孟彥偉（中國鐵塔股份有限公司，北京 100142）

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資源受限條件下的大型廣場拉遠站供電方案

孟彥偉
（中國鐵塔股份有限公司，北京 100142）

摘 要隨著移動通信的發(fā)展，人們對移動網(wǎng)絡(luò)的要求持續(xù)增高，基站建設(shè)的密度越來越大，尤其對于一些面積廣闊的大型廣場，就需要建設(shè)更多的基站滿足其無線覆蓋的要求。分布式基站的普及，部分解決了基站密度大帶來的選址難、建站難問題，但對拉遠站的供電卻提出了更高的要求。本文通過建設(shè)實例，提出了資源受限條件下的大型廣場拉遠站點的供電方案，并提供了一些可作為參考的具體建設(shè)方法。

關(guān)鍵詞大型廣場；分布式基站；拉遠站；絕緣穿刺線夾

隨著移動通信的發(fā)展，人們對移動網(wǎng)絡(luò)的要求持續(xù)增高，基站建設(shè)的密度越來越大，尤其對于一些面積廣闊的大型廣場，就需要建設(shè)更多的基站滿足其無線覆蓋的要求。分布式基站的普及，部分解決了基站密度大帶來的選址難、建站難問題，但對拉遠站的供電卻提出了更高的要求。大型廣場是一個建設(shè)整體，電力、管道、路線等資源受到全局規(guī)劃的限制，基站建設(shè)要充分利用現(xiàn)有資源，因地制宜的制定供電方案。

1 大型廣場通信解決方案和存在的問題

某城市新規(guī)劃的大型公共廣場（以下簡稱廣場）位于市中心，是人流密集的城市重點景觀廣場。根據(jù)無線規(guī)劃，廣場內(nèi)需要建設(shè)8個通信基站才能滿足如此大面積的話務(wù)量需求。但廣場對景觀要求極高，不允許在廣場內(nèi)建設(shè)土建機房或室外型一體化機柜。如何解決大型廣場話務(wù)覆蓋的問題就擺在了通信建設(shè)者的面前。

1.1 大型廣場無線覆蓋方案

針對大型廣場范圍廣、話務(wù)量大、景觀要求高的特點，分布式基站是最理想的建設(shè)方案。分布式基站是指采用BBU+RRU方式的基帶拉遠系統(tǒng)，BBU是基帶控制單元，實現(xiàn)基站與BSC之間的信號交互，集中管理整個基站系統(tǒng)；RRU是射頻拉遠單元，主要完成基帶信號和射頻信號的調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)處理等功能。BBU放在通信機房內(nèi)，RRU位于遠端天線處，BBU 和RRU之間采用光纖連接。

為便于管理，應(yīng)將8個基站的BBU集中放置在一個機房內(nèi)。由于廣場內(nèi)均為綠化景觀，沒有自建或租賃機房的條件，因此選擇了距離廣場2 km外的一個機房來統(tǒng)一安裝BBU（以下簡稱BBU機房），如圖1所示。

RRU采用拉遠方式安裝在廣場內(nèi)的天線附近。根據(jù)廣場景觀要求，天線偽裝后安裝在廣場燈桿上，這樣既美化了城市的視覺環(huán)境，也減少了居民對無線電磁環(huán)境的恐懼和抵觸。RRU安裝在燈桿附近偽裝成灌木叢的小型美化箱內(nèi)，方便與天線的連接。本文將在燈桿附近安裝的RRU及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為燈桿站。

圖1 BBU集中式建網(wǎng)方案示意圖

1.2 分布式基站常用供電方案

分布式基站方案可以解決廣場的無線覆蓋問題，下一步就要解決分布式無線設(shè)備的供電問題。BBU機房位于廣場外，可以直接使用機房建筑物的380 V三相交流電，因此需要解決的是拉遠RRU的供電問題。根據(jù)無線專業(yè)提供的數(shù)據(jù)，1～4號燈桿站各安裝8臺RRU，每個燈桿站的電力需求為3.2 kW，5～8號燈桿站各安裝4臺RRU，每個燈桿站的電力需求為1.2 kW，8個燈桿站的總電力需求為17.6 kW。

