关于5G基站电力容量评估的研究

徐 猛

（中国移动通信集团广东有限公司 东莞分公司，广东 东莞 523129）

1 背 景

按照某地市网络覆盖规划，5G一期至三期规划站点约6 000个室外站，原则上全部共享存量站点，然而各机房的电力及设备配置差异较大，对运营商5G建设带来较大的挑战，主要体现在以下3方面[1]。

1.1 需要耗用大量的投资

如果每个站点都要无差别扩容，按照平均每站3×104元的扩容造价来计算，需要消耗约1.8×108元，对5G建设投资来说是一个较大的挑战，因此需要严格筛选扩容清单，降低成本。

1.2 拖延了建设工期

每个站点的扩容工作至少包括现场技术勘测、设计会审、供电公司报装、合同签订、物业协调、入场施工以及系统割接等环节，起码需要1个月左右的时间。

1.3 电力超负荷的风险

电力容量不足可能会引起开关跳闸、空调无法开启以及设备运行中断等问题，更严重的可能会引起电缆被烧从而导致火灾，给基站安全带来较大的挑战[2]。根据公司降本增效管理要求，一方面希望降低扩容成本实现降本，另一方面希望提高评估效率实现增效，而如何快速识别哪些基站需要电力扩容将显得尤为关键。

2 基站电力系统组成及用电设备

基站电力系统的组成如图1所示。

图1 基站电力系统组成

用电设备主要包括空调、照明设备、蓄电池以及机房通信主设备。按照机房空间大小和制冷量测算，常规配置2～4台3P或者5P空调，采用主备结合方式，功耗约2.5～10 kW。评估功耗需要结合空调开启方式和额定功率，对于外电容量不足站点，可尝试更换节能空调或者设置空调轮流启动。照明部分主要是灯管和应急灯的充电，功耗约为0.5 kW。蓄电池配置按照机房设备功耗及备电时长进行计算，通常装有两组500 Ah蓄电池。针对外电容量不足的站点，建议错峰充电，降低充电功耗或者后备时长，减少电池容量，从而起到降低波峰值的作用[3]。通信机房主设备主要包括无线主设备和传输主设备。针对外电容量不足的站点，可以通过5G反开技术或者减配低业务量的系统，降低设备功耗。

3 外电容量评估内容

5G基站主要采用共址建设的方式，每个基站的建设方案和设备组成都不同，设计勘察阶段需要详细记录机房现状，统计已有设备和拟新增设备的功耗[3]。容量评估需要设计人员核查外电接电点容量、业主表前和表后电缆安全载流量、运营商电表及开关容量、表后电缆及开关容量，从而估算出整个外电引入线路的最大外电容量。如果外电容量不足，则需要安排针对性的扩容改造[4]。外电接入主要有直供电和转供电两大类，对应系统分别如图2和图3所示。结合直供电和转供电的系统图，主要从以下3个方面进行评估外电容量。

图2 直供电外电接入系统图

图3 转供电外电接入系统图

3.1 接电点容量是否满足要求

接电点的供电方式主要包括直供电和转供电两大类。直供电指的运营商直接接入供电公司的电力系统，转供电指的是因为直供电接入条件受限，通过其他主体借电的情况。前者接入供电公司的公共线路，而后者接电点场景较为复杂，运营商和业主共用同一个变压器或者电表，可能会存在超过业主最大容量的情况。转供电站点的接电点容量需要重点勘测，可以通过钳型万用表来测量主干线路的电流值，看是否已达到设定的警戒值。由于业主侧容量勘测需要业主配合打开电房或者业主电表，出入可能受管制，因此这个环节经常被勘测人员省略[5]。

评估方法是检查接电点可提供的容量是否大于当前功耗加上新增设备最大功耗[6]。测算当前功耗有以下3个简易方案。一是电量推算法，选取一个周期电表的计电量（XkW·h），当前功耗P=X×1 000/24，取数比较简单，但测算出的实际功耗相对偏小。二是电流推算法，监测一个周期电流的瞬时值，可以选取最大值作为当前功耗。如果使用三相电，则当前功耗P=380×I×1.732×cosθ，cosθ为功率因素，取值为0.8～0.85。如果使用单相电，则当前功耗P=220×I×cosθ。此方案测算相对准确，接近实际用电模型。三是功率累计法，将基站所有用电设备的功耗累加起来，然后乘以同时系数，此方法测算出的功耗偏大，但安全系数偏高。

3.2 电缆载流量是否满足外电容量

为实现线路安全保护，按照线路安全规范，电表和空开的限流值应该小于电缆载流量最大值，然而从某地市5 000余个5G站点勘察情况来看，大量站点存在电表容量和空开容量远大于电缆最大载流量的情况，可能会导致空开无法有效保护线路，从而引发电缆被烧毁等安全隐患，因此勘察人员需核查电缆和开关的匹配情况[7]。

评估方法为判断电缆载流量是否满足安全要求[9]。根据I=P/1.732×U×cosθ查档各型号电缆的载流量即可初步判断是否满足要求。其中P为功率，U为电压，cosθ为功率因素，取值范围为0.8～0.85。单相电U取0.22，三相电U取0.38，标称截面与70 ℃时电缆载流量对应表如表1所示。

表1 标称截面与70 ℃时电缆载流量对应表

3.3 线路压降是否满足容量要求

电缆长度、材料、线径、安装环境、温度以及使用年限等都会影响电阻值，多次维修会导致电阻变大，线路压降变大，基站无法正常开启。电缆和空开一般由运营商出资建设，属于运营商自行维护的资产，因此勘察数据应当查档设计图纸及维护记录，合理判断电缆实际容量[8]。评估方法是采用常见的线路电阻测算公式R=ρ×L/S。其中ρ是导体电阻率，铜芯电缆中ρ取0.017 40，铝芯电缆中ρ取0.028 3，L为线路长度，S为电缆的标称截面。线路压降计算公式为ΔU=IR，压降率为ΔU/U，单相电U取0.22 V，三相电U取0.38 V。压降率一般控制在5%以内，考虑到基站极端安装条件（外电扩容难度大或者扩容成本太高），建议可以适当放宽至7%。由于基站功耗大小会影响到压降自测值，因此基站实际功耗统计应当结合实测值[10]。

4 结 论

本文通过解析基站电力系统组成，量化评估电力容量需求，基于业主侧容量、实际运行功耗、电缆安全载流量以及线路压降等多重影响因子的实测值，设计综合性评估的电力容量评估方案，为5G基站外电扩容提供判断依据。