现网开关电源优化整合实践及效益

2022-02-11郭云峥马腾霄陈献聪

通信电源技术 2022年19期

刘婧，郭云峥，马腾霄，陈献聪

（1.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2.中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广东广州 510000）

0 引言

随着信息通信行业的不断发展，通信网络规模不断扩大，运营商在经营过程中对网络维护投入的成本也逐渐增加。在不断完善网络维护措施的过程中，还应充分挖掘运营过程中实施网络持续降本增效措施的价值，科学控制网络运营成本，努力提升企业的经济效益，推进信息通信行业的发展。

和同区域的友商相比，广东省深圳市某运营商拥有的核心机楼局址数、机楼可用装机面积等资源都相对偏少。在移动通信网络发展的早期，尤其是2G网络和3G网络建设阶段，为核心网设备配套建设的分立式开关电源系统单套容量和蓄电池组容量普遍偏小。随着无线网络和核心网络的不断演进，网络架构已发生巨大变化，通信主设备单机架功率也不断提高。虽然在网的2G网络和3G网络的核心网设备已不再有后续的扩容需求，但是为其供电的分立式开关电源系统的负载水平普遍较低，此类开关电源系统占用了各核心机楼电力电池室较多的装机位置[1]。各核心机楼内有大量的通信设备新建或扩容等装机用电需求，但上述电源系统的剩余容量和电池容量均不能满足新增通信设备的供备电需要。与此同时，各核心机楼的市电容量和备用发电机组容量均接近预警红线或已用尽，如何在市电条件、空间等都受限的条件下满足核心机楼通信主设备的供备电需求是亟待解决的难题[2]。

目前，该运营商拥有11栋核心机楼，总建筑面积45 330 m2，总机架数为7 208架。综合考虑备用发电机组与空调制冷余量，11栋机楼整体装机率已达到87%，近一半机楼的装机率已达到95%以上，个别机楼的保障负荷容量已超出备用发电机组装机容量。根据统计，该运营商部署在各核心机楼的分立式开关电源共436套，平均负载率约为47%。其中，137套系统负载电流不高于600 A，288套系统负载电流不高于300 A，仅有74套电源系统负载电流超过500 A。在电源系统配置容量小、负载率低、占地面积大的情况下，如果能通过对现网电源系统优化整合空出电力电池室的部分装机空间并释放市电容量，就可以为未来2～3年的通信工程建设提前做好机房资源储备，继续发挥核心机房的应有价值[3]。

1 优化整合方案

对于现有核心机房的优化整合，应当先考虑充分挖掘现有开关电源系统的潜力，以提高单套电源负载率。对于现有开关电源系统间无法优化整合的，则有必要通过新建电源实现对现网开关电源的优化整合[4-6]。通过上述方式，实现对存量开关电源系统的充分整治，最终实现以单套大容量电源系统的整流机架替代多套小容量电源系统的整流机架、以单组大容量电池替代多组小容量电池，实现在网电源系统整流效率的整体提升，降低在网电源系统配套蓄电池组充电功率对市电容量的占用，同时释放出电力电池室内宝贵的装机位置，为后续的项目建设储备资源。

按照上述原则，根据所需条件的不同，现网开关电源优化整合有两种方案。方案一是充分挖潜现有开关电源系统的潜力，考虑利用其他项目已完成电池换新的现网大容量电源系统或者经必要扩容改造可以提升电源系统和电池容量的现网电源系统作为主系统，再将其他轻负载的开关电源通信负荷割接至该开关电源。方案二是根据优化整合需要新建单套分立式开关电源系统后，再将现网开关电源通信负载割接至新建开关电源。

2 方案实施

本文将按方案一对该运营商在深圳市某核心机楼实际实践的主要过程进行介绍。改造前，该局址核心机楼某电力电池室内共有HLR18局电源、SS43局电源、GM30局电源、GM29局电源以及CE19局电源这5套分立式电源系统，其中HLR18局电源系统含1套整流机架、1套直流配电屏（高阻）以及2组500 Ah铅酸蓄电池组。HLR18局电源虽然在网，但原已接入的通信负载均已退网，配置的铅酸蓄电池组也已到达设备更新周期，因此考虑对HLR18局电源系统进行包括扩容整流模块和更换电池组的必要改造，将其作为整治后的主系统。