通常情況下，可以通過48V直流供電、280 V拉遠供電或小型一體化電源本地供電方式解決拉遠RRU的供電問題。

（1）48 V直流供電：從BBU機房引接48 V直流電為RRU供電，這種方式結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，但是供電距離有限。

（2）280V拉遠供電：RRU距離BBU機房較遠的站點，可通過將48 V直流電升壓為280 V直流電為RRU供電。

（3）小型一體化電源本地供電：RRU距離BBU機房較遠的站點，可就近引接220 V交流電并安裝小型一體化電源為RRU供電。

1.3 大型廣場拉遠站供電存在的問題

下面結(jié)合大型廣場的特點，對本工程的RRU拉遠供電問題進行分析。

（1）48 V直流供電：通常只能解決RRU距離BBU機房100 m以內(nèi)站點的供電問題，無法勝任大型廣場這類距離2 km以上的情況。

（2）280 V拉遠供電：RRU使用從BBU機房升壓后的280 V直流電供電，因此需要從廣場外的BBU機房布放電力電纜至廣場內(nèi)RRU處，這就需要占用廣場內(nèi)、外的管道；廣場內(nèi)的管道可以自建，但是從廣場到BBU機房的距離超過2 km，廣場外沒有足夠的管道資源，如新建管道就需要市政等多部門審批，時間和經(jīng)濟成本都太大。

（3）小型一體化電源本地供電：這種方式無需大量布放線纜，只需在燈桿站就近引入市電并安裝后備電源設(shè)備；但是廣場業(yè)主出于美觀考慮限制了灌木式美化箱的體積，令其僅能容納必需的RRU，無空間安裝其它設(shè)備。

因此，常用方案無法滿足廣場燈桿站的建設(shè)要求，需要通過其它方式解決拉遠設(shè)備的供電問題。

2 大型廣場拉遠站供電方案

2.1 供電方案選擇

廣場供電采用具備自動切換功能的兩路外電，其分別引自兩個獨立的供電線路，而且要求兩個供電線路不能同時出現(xiàn)有計劃的檢修停電，供電等級為一類市電，而且業(yè)主還為重要負荷配置了后備電源。通信基站的供電要求為應(yīng)不小于三類的市電（即停電時間最長不能超過8h，平均月市電故障次數(shù)不能超過4.5次），因此在廣場外管道資源不足和廣場內(nèi)景觀要求限制的條件下，放棄拉遠供電或后備電源的方案，計劃直接使用廣場內(nèi)穩(wěn)定的電力資源。因此，下一步工作就是在RRU附近尋找滿足容量需求的可靠電源。

廣場東側(cè)和西側(cè)各有一條路燈帶，1、2、5、6號燈桿站分布在西側(cè)路燈帶，3、4、7、8號燈桿站分布在東側(cè)路燈帶，自然便會想到利用照明線路為RRU供電。調(diào)查發(fā)現(xiàn)廣場照明使用的是功率僅有幾十瓦的節(jié)能燈具，照明線路的供電容量是按照燈具負荷設(shè)計，沒有空余容量供RRU使用，但可以根據(jù)線路尋找上一級配電設(shè)施。根據(jù)廣場配電系統(tǒng)圖，發(fā)現(xiàn)3個燈桿站附近有配電箱，而且均有空余電力容量和輸出開關(guān)。因此可利用這3個配線箱解決8個燈桿站的供電問題。

2.2 配電箱和供電線路選擇

經(jīng)與業(yè)主溝通和現(xiàn)場勘察，每個配電箱均有40 kW的空余容量和兩路32A/3P空余開關(guān)，可以滿足RRU的電力需求。根據(jù)廣場內(nèi)照明線路規(guī)劃和燈桿站的相對位置，選擇8號配電箱為1、2、5、6號燈桿站供電，7號配電箱為3、4、7、8號燈桿站供電。如圖2所示。

圖2 供電線路示意圖

RRU使用220 V交流供電，由于每個燈桿站均安裝4～8臺RRU，因此可選擇220 V單相供電方案，也可選擇380 V三相供電再進行配電的方案。應(yīng)結(jié)合廣場特點對兩種方案進行對比。

