地铁中民用通信系统供电方式探讨

2020-08-19韩建芳姚利民

通信电源技术 2020年10期

关键词：站厅断点机房

韩建芳，姚利民

（1.广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院，广东广州 510310；2.中国联合网络通信有限公司江西省分公司，江西南昌 336000）

0 引言

随着城市化进程的推进，越来越多的城市进入了地铁时代。在地铁内建设民用通信系统，对于实现公用移动通信网络的全覆盖，满足人民群众对通信网络的需求，促进经济、社会发展，实现“网络强国”战略具有重要意义。

地铁内民用通信系统一般由通信运营商和铁塔公司进行建设，民用通信设备的供电设施由铁塔公司建设，由于涉及到多家单位，民用通信系统的供电方式如何确定就是一个值得研究的话题，本文以X地铁线路中B车站为例进行说明。

1 设计范围及分工

1.1 设计范围

本工程以X号线A站——B站——C站中的B站为例进行设计，仅解决通信设备供电问题，设备侧DCDU及电源线由各运营商解决。

1.2 分工界面

本工程各单位分工界面具体如下。

1.2.1 地铁公司负责内容

（1）机房：每车站提供民用通信机房一处（装修工艺由铁塔公司提出，地铁公司实施），面积≥50 m2，层高3 m以上；机房内预留两处接地端子；提供机房制冷空调、消防设施等。

（2）电源：提供两路380 V市电电源（容量由铁塔公司提供，等级与地铁通信用电相同）。

（3）布线路由：提供各种通信漏缆、电缆、光缆敷设用走线架，预留走线位置。

（4）其他专业要求另行提出。

1.2.2 铁塔公司负责内容

（1）统筹各运营商用电需求、机房工艺设计提供给地铁公司。

（2）民用通信系统供电设施建设，包括48 V直流供电系统、UPS供电系统、各种交直流配电柜/箱以及之间的连接电缆。

（3）各运营商用电设备至前一级配电柜/箱的电力电缆由运营商负责提供，铁塔公司负责安装实施。

（4）动环监控系统建设。

1.2.3 运营商建设内容

（1）提供主设备及各自设备配套的连接线缆。

（2）配合工程建设相关事宜。

2 需求

各隧道断点间距如图1所示，无线、传输专业提供的设备电压、功耗需求如表1、表2所示。

图1 隧道断点间距示意图

表1 无线专业用电信息表

表2 设备用电信息表

为了减少民用通信系统长期运行带来的电能损耗，隧道断点设备供电采用就近原则，从两端最近的机房引电。B站机房负责断点3～断点10一共8个隧道断点民用通信设备、B站厅/机房内所有民用通信设备的用电需求，如表2所示。

3 需要明确的问题

3.1 负荷等级

在通信行业相关规范和工程实践中一般将本工程用电负荷作为三级负荷，但在GB 50157—2013《地铁设计规范》[1]第16.10.3条规定：通信设备应按一级负荷供电。

这在工程实施中比较困难，且工程投资成倍增长，对铁塔公司及各运营商来说是无法接受的。根据以往建设经验及运行情况，经铁塔公司和各运营商确定按三级负荷考虑。

3.2 备电时间

各运营商对通信设备备电时间不一致，移动一般要求备电时间2～4 h，电信、联通对是否备电无要求，根据GB 50157—2013《地铁设计规范》[1]第16.10.6条第3款要求：蓄电池组的容量应按近期负荷配置，并应保证连续供电不少于2 h。本工程考虑2个供电方案，具体如下。

（1）方案1：站厅/机房直流设备采用48 V直流供电方式，站厅/机房交流设备采用逆变器供电方式，无线设备备电时长按2 h考虑，传输设备按4 h考虑；隧道断点设备采用不备电方案，由市电直接供电。

（2）方案2：站厅/机房直流设备采用48 V直流供电方式，站厅/机房交流设备及隧道断点设备采用UPS供电方式，无线设备备电时长按2 h考虑，传输设备按4 h考虑。

3.3 电量计量

由于电源系统由铁塔公司建设，电费由运营商进行分摊，各家分摊电费多少一直是个难题，因此提出3种电量计量方案，如表3所示。

表3 计量方案对比

4 建设方案

4.1 方案1

方案描述：站厅/机房直流设备采用48V直流供电方式，站厅/机房交流设备采用逆变器供电方式，无线设备备电时长按2 h考虑，传输设备按4 h考虑；隧道断点设备采用不备电方案，由市电直接供电。

4.1.1 蓄电池配置

根据表1用电设备功率以及GB 51194—2016《通信电源设备安装工程设计规范》[2]中蓄电池容量计算公式可得开关电源蓄电池计算容量为1 669 Ah，配置2组48 V/800 Ah（2 V/节，24节/组）阀控式铅酸蓄电池组。

