核心网电源配套设施能力提升方案的分析

郝滨海

（中国移动通信集团内蒙古有限公司包头分公司，内蒙古 包头 014010）

根据5G网络建设的要求，5G核心网、SPN传输网、骨干网CDN设备，大容量数据承载网、光传送网OTN等设备的扩容安装，增加了局房设备的用电需求，核心机楼能耗需求持续增加，电源配套设备容量出现不足，通信电源系统需要新建和扩容。在介绍方案前，先回顾一下通信电源系统的情况。

一、通信电源系统介绍

核心网设备安装在通信枢纽楼，通信枢纽楼通信电源系统一般由交流供电系统、直流供电系统组成。交流供电系统由高压配电设备、变压器、油机发电机组、UPS（不间断电源系统）和低压配电设备组成。交流供电系统有三种交流电源：变压器供给的市电、油机发电机组供给的后备交流电、UPS供给的后备交流电。直流供电系统由高频开关电源（AC/DC变换器）、蓄电池、DC/DC变换器和直流配电屏等部分组成。

交流供电系统概况，重要通信枢纽楼一般由两个变电站引入两路高压电源，采用专线引入，一路主用，一路备用，经过变压器转变为380伏三相低压交流电源，配置自备油机发电机，在市电故障时提供后备电源。一般的局站机房，引入一路市电，配置1台或2台油机发电机组作为备用。在市电正常的条件下，通信设备由市电供电，当市电中断时，由油机提供各保证负荷的交流供应。需要不间断、无瞬变交流电的重要负荷由UPS供电，市电正常时，市电和逆变器并联给通信设备提供交流电源。同时，整流器也给蓄电池充电，蓄电池处于并联浮充状态。当市电中断时，蓄电池通过逆变器给通信设备提供交流电源。

从上面关于通信电源系统的简要分析来看，核心网机房电源配套设施能力提升主要从下面几个方面实施：核心网低压配电系统的部署，启用新机房新增基础配套设施，直流电源系统的新建和扩容，对超期服役、设备老化、故障频发、能耗增加的电池、空调等配套设备进行更新改造。下面从这几个方面进行分析和说明。

二、低压配电系统的部署

结合我公司第二枢纽楼三层机房启用的事例进行分析和说明。二枢纽楼于2013年开始使用，一楼是高低压机房，二楼机房包括电力室、交换机房、传输机房、数据交换中心IDC机房，经历了3G和4G网的运行发展时期，现在机房配置已满，低压配电系统，输出开关不足，无法满足新建设备的用电需求，启用三楼综合机房，进行配电设备的新建扩容。具体实施步骤为：

1.电力室机房电力环境设施的改造

1.1 在地板砖上面敷设一层防静电地板胶，保证设备运行安全。

1.2 动力机房照明改造，照度按照400lx设计，光源采用T5三基色荧光灯，双管底座，例如：机房面积350平方米，设计安装数量为55套。

1.3 新建设备接地通过电缆接入室内接地母线，实现设备等电位连接。

1.4 安装电力室走线架，核心机房电力电缆数量多，线径粗，重量大，严重考验走线架的承载能力，在安装走线架应特别加固。要求其吊挂支撑点尽量布置在建筑横梁或顶板实体上（在不影响设备布置和维护通道时，甚至可以采用下支撑方式），间隔控制在1.2米左右，型材厚度2.5mm，走线架接头的扣件和吊挂接头的三角板等配件及吊挂的螺栓必须按规定足额安装，并保证全部受力。

2.电力室新增楼层配电屏

为保证整个楼层电力室、交换机房、传输机房、数据交换中心IDC机房的用电需求，减少后期反复替换以及改造，电力机房新增设置5架1250A楼层配电屏，主备两路进线，由低压配电室2段低压母线供电，可以满足现在和今后的用电需求。从三楼电力室到一楼高低压室连接安装密集型母线槽（三相四线制）。

电力电缆外皮颜色选择：交流电缆外护套宜为黑色，内绝缘层分别为A相黄色、B相绿色、C相红色、中性线浅蓝色；-48V直流电缆，正极电源线宜采用红色，负极电源线宜采用浅蓝色，工作地电源线宜采用黑色；保护接地电缆宜采用黄绿色。

