5G基站电源改造方案探讨

陈超俊

（中国铁塔股份有限公司湛江市分公司，广东 湛江 524000）

0 引言

根据工业和信息化部统计，截至2023年2月末，我国5G基站总数达238.4万个，占移动基站总数的21.9%，5G网络建设稳步推进，不仅完成了城市范围的深度覆盖，而且县城及农村区域也完成了全面覆盖，在助力疫情防控和复工复产等方面发挥了重要作用。湛江铁塔在近年来累计建设了近6 500个5G基站，积累了一定方案经验，下面就相应的电源改造方案做简单总结与探讨。

1 5G技术对电源系统的挑战

5G网络设备的功耗相比传统的2G、3G、4G网络设备都要大得多，单站负荷在50%左右时，5G基站的典型功耗是4G基站总功耗的3倍以上，因此，5G设备对于基站外市电容量及配套电源容量的要求非常高，对现网电源系统带来较多挑战。

（1）挑战1：5G网络设备功耗提高后，较多现网基站的市电容量不满足新增5G基站的需求，必须对外市电进行扩容改造。外市电扩容改造工程不但投入大，而且耗时长，容易影响5G网络的建设进度且大大提升了网络建设投资成本。

（2）挑战2：运营商时代建设的基站入网年限较长，部分外电工程、开关电源等配套设备在网运行远超5年甚至10年以上，存在低效开关电源多、电源模块槽位无法扩容、空开端子数量不足、新旧电池组并联、输出电压不稳等问题，因此电源部分改造工程复杂，交付工期不可控，对5G基站的开通运行造成影响[1]。

（3）挑战3：部分5G基站的BBU需要放置在本站机房内，或者存在部分基站的BBU集中放置，这样就大大增加了机房设备空间占用率，同时提升了机房环境温度，因此部分基站也需要新装空调或者替换大功率空调以增加空调制冷总量。

2 5G电源系统改造方案

每个基站的资源配置不同、应用场景不同，因此在5G网络建设过程中只有落实“一点一方案”，精细化实施管控，才能做到用最低的成本做最多的事。湛江铁塔目前交付运营商6 462个5G基站，其中新建站址339个，改造存量站址6 123个。存量站址改造部分的情况统计见表1。下面简单总结了湛江铁塔在近年建设过程中的改造方案。

表1 湛江铁塔存量站址5G需求改造情况（单位：个）

2.1 外市电改造

对外市电的容量需求的评估需综合考虑基站机房内现有各项设备的功耗、电池的充电功率和历史放电情况、空调及照明等设备的功耗[2]。只有准确掌握这些关键数据，才能进行有针对性的分析并制定改造方案。常规的5G 64T64R宏站单站S111典型配置的功耗约为3～4 kW。在新增5G设备时，可根据基站的实际情况确认改造方案。

（1）当原外电接入的公用变压器或专用变压器核实容量充足时，应从载流量、压降、外观等方面核实引入部分线缆的情况，如果线缆可以满足5G设备接入，可以直接利旧接入；如果线缆无法满足5G设备接入要求，则需安排线路改造，一般引入部分线径不应小于4×25 mm2（铝缆）。

（2）当原外电接火点为单相220 V时，从安全的角度和后续可能的网络扩容需求考虑应改造为三相380 V。

（3）当现有部分基站使用转供电方式接入时，如有供电局的接入点资源，可以在本次5G网络建设中改造为直供电方式，湛江铁塔累计共完成93个站点转改直，这样可有效节约设备的用电成本，为行业实现降本增效。

（4）当现有接火点为公用变压器并且其容量已经接近扩容最低门限时，从安全方面考虑，需与当地供电部门沟通，推动对方及时配合对变压器进行扩容。

（5）当原外电引入线缆的线径够大但基站专用变压器容量已达80%以上时，需对专用变压器进行增容。如无法完成增容且有公用变压器资源，则考虑“高改低”，重新报装380 V市电并将其引入基站使用。