4.1.2 开关电源配置

根据表1用电设备功率、蓄电池配置，配置1台600 A组合式开关电源，含12个50 A高效整流模块，开关电源具备分用户计量、二次下电功能。

若后期还有新增直流负荷需求，可将蓄电池充电从10小时率调整为20小时率，以满足新增负荷用电需求（此方式将降低蓄电池后备时间，需进行评估）；若开关电源容量不足，则再新增一套开关电源及蓄电池组，本期预留好位置。

4.1.3 逆变器配置

根据GB 51194—2016《通信电源设备安装工程设计规范》[2]第6.1.1条：要求交流不间断供电的通信负荷，宜采用交流不间断电源（UPS）供电系统供电，容量小于10 kVA时可采用逆变器供电系统供电。由于站厅/机房交流负荷较小，考虑通过逆变器供电方式解决交流用电设备需求，每运营商各配置2台5 kVA逆变器，组成1+1并机方式，各配置1个交流输出配电单元，逆变器、交流输出配电单元安装在综合柜内。

4.1.4 直流系统压降计算

48 V系统全程压降要求不大于3.2 V，经核算从开关电源蓄电池到机房最远点用电设备的压降不超过3.2 V。

4.1.5 隧道断点供电

隧道断点供电方式有3种，具体如下。

（1）星型供电方式：即每个隧道断点内交流配电箱均从地铁机房内引出，点对多点方式。此方式各断点用电互不影响，安全可靠性较高，但是电缆投资较大。

（2）链型供电方式：即下一个隧道断点内交流配电箱输入从上一级交流配电箱的输出端子引出，一般级联方式不超过3级。此方式可节省电缆投资，但是安全性较差，上一级交流配电箱故障可能会影响下一级设备供电。

（3）T型供电方式：即同一方向敷设一根主干电缆，各隧道断点交流配电箱从主干电缆采用T接方式引出。此方式可节省电缆投资，同时上、下级供电也互不影响，安全性较高，但是T接时需采用专用T接头，避免连接不可靠引起的安全性问题。

图2为隧道断点供电方式示意图。

图2 隧道断点供电方式示意图

隧道断点设备采用不备电方案，由市电直接供电。根据就近供电原则，B站机房负责断点3～断点10共8个隧道断点民用通信设备供电，同一方向断点采用1根电缆供电，断点处交流配电箱T接引出（即T型供电方式）。

根据YD/T 1051—2018《通信局（站）电源系统总技术要求》[3]第7.2.3条额定电压的允许变动范围：使用低压交流电的通信设备和电源设备以及建筑用电设备，在其电源输入端子处测量的电压允许变动范围为额定电压值的-15%～+10%。

经过计算，采用4×10 mm2电缆在断点9或断点10（最远点）的电压为350 V（压降8%），符合规范要求。

下面对隧道断点设备两种不同的电源分配方式进行对比，方式1断点配电箱内各相电源对应不同的运营商，方式2断点配电箱内各相电源对应固定的运营商。根据《中国移动通信电源、空调维护管理规定（2014版试行）》[4]对变压器负载三相电流不平衡度要求应≤15%。其中三相电流不平衡度计算公式如下：

通过表4、表5可以看出，采用方式2固定分配方式不满足中国移动要求，因此本工程采用方式1不固定分配方式。

方式1可能给后期运维带来一定困难，在建设时可通过配电电源端子用不同的颜色标识、贴上对应的标签进行解决。

4.1.6 交流容量

根据计算，地铁公司需提供两路容量不小于85 kVA的380 V市电。

4.1.7 供电系统图

图3为方案1供电系统图。

4.2 方案2

站厅/机房直流设备采用48 V直流供电方式，站厅/机房交流设备及隧道断点设备采用UPS供电方式，无线设备备电时长按2 h考虑，传输设备按4 h考虑。

4.2.1 直流供电系统

根据表1用电设备功率以及GB 51194—2016《通信电源设备安装工程设计规范》[2]中蓄电池容量计算公式可得开关电源蓄电池计算容量为1 076 Ah，配置2组48 V/500 Ah（2 V/节，24节/组）蓄电池。配置1台600 A开关电源（含8个50 A高效模块），其他说明与方案1类似，本方案不作说明。

4.2.2 UPS供电系统

8个隧道断点设备+站厅/机房交流设备负荷共47 kW，折合52.5 kVA（功率因素0.9），按UPS最大负载率90%，配置1台80 kVA UPS单机运行方式（若远期有交流负荷新增需求，也可采用模块化UPS或后期通过并机方式进行扩容）。