王浩　李云鵬　李斯博

【摘要】? ? 隨著“十四五”新基建建設(shè)規(guī)劃的發(fā)布，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，拓展5G應(yīng)用，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等建設(shè)成為重點(diǎn)。地鐵作為民生工程，5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋更是讓乘客感受時(shí)代的進(jìn)步。伴隨5G的高速發(fā)展，5G設(shè)備帶來的高能源損耗也逐漸日益明顯，電信、聯(lián)通通過共建共享，在5G網(wǎng)絡(luò)上共建一張網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)通過在5G網(wǎng)絡(luò)的共建延伸到3G/4G網(wǎng)絡(luò)的共建，探索出了節(jié)能、高效的新建設(shè)思路。本文通過對(duì)電聯(lián)競(jìng)合前后地鐵民用通信供電方案的對(duì)比分析，介紹了電聯(lián)競(jìng)合對(duì)供電系統(tǒng)的影響，為后續(xù)地鐵線路是否采用電聯(lián)競(jìng)合提供了參考依據(jù)。

【關(guān)鍵字】? ? 電聯(lián)競(jìng)合? ? 地鐵? ? 民用通信? ? 供電方案

引言：

2019年6月6日，工信部正式向三家運(yùn)營(yíng)商發(fā)放了5G牌照，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的高能耗等問題，電信、聯(lián)通在9月9日簽署了《5G網(wǎng)絡(luò)共建共享框架合作協(xié)議書》，正式?jīng)Q定在全國(guó)范圍內(nèi)共同合建一張5G網(wǎng)絡(luò)，隨后電信、聯(lián)通秉持共建共享效益最大化，對(duì)于1800M、2100M頻段也提出了競(jìng)合需求。隨著電信、聯(lián)通在3G/4G/5G全網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)合，利于雙方的可持續(xù)合作[1]。對(duì)于目前的地鐵民用通信建設(shè)，當(dāng)電聯(lián)競(jìng)合后，對(duì)于供電需求將造成較大的影響，本文通過基于單車站及隧道區(qū)間進(jìn)行競(jìng)合前后的方案對(duì)比分析，對(duì)電聯(lián)競(jìng)合后對(duì)供電方案的影響進(jìn)行研究。

一、電聯(lián)競(jìng)合后功耗對(duì)比分析

在電聯(lián)競(jìng)合前，地鐵民用通信設(shè)計(jì)需按照三家運(yùn)營(yíng)商提出的覆蓋的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中移動(dòng)提出2G/3G/4G/5G共5個(gè)制式的需求，電信提出2G/3G/4G/5G共4個(gè)制式的需求，聯(lián)通提出2G/3G/4G/5G共5個(gè)制式的需求，共計(jì)14個(gè)不同制式的需求。不同的制式對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備，較多的制式需求意味著需安裝的設(shè)備較多，對(duì)地鐵民用通信的供電能力也提出了更高的要求。

電聯(lián)競(jìng)合后，移動(dòng)的制式需求不變，仍然是2G/3G/4G/5G共5個(gè)制式需求，但是電信、聯(lián)通不再提出2G的需求，同時(shí)3G/4G/5G均采用競(jìng)合的方式，由競(jìng)合前共計(jì)9個(gè)制式的需求降低為競(jìng)合后3個(gè)制式的需求。制式的減少，同樣減少了設(shè)備數(shù)量，降低了用電需求。詳細(xì)的功耗對(duì)比如表1所示。

根據(jù)上表運(yùn)營(yíng)商設(shè)備功耗競(jìng)合前后對(duì)比，可明顯看出，隨著電信、聯(lián)通的競(jìng)合，無論無源分布還是有源分布，都因?yàn)橹剖降臏p少，減少了需安裝的設(shè)備數(shù)量，電源需滿足的功耗負(fù)荷也明顯降低，對(duì)于地鐵民用通信供電系統(tǒng)利于降低配置，擇優(yōu)選擇電纜，在滿足建設(shè)需求的同時(shí)可大幅度降低投資。