2.2 交流配电箱改造

现网基站机房内目前配置的交流配电箱一般容量都是100 A的，而5G设备的交流负荷需求一般不超过20 A，可结合勘察情况评估。湛江铁塔机房内一般有1～3个交流配电箱，在整个网络建设改造过程中暂未对交流配电箱实施改造。另外，运营商部分5G网络要求提供交流供电，可通过在室外增加63 A的小型交流配电箱搭配交转直对设备供电。总的来说，交流配电箱的改造应根据基站的具体情况与运营商网络建设需求安排实施改造与升级。

2.3 开关电源改造

现网基站目前配置的开关电源其机架容量一般都是300 A或者600 A，5G网络直流负荷需求一般为150 A（含充电电流）。部分现网的开关电源机架容量设置并不合理，不能有效地满足当前5G网络运行的实际需求，可根据基站的实际情况确认改造方案。

（1）当原有开关电源有冗余空气开关或熔丝数量但配置小时，可直接替换大容量端子。如果空气开关或熔丝已全部被占用，可通过新增直流配电扩展单元实现扩容改造。

（2）当原有开关电源的整流模块槽位足够时，可直接增加整流模块扩容；当原有开关电源的整流模块框已接近满配时，考虑到槽位受限，模块可按N配置方式（注：一般开关电源要求N+1配置）。需保证新插入的模块必须与原有模块的厂家型号保持一致。

（3）如果需新增的整流模块已停产且机房空间满足，则可考虑新增一套开关电源；如机房空间不满足，可通过插框改造将整流模块部分整体替换，或者直接进行开关电源设备替换改造。

（4）如果核实扩容模块后无法满足5G网络接入需求且机房空间满足，可以考虑直接新增开关电源。在地面空间满足新增组合式开关电源时，可考虑附墙增加壁挂式开关电源。

（5）对于部分入网年限长的老型号开关电源，空气开关和整流模块槽位一般配置较小，可考虑直接替换改造为新的开关电源，超过10年的开关电源应考虑逐步退网。

2.4 蓄电池改造

现网基站的蓄电池组容量一般在200～800 Ah之间，运营商对于5G设备备电时长的要求一般为1～3小时。根据测算，新增5G设备的电池扩容需求为200～500 Ah。近年来，铁锂梯次电池作为国家发展规划重点推广的储能新技术之一，相对于传统铅酸电池，在使用寿命、充放电性能、电能转换效率、耐高温、质量和体积等方面更有优势，可在蓄电池改造过程中应用[3]。在同样占地空间和同样质量的情况下，梯次电池组的容量至少可以达到铅酸电池组的1.5倍，经济效益更高。当原有蓄电池容量配置不满足时，可根据基站的实际情况确认改造方案：

（1）当机房的空间相对充裕时，可考虑直接增加一组蓄电池，优先按原有电池组型号进行扩容改造，在改造方案制定前核实机房承重是否满足新增电池组。

（2）当机房的空间相对紧张，无法满足扩容时，可考虑将原有小容量蓄电池组更换成大容量蓄电池组。另外，部分老旧电池组的容量随着年限会存在明显压降，可在本期改造过程中考虑替换。

（3）当机房空间已无法满足更大体积的电池组时，可考虑将现有的铅酸电池组替换为梯次电池组。

（4）当基站为室外一体化机柜且机柜内已无扩容空间时，可考虑协调物业在原有机柜旁边新增一套电池柜，安装一组新蓄电池。

2.5 空调改造

基站内温度需保持在5～30℃才能保证5G网络主设备和传输等设备运行的稳定性[4]。目前，常规存量机房基站至少配置一台1P的室内空调，部分最多配置两台3P柜式空调交替使用，5G网络制冷量一般需要1.5 kW。在制定机房空调改造方案时，第一步应按照热负荷计算公式明确机房内空调制冷总量需求数，然后结合基站内现有空调的型号配置和折旧情况综合考虑基站内的安装空间限制，确定最终改造方案。总的来说，可根据基站的实际情况考虑新增空调还是替换已有空调。