（1）燈桿站電力需求較小，但應(yīng)考慮通信設(shè)備擴容及今后增加后備電源的可能性，盡量避免硬件改造。

（2）多級負載供電采用三相電路可以降低中性線電流，降低電纜投資。

綜合考慮上面因素，選擇380 V三相供電方案。

每個燈桿站的遠期總?cè)萘堪ㄘ撦d功率和電池充電功率，其中負載功率按照本期最大功率+2 kW預(yù)留功率計算，電池充電功率按照2組150 Ah/48 V蓄電池組的充電功率計算，為150×0.1×56.4/0.92/1 000×2= 1.84 kW（電池充電電流為0.1C10A），則遠期總?cè)萘繛?.2+2+1.84=7.04 kW。4個燈桿站的最大遠期容量需求約為7.04×4=28.16 kW，現(xiàn)有配電箱可以滿足燈桿站的遠期容量需求。

2.3 多級負載交流線路電壓損耗計算

在使用長距離交流供電線路為負載供電時，不僅要考慮電纜載流量，還要計算線路上的電壓損耗。在基站計算時通常采用點對點的壓降計算方法，而本工程采用一條線路為多個燈桿站負載供電的方式，線路上的電能需求逐級降低，因此需要使用在基站設(shè)計上不常用的多級負載電壓損耗計算方法。

2.3.1 電纜載流量

4個燈桿站的遠期容量合計約為7.04×4= 28.16 kW，取0.9的安全系數(shù)，因此電纜載流量需求為28.16×1 000/380/ 3/0.9=47.5 A，查詢“1 kV聚氯乙烯及護套電力電纜長期連續(xù)負荷允許載流量表”，得知截面10 mm2的五芯銅制電纜在65℃時的最高允許載流量為51 A，因此根據(jù)載流量表查詢結(jié)果應(yīng)選用5×10 mm2的電力電纜。

2.3.2 電壓損耗

《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）第5.0.4條規(guī)定，正常運行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值宜符合下列要求：其它用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時為±5％額定電壓。因此供電線路上的電壓損耗應(yīng)按照不超過5％計算。實地勘察中測得為RRU供電的兩個配電箱交流輸出端電壓略高于標(biāo)稱電壓，因此配電箱的輸出端電壓按照標(biāo)稱電壓值進行計算。

《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第三版）》第542頁規(guī)定了多級負載的三相交流線路電壓損耗計算公式：△U％=∑(Pi×Li)/(10U2n×γ×s)

△U％：線路電壓損失百分數(shù)；

γ（單位：S/μm）：導(dǎo)線材料電導(dǎo)率，工作溫度為65℃時，銅芯為49.27，鋁芯為30.05；

s（單位：mm2）：線芯標(biāo)稱截面；

Un（單位：kV）：標(biāo)稱線電壓，由于采用三相線路，Un為380 V；

Pi×Li：幾個負載的負荷矩，P（單位：kW）為有功負荷，L（單位：km）為線路長度。

根據(jù)表1中8號配電箱輸出線路上燈桿站1、燈桿站2、燈桿站5、燈桿站6的遠期總?cè)萘亢凸╇娋€路距離，我們可以算出負荷矩∑(Pi×Li)=7.04×0.12+7.04×(0.12+ 0.24）+7.04×(0.12+0.24+0.28）+7.04×(0.12+ 0.24+0.28+0.28）=14.36。使用5×10 mm2銅芯電力電纜的全程最大壓降△U％=∑(Pi×Li)/ (10U2n×γ ×s)= 14.36/((10×0.382)×49.27×10）=2.02％，△U％未超過5％，滿足作為全程供電電纜的使用要求。同樣方法可以算出7號配電箱使用的電纜線徑。