施工完成后，枢纽楼的管道井、电缆井应在每层楼板处用耐火极限的不燃烧体做防火分隔，楼板或墙上的预留孔洞用耐火不燃烧材料做好封堵。

3.动环监控系统的配置

对IDC 机房、交换机房、传输机房、电力室新增视频监控系统，实现机房环境、消防联动等智能监控，新建的电源设备、空调设备等动力配套设备都采用智能设备，均按要求接入动环监控系统之中。

4.综合机房基础配套设施方案

交换机房、数据交换中心IDC机房、传输机房在使用前需要进行基础配套设施改造，包括：机房地面进行防静电环氧地坪漆处理；机房内安装的防静电地板的规格为600mmх600mmх35mm，架空高度为500mm，面层燃烧性能等级为A；导电地网采用铜箔，铜箔厚度应不小于0.2mm，宽度30mm，铺设方法纵横组成，600*600 网格并与竖井地网在不同2点相连形成可靠接地；地板下方铺设厚度为20mm的保温层；机柜的正面与正面之间铺设可调节的通风地板，其余部分铺设普通防静电地板。

机房进行照明改造，主机房照度按照500lx （lx是照度单位，射到物体表面的光通量与物体表面积的比值）设计，光源采用T5三基色荧光灯，双管底座。

机房内走线架和尾纤槽一次性布置完成，新增水平走线架设置单层和双层，宽度均为800mm，材质为铝合金。为保证走线架的支撑力度，走线架垂直吊挂件间距为1m，走线架均需要可靠接地。机房内布置尾纤槽采用240mm 型号。环网铜排安装在底层走线架下方，为了安全可靠接地，环网铜排需从2个不同的接地点位与地网连接，环网铜排铜排尺寸为40mmх4mm。

5.数据交换中心IDC机房配套电源设备配置情况

IDC机房300平方米，新增交流列头柜4 架，配置均为：输入配置2 路250A 熔断器；新增 56 架标准机柜，112 个PDU（电源分配单元或电源分配器插座端子）。

数据交换设备计算量大，功耗发热量大，新增新增2套封闭冷通道组件和3台100KW机房专用空调（下送风式）。

6.UPS 系统建设

动力机房设置1套“2N”UPS系统，共配置2台400kVA主机。根据实际需求，配置2组480V/1500W 蓄电池组，蓄电池组后备时间按满足UPS放电30分钟考虑配置。

UPS电源系统蓄电池组后备时间是指一套UPS电源系统中每个UPS单机最大允许负载时所需配置的蓄电池组应满足的后备时间要求。2N双总线UPS电源系统是指每套UPS系统的负载率不应超过额定容量的45%，当其中1套UPS系统退出时，另外1套UPS系统的最大负载率不应超过额定容量的90%。

7.空调建设方案

IDC 机房、交换机房、传输机房、电力室机房专用空调的配置主要是根据机房机房设备的数量、发热量以及机房制冷量需求来设计的，标准工况下能效比（ERR）≥3.0；标准工况下显热比≥0.9；要求标准工况下冷风比＜4.5。

根据实际设备的配置数量，数据交换中心IDC机房配置3台100KW 风冷型专用空调（下送风），动力机房配置1台80KW风冷型专用空调（上送风），传输机房配置2台80KW风冷型专用空调（下送风）。

低压配电系统部署完成后，根据新增直流负荷的情况进行直流电源系统地新建和扩容工作。

三、直流电源系统的新建和扩容

结合公司5G核心网、传输、数据等专业对局房增加设备的用电需求，以二枢纽楼核心机房为例，电源配套设备容量满足至2022年年底前的用电需求，来介绍和分析如何配置直流电源系统设备。

