“超级基站”电源配置与设计的探讨

陈文环，倪奇文，郑发秀

（中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）

随着地球气侯环境日益恶化，在我国的国土区域内，南方沿海地区恶劣气侯表现为超强台风、洪涝；北方地区主要有冰雪、洪涝等；在西南地区有地震等不可抗拒的自然灾害。通信基站能否在各种恶劣的环境下抵抗不必要的破坏，维持通信功能不中断，这对基站建设是一个严竣的考验。“超级基站”能够做到地震震不倒、洪水淹不着、台风吹不垮、冰雪冻不坏，超级基站的通信电源配置和设计是一个重要的保证环节。

所谓的“超级基站”是相对于传统普通基站而言，在面临各种自然灾难时，能够保障站点覆盖下区域的通信畅通运行。其主要在以下三个方面进行改造：一是普通基站都是采用光纤路由，而它采用光纤与卫星的双路由传输，当地面传输因地震、台风等自然重大灾害而中断时，可以自动切换到卫星传输，保证基站正常通信工作；二是比普通基站增加配置了大容量蓄电池和自启动油机系统，当市电中断时，自启动油机可以正常供电；三是基站房屋的建筑标准将比当地设防烈度提高一度，设备安装标准也进行了科学调整，最大限度地减少了因地震、台风等其他重大自然灾害给基站带来的毁损风险。超级基站一般采用自建框架结构的机房，选择布置在区县的行政中心、人口相对集中的附近；有可靠的电源保障，在靠近供电公司或政府大楼的地点，提高供电可靠性，以及在应急情况下满足通信用户接入。

1 超级基站的用电量分析

超级基站在未遇到自然灾害时，与传统的通信基站一样作为一个通信节点。基站内主要有基站收发设备BTS（包括3G Node B设备）、传输设备、开关电源、蓄电池组、备用发电机组、空调以及卫星通信等设备。

正常情况：超级基站在无灾害时，作为一般的传统基站进行通信。2G的BTS及3G的Node B按单机架满配的载频考虑；市电引入、备用发电机组及电源设备的容量应满足基站内所有设备的用电，具体用电情况如表1。

表1 正常情况站点功耗估算

灾难情况：超级基站在遇到自然灾害时，通过远程或本地切换技术，保证站点基本的通信能力，灾难情况站点功耗估算如表2。在碰到灾难时，根据后备油机的情况，可分成两种情况：

①固定油机或应急油机能正常保障供电时，站点按正常情况通信能力使用。

②固定油机或应急油机因故障无法供电时，根据灾难应急保障等级，设备采取远程或本地关闭技术等手段，降低站点设备总耗电量，延长蓄电池组的供电后备时间，以满足抢修人员有足够时间到站点进行抢修，保证网络通信畅通。

表2 灾难情况站点功耗估算

通过上面分析，超级基站在正常时，通信设备的总功耗将达到6 850 W；在遇到自然灾难时，较为极端差的供电环境，为了保证基本通信功能，通信设备总功耗控制在650 W左右。

2 超级基站的供配电系统组成

超级基站的供配电系统设备与传统基站的配置一样，一般户外市电引入，专用变压器；户内主要设备有备用固定油机，浪涌保护箱（SPD），市电/油机转换箱、交流配电箱（屏）、－48 V高频组合开关电源（含交流配电单元、高频开关整流模块、监控模块、直流配电单元）和48 V蓄电池组组成。其示意图如图1。

图1 超级基站电源系统组成示意图

说明：市电/油机转换箱与交流配电箱（屏）可以做成一面柜子，安装于机房内部。

3 设备选择配置

（1）蓄电池组与直流系统

在碰到灾难时，蓄电池组容量配置要保证基站基本通信功能，放电后备保证时间一般考虑4～5天（96～120小时），根据蓄电池组所需保证时间与应急通信的耗电量的关系，计算出超级基站配置的蓄电池组容量约1 000 Ah的2组。

直流系统容量配置考虑正常情况下，直流负载浮充功率和蓄电池组充电功率。通过上面分析，负载功率约6.850 kW，折算成48 V约142.7 A；2组1 000 Ah蓄电池组的浮充充电功率约12.7 kW，折算成48 V约238 A，直流系统所需的负荷容量合计为380.7 A。一般基站直流系统的整流模块为50 A/只（或80 A/只），考虑到模块的备用，超级基站的直流系统模块配置数量为50 A/只的9只（考虑1只备用），所以采用了48 V/600 A的直流系统。

（2）变压器和固定油机容量选择

变压器和固定油机的容量考虑在正常情况下设备耗电量，具体设备如表3。

表3 基站总功耗估算

综上列表分析，变压器容量保证功耗约21.9 kW，即27.4 kVA；固定油机在考虑最佳工作状态，保证功耗约25 kW（按0.8系数考虑）。

（3）应急供电

超级基站在建设期，预留应急油机抢修的工作空间，并在合适的位置上安装应急接口（采用快速的航空插头），满足应急快速抢修的需求。

（4）小结

根据本小节的分析，按常用电源设备容量进行选择，主要设备容量为：变压器约30 kVA；油机约25 kW；直流系统容量为48 V/600 A；后备蓄电池组为2组1 000 Ah。

4 供电智能化

目前基站的动力环境监控系统信号传送主要采用了干节点告警、纯2M或IP组网三种方式。超级基站电源设备采用了无人值守的方式运行，在有线光缆传输不中断的情况下，采用纯2M或IP的传送方式；在碰到自然灾难，有线光缆传输中断切换为卫星无线传送的情况下，采用干节点告警或无线SIM卡的方式传送基本的告警信息，以减少占用卫星传输资源。

当市电出现故障时，备用固定油机组自检后完成自启动功能，并将燃油位、输出电压、电流等主要信号通过监控系统传送到监控中心或维护人员手机。

5 其 它

超级基站的设计建设过程中，还要考虑以下的几个因素：

（1）超级基站设置独立的油机房。

（2）由于站点建设在人口相对集中位置，油机房设计考虑降噪处理，应满足《工业企业厂界噪声标准GB12349—93》城市二类的标准范围之内。

（3）设备选购低功耗、节能型，并具备有节能软件控制功能的设备，使基站整体耗电量得到一定的下降。

（4）在条件允许下，站点设置通风系统，在停电的情况使用通风系统为机房散热。

（5）站内设计户外的电力线缆考虑一定长度冗余，满足冰冻或地震灾难造成能量的约束释放。

（6）电源设备应具备6～9级抗震设防，以及在不同环境要求的防水IP等级。

6 总 结

通过以上分析，“超级基站”的电源设备的配置与设计，必需充分考虑各电源系统设备的容量应满足正常和灾难两种不同环境下通信设备的用电需求；发电机组和蓄电池的后备供电的累计时长，满足灾难后到达现场的抢修时长。

根据《国家突发公共事件总体应急预案》的保障要求，“通信保障”是应急保障一个重要的组成部分，而通信基站是保证通信畅通的一个网络节点。随着社会公共应急保障体系的建设越来越健全，“超级基站”的应急保障能力将会发挥重要的作用。

［1］ 中国移动通信集团公司.中国移动应急通信抗震型超级基站建设标准［S］.2009.

［2］ 中国移动通信集团公司.中国移动应急通信抗冰雪型超级基站建设标准［S］.2009.

［3］ 中国政府.国家自然灾害救助应急预案［Z］.2006.