2.4 絕緣穿刺線夾的應(yīng)用

本工程從兩臺配電箱分別引出一路電纜依次為1、2、5、6號燈桿站和3、4、7、8號燈桿站供電，如采用串聯(lián)接線方式，會在線路上產(chǎn)生單一故障點，因此考慮采用T接方式。T接是從主電纜上引接復(fù)接電纜為用電設(shè)備供電的方式，工程上通常使用電纜分線箱或預(yù)分支電纜來實現(xiàn)。電纜分線箱需要占用管道或灌木叢美化箱的空間，而預(yù)分支電纜需特殊訂制，訂貨周期較長，兩者均無法滿足工程需要。

因此，本工程提出“帶刺穿絕緣型夾緊件”（工程中通常稱之為“絕緣穿刺線夾”，以下均使用此名稱）的T接方式。絕緣穿刺線夾是一種適用于小容量供電系統(tǒng)的電纜T 接產(chǎn)品，其最大的優(yōu)點就是不需要剝除電線絕緣層，操作簡單，而且安裝空間基本可忽略，可用于橋架、箱體、管道及纜溝等狹小空間內(nèi)。絕緣穿刺線夾在民用住宅、路燈配電、戶外架空線等低壓配電線路中均得到過實際應(yīng)用，而且其國家標(biāo)準(zhǔn)“《家用和類似用途低壓電路用的連接器件第2部分：作為獨立單元的帶刺穿絕緣型夾緊件的連接器件的特殊要求》（GB13140.4）”也已發(fā)布。

表1 配電箱使用規(guī)劃表

絕緣穿刺線夾是利用鋸齒狀導(dǎo)體穿透電線絕緣層與電線導(dǎo)體接觸的穿刺連接原理來實現(xiàn)電流連接，主要由殼體、穿刺導(dǎo)電片、密封膠圈、絕緣力矩螺母等組成。穿刺導(dǎo)電片可與導(dǎo)線多點接觸，絕緣力矩螺母用于保證恒定的接觸壓力，確保穿刺導(dǎo)電片和電纜有良好的電氣接觸。安裝時只需將分支電纜插入分支線帽并確定好分支位置，用扳手逐漸擰緊線夾上的力矩螺母，線夾上下兩塊暗藏有穿刺刀片的絕緣體逐漸合攏，同時包裹在穿刺導(dǎo)電片周圍的弧形密封膠圈逐步緊貼電纜絕緣層，穿刺刀片亦開始穿刺電纜絕緣層及金屬導(dǎo)體。當(dāng)密封膠圈的密封程度和穿刺刀片與金屬體的接觸達到最佳效果時，力矩螺母自動脫落，此時主線和分支線接通。絕緣穿刺線夾結(jié)構(gòu)如圖3所示。

絕緣穿刺線夾連接電纜如圖4所示。

圖3 絕緣穿刺線夾結(jié)構(gòu)圖

圖4 絕緣穿刺線夾連接電纜示意圖

因此，使用絕緣穿刺線夾的T接方案，具有施工簡單、經(jīng)濟實惠的優(yōu)點，可以滿足廣場內(nèi)兩條供電線路的連接要求。

3 結(jié)論

大型廣場內(nèi)的資源受到全局規(guī)劃限制，在進行基站建設(shè)時應(yīng)充分利用可以掌握的資源，并結(jié)合通信設(shè)備的特點，因地制宜的制定供電方案。本工程通過使用多級負載交流電壓損耗計算、絕緣穿刺線夾等方法，降低了工程造價、保證了工程進度，也為今后類似場景的基站建設(shè)提供了一些參考。

參考文獻

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The remote base station’s power supply solution of large square under the condition of limited resources

MENG Yan-wei
(China Tower Corporation Limited, Beijing 100142, China)

AbstractWith mobile communication’s development, base stations were densified by large -scale building as people’s demand for better mobile network was continuously increasing. Especially, some large squares required more base stations for Wireless coverage. The popularization of the distributed base station could partially solved the problem of site selection and station-building, which meant in a higher standard on power supply of the remote station. In this paper, I proposed a solution to the remote station’s power supply of large squares under the condition of limited resources and provided some specifi c construction methods for the reference.

Keywordslarge square; distributed base station; remote base station; insulation piercing connectors

中圖分類號TN86

文獻標(biāo)識碼A

文章編號1008-5599（2016）04-0065-05

收稿日期：2015-11-12