考虑以下几个方面：

一是原有直流供电系统不能满足需要，需要新建直流开关电源系统；

二是新增5G核心网设备需要的直流引电端子，按设备需求配置新增直流列头柜；

三是根据交换机房新增设备的数量，其中包括直流电源设备，需要考虑替换或新增专用空调。

1.新配置直流开关电源

在需求期限内，根据核心网新增设备的用电量测算，例如：新增直流负荷24kW，直流电源采用-48伏电源，电流约495.00安培。

核心网专业在2楼交换机房新增直流负荷495.00A，按照核心网专业要求：核心网设备分为2列安装，2列的列头柜必须从不同的开关电源引电，新增列头柜分别从2楼动力机房原1号开关电源系统和2楼交换机房新增的2号开关电源系统引电，预计原有1号系统利用率60.71%，新增2号系统利用率34.50%。（见表1）

表1 直流电源配置和系统利用率情况

根据上述分析，新增1套2000A直流开关电源系统，能够满足到2022年年底新增直流负荷需求。

2.安装直流列头柜

配置2个直流输出屏，新增直流列头柜2架，配置均为：输入配置2 路500A熔断器，输出A、B路，各配置10 路100A熔断器、24 路63A熔断器和6 路32A熔断器。为便于新增数据设备、交换设备、传输设备引接电源方便，直流列头柜和开关电源和安装在交换机房。

3.新配置蓄电池组

预计新增开关电源系统后期负载为1000A，电池按照60%的放电效率来计，配置2组2000Ah的蓄电池，后备时间可达到2.4小时，完全满足核心网后备时间0.5个小时的要求。蓄电池组安装在电力机房，用240mm2电力电缆与直流开关电源连接，每组蓄电池采用2正2负的连接方式。

4.配置机房专用空调

按照机房新增设备的数量和功耗，以及机房制冷量需求，在二楼交换机房新增2台80KW专用空调。

以上直流电源系统扩容是满足到2022年底的用电需求，根据未来3年的规划，电源需求还会继续增加，再新增直流设备就要安装到新启用的3楼机房了。新增电源设备的需求，可以还按照上面的方法进行分析和规划。

5.动环监控

动力和环境监控是网络维护的重要维护手段，新建的电源设备、空调设备、以及机房都要安装动环监控系统，新增的动力配套设备都采用智能设备，均接入动环监控系统中。所有配置的监控设备都接入集中监控中心，进行统一管理和维护。

四、核心网配套电源设备的更新改造

现在的核心网综合机房运行时间大都在十多年以上了，电源等动力配套开始出现超期服役、设备老化、故障频发、能耗增加等问题，为解决这些问题隐患，保障网络稳定运行，需要对这些配套电源设备进行更新改造。

本着动力配套使用周期最大化和生产节约原则，对现网运行的电源设备进行核实和筛选，根据电源设备维护规程，制定更新改造原则：

1.完成容量不足老旧蓄电池的替换

全浮充供电方式的48V系统2V阀控式密封蓄电池，使用8年以上或容量低于80%额定容量，后备放电时间不足30分钟的，统一进行更换。全浮充供电方式的6V、12V阀控式密封蓄电池，使用6年以上或容量低于80%额定容量的，统一进行更换。

2.不间断电源UPS超期服役的替换

2.1 运行10年以上，设备性能下降、故障率较高，市电停电切换存在隐患的UPS；

2.2 已超过报废年限、性能严重下降、故障率高、厂家已不再提供备品备件和服务、不能维修的UPS进行更换。

3.核心机房制冷不足且超期服役的机房专用空调的替换

对于风冷专用空调运行时长大于8年，机房普通空调运行大于6年且无法维修和维修费用较高，不能满足机房制冷需求的空调进行更换，保证机房内不出现温度红色预警区域。

4.开关电源的替换

对于运行时长超过12年，机柜老化，设备性能下降、设备内部压降过高发热导致故障率高、无备品备件的开关电源，统一进行更换。

对于新替换设备的要求，一是要符合规范性，严格遵循相关技术规范和业务规范要求；二是要选择较为成熟的技术，对技术的可靠性及投资回报进行充分评估；三是要对现网进行的配套设备改造优先选择具有节能技术的产品和方案；四是要对系统预留一定容量，能够保证各业务的持续发展。

以上是对核心网电源配套设施能力提升方案的分析和说明，希望能够对大家的工作有所帮助。