二、電聯(lián)競(jìng)合后供電方案對(duì)比分析

本文選取一個(gè)車站及該車站所覆蓋的隧道區(qū)間對(duì)電聯(lián)競(jìng)合前后的供電方案進(jìn)行對(duì)比分析。其中車站部分考慮對(duì)站廳臺(tái)公共區(qū)、設(shè)備區(qū)及出入口進(jìn)行民用通信覆蓋，隧道區(qū)間按左右線四個(gè)設(shè)備點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行民用通信覆蓋[4]。根據(jù)競(jìng)合前后不同的無線覆蓋方案，結(jié)合需安裝的運(yùn)營(yíng)商設(shè)備，對(duì)競(jìng)合前后的供電方案進(jìn)行對(duì)比分析，其中對(duì)比分析可分為競(jìng)合前后直流供電方案對(duì)比分析及交流供電方案對(duì)比分析。

（一）直流供電方案對(duì)比分析

地鐵直流供電系統(tǒng)，通過機(jī)房?jī)?nèi)組合式開關(guān)電源，向機(jī)房?jī)?nèi)直流配電屏供電，運(yùn)營(yíng)商綜合柜連接至直流配電屏，滿足綜合柜內(nèi)運(yùn)營(yíng)商BBU設(shè)備的供電，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商RRU統(tǒng)一由直流配電屏供電[3]。機(jī)房?jī)?nèi)的傳輸設(shè)備直接由組合式開關(guān)電源供電。機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備均需設(shè)計(jì)后備電源，運(yùn)營(yíng)商的主設(shè)備按一次下電備電設(shè)計(jì)，機(jī)房?jī)?nèi)傳輸設(shè)備按兩次下電備電設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)設(shè)備點(diǎn)交流配電箱及機(jī)房?jī)?nèi)UPS供電。隧道內(nèi)設(shè)備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺(tái)皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源。直流供電系統(tǒng)如圖1所示。

電聯(lián)競(jìng)合前，在滿足站廳臺(tái)及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動(dòng)需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺(tái)、直流RRU共計(jì)5臺(tái)，有源分布直流BBU共計(jì)2臺(tái)，功耗合7310W;電信需配置無源分布直流BBU共計(jì)4臺(tái)、直流RRU共計(jì)4臺(tái)，有源分布直流BBU共計(jì)1臺(tái)，功耗合計(jì)3215W;聯(lián)通需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺(tái)、直流RRU共計(jì)4臺(tái)，有源分布直流BBU共計(jì)1臺(tái)，功耗合計(jì)4850，運(yùn)營(yíng)商設(shè)備直流負(fù)荷合計(jì)15375W。機(jī)房?jī)?nèi)由鐵塔共建一套傳輸設(shè)備、一套動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，功耗合計(jì)650W。該車站直流負(fù)荷合計(jì)16025W。根據(jù)直流負(fù)荷，通過計(jì)算在不考慮整流模塊N+1配置下，機(jī)房?jī)?nèi)組合式開關(guān)電源需配置-48V/600A機(jī)架，配置9個(gè)整流模塊。根據(jù)地鐵民用通信機(jī)房采用雙路一級(jí)市電供電，機(jī)房?jī)?nèi)后備電源時(shí)長(zhǎng)按0.5小時(shí)設(shè)計(jì)，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 51194-2016《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》蓄電池組備電要求，配置后備電池組可采用2組300Ah閥控鉛酸蓄電池組。

電聯(lián)競(jìng)合后，在滿足站廳臺(tái)及隧道民用通信覆蓋的情況下，該車站移動(dòng)需配置無源分布直流BBU共計(jì)5臺(tái)，直流RRU共計(jì)5臺(tái)，有源分布直流BBU共計(jì)2臺(tái)，功耗合7310W;電聯(lián)需配置無源分布直流BBU共計(jì)3臺(tái)、直流RRU共計(jì)3臺(tái)，有源分布直流BBU共計(jì)1臺(tái)，功耗合計(jì)2785W;聯(lián)通不再單獨(dú)接入設(shè)備，運(yùn)營(yíng)商設(shè)備直流負(fù)荷合計(jì)10095W。機(jī)房?jī)?nèi)由鐵塔共建一套傳輸設(shè)備、一套動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，功耗合計(jì)650W。該車站直流負(fù)荷合計(jì)10745W，較競(jìng)合前降低了32.95%。根據(jù)直流負(fù)荷，通過計(jì)算在不考慮整流模塊N+1配置下，機(jī)房?jī)?nèi)組合式開關(guān)電源需配置-48V/600A機(jī)架，配置7個(gè)整流模塊。根據(jù)地鐵民用通信機(jī)房采用雙路一級(jí)市電供電，機(jī)房?jī)?nèi)后備電源時(shí)長(zhǎng)按0.5小時(shí)設(shè)計(jì)，配置后備電池組可采用2組200Ah閥控鉛酸蓄電池組。