拆除HLR18局电源的直流配电屏（高阻）和蓄电池组，利旧其他项目拆除的同厂家电源系统的直流配电屏（低阻），并新增2组1 500 Ah铅酸蓄电池组与原HLR18局电源系统的整流机架组成新的HLR18电源系统，用于同电力电池室内其他4套分立式开关电源设备的优化整合。改造完成后，HLR18局电源系统的配置为1套整流机架（满配10台100 A整流模块）、1套直流配电屏（低阻）以及2组1 500 Ah蓄电池组。HLR18局电源系统的改造充分利旧了现有设备资源，保证改造所需开关电源设备为同厂家、同时期，避免了兼容性问题。

以与GM30局电源优化整合为例，具体步骤如下。一是按设计电缆规格，提前准备好连接HLR18局电源直流配电屏与GM30局电源系统直流配电屏的两组连接电缆L1和L2，并做好接线端子的绝缘，绑扎在走线架上；二是将电缆L1和L2靠近HLR18局电源侧的一端接入直流配电屏的对应熔断器和正极铜排接线孔位；三是断开GM30局电源在低压配电柜对应的市电开关，并安排专人值守，检查电源系统的运行状况，此时后端的通信设备由GM30局电源蓄电池组供电，查验GM30局电池的备电状态；四是恢复GM30局电源的市电输入，拆除GM30局电源第一组电池对应的电池熔丝电池接入电缆，做好电缆绝缘；五是断开GM30局电源在低压配电柜对应的市电开关，并安排专人值守，此时GM30局后端的通信负载由第二组电池供电；六是测量GM30局电源直流配电屏正、负极铜排的电压，将HLR18局电源的输出电压调整至比GM30局电源蓄电池组的电压略低0.5 V；七是将电缆L1靠近GM30局电源侧的一端接入直流配电屏的正极铜排和负极电池熔丝，此时GM30局电源后端的通信设备由HLR18局电源和GM30局电源的蓄电池组共同供电，检查GM30局电源后端通信设备的工作状况，确认可以正常工作；八是将HLR18局电源的输出电压调整至浮充电压；九是将GM30局电源直流配电屏接第二组电池的电缆拆除，做好绝缘，将L2接入GM30局电源直流配电屏正极铜排和负极电池熔丝；十是对GM30局电源进行必要设置，消除告警，并保持GM30局电源对应市电输入开关处于关断状态（张贴标签写明禁止合闸）。以上步骤均执行后，最终完成整治，清理施工现场。

对于需要进行优化整合的现网电源系统，实践中均依据现行标准核算了直流电压降，核算全程压降最大值为2.83 V，满足规范要求。

3 成果及效益

现网开关电源优化整合是结合该运营商深圳地区核心机楼的实际情况开展，相关方案首先在两处核心机楼的电力电池室进行第一阶段验证，即开展了15套分立式开关电源系统的优化整合，实现在不降低通信设备供电安全性和不减少备电时长的前提下，有效提升了现网15套电源系统的整流效率，开关电源自身损耗功率合计降低了11.31 kW。与此同时，两处核心机楼合计释放出125.1 kW的市电容量和后备发电机组容量，可用于当期通信主设备装机。第二阶段优化整合在6处核心机楼开展，通过改造、拆除、合并等方式实现6处核心机楼现网81套分立式开关电源系统的整治，合计释放出约605 kW的市电容量和后备发电机组容量，同时在各核心机楼部分电力电池室都空出了可观的电源设备可装机位置。

早期入网的2G和3G网络核心网主设备逐渐退网或被替换后，已不存在后续再扩容的需求，通过对为其供备电的低负载、低配置、低效率的开关电源系统进行必要的整治，既能提升电源系统运行效率、降低损耗，又能空出电力电池室内宝贵的装机空间，为未来项目建设预留资源。除此之外，电源设备数量的减少也明显节约了大量人力资源，并减少了运维工作量。