对于一体化机柜来说，一般不需要新增空调，但需要分析现有空调的使用效能是否正常，如果已出现明显制冷故障应及时安排整治更换。

3 5G电源改造案例简析

3.1 改造案例一

湛江铁塔某存量基站共有三家运营商共享，外电为单相转供电接入，现场业主有三相电接入点。根据现场收集的数据，业主的表前为4×25 mm2铜线，表后为4×25 m m2铜线到空开处，闸刀到机房线缆为2×10 m m2铜线，机房现有设备合计功率为6.5 kW，新增5G设备功率为5.1 kW，交流电流预计为15 A，合计新增设备后总电流为47 A。

改造方案：考虑来电后瞬间电流为正常工作电流1.5倍，单相承载瞬间最大电流达到20 A以上，需要将2×10 mm2电缆更换为4×35 mm2铝线，将单相电改为三相接入，更换后满足新增5G设备的需求。

3.2 改造案例二

湛江铁塔某存量基站机房空间较大，外电接入为单相220 V直供电，配置一台开关电源的总机架容量为600 A，整流模块已满配，现网已有三家运营商的3G、4G网络共享，现有联通和移动两家运营商有新增5G设备需求，经评估本站点的外市电、开关电源、电池组容量都无法满足。

改造方案：联合供电局到现场勘察确认接入点有三相电资源，重新报装，将外市电改为380 V接入，新增一套壁挂式开关电源和一组500 Ah梯次电池，为两家运营商的5G设备提供电源。

3.3 改造案例三

湛江铁塔某存量站点现有2组300 Ah铅酸电池，目前有新增移动5G设备需求。经分析新增AAU和BBU设备总功耗为3.7 kW，移动设备的备电时长要求为1小时，机房内在网设备的功耗电流为55 A，则综合测算增加1套移动5G设备后蓄电池组容量需增加至800 Ah大于现网的600 Ah。

改造方案：经对机房承重进行复核，同时考虑到原有电池组已入网6年有一定变形，且可能还有其他运营商新增5G设备需求，确认改造方案为拆除现网2组300 Ah铅酸蓄电池组，替换为2组400 Ah梯次铁锂电池组，改造完成后可满足5G设备需求。

4 5G基站电源创新技术方案探讨

4.1 直流远供

我国5G网络建设使用的是较高频段，覆盖范围受限，因此为满足5G网络覆盖需建设大量的微基站。微基站具有安装快速、位置灵活、设备小且功耗低等特点，可采用直流远供的供电方式满足其设备运行需求。

直流远供方式的连接距离不应超过2 km，一般以1～2 km为宜，采用串联级联方式满足多套设备的供电需求。直流电压可根据具体点位的耗电需求，对应选择280 V或380 V直流电压[5]。

4.2 外市电智能削峰

当基站外电只满足均值负载，不满足峰值负载，同时外电改造难度非常大时，可以增加智能开关电源，并且设置好对应转化的负载阈值。当负载峰值大于过载功率时，机房内的铁锂电池组同步对负载供电，实现智能削峰的效果。在负载相对空闲时，锂电电池组转入均充状态，这样可以实现“不改市电、不动配电、不增机柜”的目的[6]，采用低成本方式达到高效部署的效果，是一种实现5G网络快速建网的改造方案。

4.3 电池混搭、共用管理

如果基站的机房空间相对比较大，满足新增电池组，同时在网的电池入网时间不长，当满足正常使用时，可以通过增加电池共用管理器把新增的梯次电池组与原有的铅酸电池组联动管理，降低改造成本。

4.4 光伏发电、储能供电

现网部分基站的外市电引入改造难度较大，而且施工成本高。可以考虑对部分楼面空间较大的楼面站或者野外旁边有足够大空地的地面铁塔站，通过增加光伏发电装置，为基站补充一路供电，提升整体供电容量，满足新增5G设备的大功耗需求，部分点位光伏功率足够大，可直接代替原市电。该绿色能源方式实现了节能减排的目的。

5 结束语

通信行业是保障社会发展的重要基础产业之一，而5G网络建设是当前通信行业重点推进的建设项目，满足5G基站的超高能耗需求是5G网络发展的关键难点之一，因此在5G网络建设实施过程中，应重视5G基站的电源配套改造工作。湛江铁塔通过积极分析和总结科学可行的电源方案，满足了三家运营商5G网络建设需求，这些方案对后续搭建一个稳定运行的5G网络具有重要参考价值。■