5G基站老旧开关电源利用智能插框电源改造

2020-09-07李世峰

通信电源技术 2020年11期

李世峰

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

工信部提出，2020年年底力争所有地级市覆盖5G网络。经预测，2020年中国将建设60～80万个5G宏基站。如此大规模的5G建设，对运营商的建设进度和资金而言是严峻的挑战。5G基站的功耗较大，利用智能插框电源改造原有配套电源，可以缩短建设工期，节约资金，加快5G基站的部署。

1 5G系统电源需求

1.1 基站电源系统现状

现网存量基站大多为2G/3G/4G设备。因为基站共建共享，所以多数基站内存在多套2G/3G/4G设备。2G/3G/4G设备功耗普遍不高，市区现网站直流负载的电流多数为60～80 A，电流低于50 A和高于100 A的基站占比不高。根据不同基站类别，机房室内一般采用600 A电源系统，配置1组或2组500 Ah（或400 Ah）电池；室外一体化机柜一般采用300 A电源系统，配置1组500 Ah电池或2组300 Ah电池。少部分基站存在多套电源系统，还有极少数基站采用交流拉远或交转直模块供电。

1.2 5G设备功耗及需求

目前，5G基站采用BBU+AAU方式。本端站BBU安装在机房或室外一体化机柜内；拉远站BBU安装在各运营商的BBU池机房；AAU采用天线一体化设计，安装在天线抱杆或美化罩内。5G设备的功耗主要有AAU、BBU以及配套传输设备ATN（或PTN）。中兴和华为5G设备AAU及BBU的功耗实测如表1所示[1]。

可见，AAU随着业务负荷的增加，功耗显著提高；BBU的功耗比较稳定，受业务负荷影响不大。按照5G基站配置3个小区（即S111站型）计算，单个5G基站BBU+AAU的最大功耗达到3 800 W，是4G单站的2.5～3.5倍。可见，AAU功耗是功耗大的主要原因。新增配套传输设备以华为PTN990为例，典型配置为250 W，最大功耗为524 W。按500 W考虑，整个5G系统功耗为4 300 W，设计时按5 000 W考虑。如果移动和联通双需求5G基站，那么5G电源系统设计功耗应按10 kW考虑。5G建设初期采用NSA组网方式，建设5G基站的同时还需增加FDD为1 800 MHz的4G锚点站设备，单站系统功耗增加1 500 W左右。除了电源系统整体功耗的增加，还需一定数量的电源输出端子，每套5G系统需要一次下电提供1路160 A或2路100 A的熔丝（或空开），二次下电提供2路32 A的熔丝（或空开）。一定条件下，4G、5G功耗对比如表2所示[2]。

表1 中兴和华为5G设备AAU和BBU功耗实测

表2 4G、5G功耗对比

2 老旧开关电源利用智能插框电源改造方案

2.1 智能插框电源

随着5G网络的全面建设，各大电源设备厂商纷纷推出智能插框电源（模块化电源）。它的体积小，容量高，可嵌入式安装，分路计量，同时支持不同型号、不同容量以及不同新旧电池得混用（支持铅酸电池和智能锂电池，不支持梯次电池）。以华为产品为例，简单介绍智能插框电源。智能插框电源是华为公司为应对5G基站部署开发的创新型电源产品，具有高密度、模块化以及智能化等特点，可广泛应用于室内外电源新建和替换改造场景。插框电源面板结构图如图1所示，型号ETP48400-C4A1插框电源的参数如表3所示[3]。

图1 插框电源面板结构图

2.2 利用智能插框电源改造

2.2.1 替换插框

针对原有电源系统模块老旧停产无法新增的情况，需要采用新增智能插框电源替换原有老旧电源。只需要拆除电源整流部分后安装插框电源，电源改造前后的对比如图2所示。

图2 电源改造前后的对比

2.2.2 原铅酸电池割接及新增电池

新插框电源在原有的500 Ah电池熔丝端子重新布放35 mm2线缆，每组电池用4根35 mm2线缆，正2根直接接到零排，负2根在电池熔丝端子侧。用1个70 mm2铜鼻子压2根35 mm2线缆，然后接到电池熔丝端子上，拆除原有电池熔丝，这样原有从电池到开关电源的线缆可以保留，新增线缆最少。华为智能插框电源提供4路电池端子，铅酸电池占用1和2，新增电池占用3和4，插框电源支持电池混用，不需单独电池合路器，但不支持梯次电池。铅酸电池割接示意图和铅酸电池割接要点图，如图3和图4所示。

2.2.3 原有直流输出割接

插框电源一般提供3个输出单元，即用户1、用户2和用户3。用户1接原有直流输出（最大可输出200 A），一次下电布放4根35 mm2线缆,二次下电布放4根16 mm2线缆，正2根直接接到零排，负2根接至配电排，占用1个孔。正反面各放置1个铜鼻子，用螺丝拧紧。一次下电利用铜排空余孔接至原直流一次下电排，若铜排无空余，则拆除1个空开占用孔或拆除继电器后的继电器孔，二次下电利用铜排空余孔接至原直流二次下电排。无可用孔时，同一次下电一样，采取拆除空开或继电器等方式解决。改造时拆除原有继电器，防止继电器在断电后连通。用户2和用户3提供给运营商5G设备，可满足两家运营商的需求。直流输出割接示意图和直流输出割接要点图，如图5和图6所示。

表3 型号ETP48400-C4A1插框电源参数

图3 铅酸电池割接示意图

图4 铅酸电池割接要点图

图5 直流输出割接示意图

图6 直流输出割接要点图

3 案例

3.1 北宁委西

北宁委西使用楼顶租用机房，配置2套开关电源，2组150 Ah铅酸电池。中兴开关电源电流最大200 A，配置2组150 Ah铅酸电池，无法满足实际需求。艾默生开关电源配置4个模块（满配7个模块），空开最大350 A，现网电流90 A。考虑移动和联通两家运营商，两家5G最大负载电流分别为180 A和270 A，电池组报废时需至少新增8组100 Ah锂电池。充电需要80 A，总电流为350 A，电源模块配置要求为N+1，故无法满足需求，需替换插框电源并新增电池。案例中的两套开关电源及电源2的电池如图7所示。

图7 开关电源

3.2 安特公司

延吉安特公司使用室外一体化机柜，配置1套开关电源，1组500 Ah的铅酸电池，1架室外设备柜。开关电源现有2个整流模块，配置6个模块空开，满配300 A电流，现网电流为32 A。考虑移动和联通两家运营商，5G最大负载电流为180 A，现有电池充电50 A，总电流为260 A。按3 h备电，需至少增加2组100 Ah锂电池，充电电流还需增加40 A，总负载电流达到300 A。电源模块配置要求为N+1，原电源不满足需求，因此需替换插框电源，并新增2组100Ah智能锂电池。