处在前期建设时期，需要分析建设全过程，尤其是后期基站维护方面。分析基站室外开关电源系统的实际运行情况，合理选择开关电源的安装位置。室外开关电源系统需要设置在避免阳光直射的部位，以免长时间接受太阳照射提高室外开关电源温度而导致设备高温过热问题。若资金充足，在基站建设期间还可以搭建室外电源开关的遮阳设施，达到降低开关电源运行温度的效果[9]。

其次，要加强基站所在地区的周围环境的监督、管理以及控制。当前，大部分基站在高温集中监控方面并没有完全实现机柜高温预警干接点从机柜传输到管理系统，所以基站室外开关电源管理很有可能处在失控状态。EPC4890/1800-H90A等开关电源并未与高温预警干接点连接，也会影响高温集中监控效果。设备内部没有安装相关开关电热源交换器和故障报警干接点等，所以设备闲置一些干接点。闲置干接点可以由技术人员统一处理，转变为开关电源热交换器和故障报警干接点，用于室外开关电源的高温集中监控。既可以避免干接点闲置，又能够优化高温集中监控效果[10]。

最后，重点开展替代运维管理，保证替代检查和监督可以得到深入落实。按照基站现场的温度情况，采用检查传感器明确室外开关电源的工作状态。设备现场的环境温度过高且已经达到警告限定温度值，技术人员需要及时进行调整，保证设备可以继续稳定运行。热交换器和通风系统也要接受检查，必须定期清理进出风口位置防尘网和换热器，建议以一年为周期。监管控制非常重要，遵循“防范为主，解决为辅”的原则，提前分析基站室外开关电源运行存在的所有影响因素，尽量消除存在的问题，一方面减小资源耗损率，另一方面规避高温可能引发的故障。

3.2 室外开关电源日常维护

3.2.1 室外开关电源清理工作

针对室外开关电源的日常维护，需要定期组织清理，尤其是出风口的防尘网和换热器等。具体的，打开交换器进风口防尘网的挡板，卸下防尘网螺丝，全面清理防尘网，清理干净后将其进行安装即可。此外，部分开关电源的热交换器分别采用不同的方式设计，所以在清理阶段可以不必拆卸，清理进出风口处防尘网即可，使得清理工作更加简洁[11]。

3.2.2 做好室外开关电源散热工作

室外开关电源高温集中监控，需要做好散热工作，保证设备可以长期处在正常温度下运行。分析当前通信行业基站比较常用的室外开关电源散热系统，可发现热交换散热系统对比常规风扇散热系统，前者的散热降温成效更加明显。如果是高温过热引发的设备故障，可以利用热交换散热系统予以解决。一方面，开关电源散热系统内部需要安装散热风扇，在基站内部与外部分别组建风扇循环系统，优化散热效果。另一方面，采用热交换器散热，室外开关电源在散热方面效果更加明显。选择换热器时，需要搭配内外双重循环风道和叠交银翘翅片，以提高热交换散热成效。基站建设期间，若条件允许，可以在室外开关电源散热方面采用热交换器的方法。

3.2.3 集中监控

目前，基站建设方面通常以自主运行模式为主，基站不安排看守人员。为了保证基站内部所有设备的正常运行，一般会安装动环监控系统。室外开关电源多采用智能设备，这一类型的设备包括多通信接口，可以将动环监控系统与通信接口连接，完成室外开关电源的集中监控。具体实践过程中，室外开关电源设备研发阶段需要将研发重点集中在散热运行工况和机柜温度远程遥控监测两个方面。基站室外开关电源处在高温环境下，也可以利用动环监控系统进行集中监控。同时，管理人员发现设备高温故障后，能够及时了解故障信息，通知维护人员及时处理故障，最大限度地缩短设备中断时间，保证基站的通信质量[12]。

4 基站室外开关电源高温集中监控启示

目前，进行室外基站项目的建设或者对其进行持续性改造，必须要重点关注室外开关电源散热系统的运行效果，分析基站所在地区的环境，并且按照基站运行工况，合理选择散热设备，明确设备型号。对于运行商而言，要加强基站动环监控，制定内容全面的集中监控制度。一旦室外开关电源设备出现故障，以及时发现并通知维修人员进行处理。在此基础上，室外开关电源维护和维修工作可以得到深入落实，避免高温导致的各项故障，也可以加强室外开关电源设备选型的针对性。通过故障常规处理与日常维护达到节能减排的效果，有利于提高基站通信质量。