通過對(duì)競(jìng)合前后直流供電系統(tǒng)方案分析，雖然方案模式?jīng)]有區(qū)別，但是因?yàn)楦?jìng)合后運(yùn)營(yíng)商設(shè)備大幅度減少，運(yùn)營(yíng)商負(fù)荷降低，對(duì)應(yīng)的機(jī)房?jī)?nèi)直流供電設(shè)備配置降低，在同樣滿足民用通信覆蓋的情況下，可大幅度降低建設(shè)投資，同時(shí)降低能耗。

（二）交流供電方案對(duì)比分析

地鐵交流供電系統(tǒng)，通過機(jī)房?jī)?nèi)總交流配電屏，向隧道內(nèi)設(shè)備點(diǎn)交流配電箱及機(jī)房?jī)?nèi)UPS供電[3]。隧道內(nèi)運(yùn)營(yíng)商設(shè)備通過隧道交流配電箱供電，不考慮后備電源，站廳臺(tái)運(yùn)營(yíng)商皮基站通過UPS供電，需考慮后備電源設(shè)計(jì)。交流供電系統(tǒng)圖如圖2所示。

電聯(lián)競(jìng)合前，隧道內(nèi)通過漏纜及RRU進(jìn)行覆蓋，根據(jù)運(yùn)營(yíng)商需求，每個(gè)設(shè)備點(diǎn)移動(dòng)需安裝5臺(tái)RRU、聯(lián)通需安裝5臺(tái)RRU、電信需安裝4臺(tái)RRU[2]，功耗合計(jì)6405W。站廳臺(tái)部分通過皮基站進(jìn)行覆蓋，根據(jù)測(cè)算，三家運(yùn)營(yíng)商各需8套R(shí)HUB+PRRU進(jìn)行覆蓋，功耗合計(jì)24kW。根據(jù)皮基站設(shè)備功耗，需配置40kVA UPS，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 51194-2016《通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》蓄電池組計(jì)算要求，后備電池需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區(qū)域根據(jù)設(shè)備點(diǎn)設(shè)備功耗，需配置380V/40A交流配電箱。電力電纜對(duì)于遠(yuǎn)端供電尤為重要，從設(shè)備點(diǎn)到機(jī)房架設(shè)按500米計(jì)算，根據(jù)行標(biāo)YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》關(guān)于壓降損耗不低于15%測(cè)算，電力電纜需采用WDZBN-RYY23-1kV 4*10mm2。根據(jù)直流供電方案設(shè)備功耗、交流供電方案設(shè)備功耗合計(jì)，可以計(jì)算出總的交流配電屏需選用不小于380V/200A配置。

電聯(lián)競(jìng)合后，電信、聯(lián)通設(shè)備進(jìn)行競(jìng)合，隧道內(nèi)覆蓋方式不變，但運(yùn)營(yíng)商設(shè)備每個(gè)設(shè)備點(diǎn)移動(dòng)仍是5臺(tái)RRU，電聯(lián)需安裝3臺(tái)RRU，功耗合計(jì)3835W。站廳臺(tái)部分之前每家都需建設(shè)一套皮基站，通過電聯(lián)競(jìng)合后，每家運(yùn)營(yíng)商仍需8套R(shí)HUB+PRRU進(jìn)行覆蓋，但僅需要建設(shè)兩套，功耗合計(jì)16kW。根據(jù)皮基站功耗，僅需配置30kVA UPS，根據(jù)國(guó)標(biāo)測(cè)算，后備電池仍需配置一組100Ah閥控鉛酸蓄電池組。隧道區(qū)域根據(jù)設(shè)備點(diǎn)設(shè)備功耗，僅需配置一臺(tái)380V/32A交流配電箱。按相同路徑供電電纜，根據(jù)行標(biāo)YD/T 1051-2018《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》關(guān)于壓降損耗不低于15%測(cè)算，僅需配置WDZBN-RYY23-1kV 4*6mm2電力電纜滿足壓降損耗需求。根據(jù)競(jìng)合后的交直流總功耗，可以計(jì)算出總的交流配電屏需選用不小于380V/160A配置。

通過對(duì)電聯(lián)競(jìng)合前后，交流供電方案的對(duì)比，整個(gè)交流供電系統(tǒng)沒有變化，但是因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商競(jìng)合，造成設(shè)備減少，對(duì)于隧道內(nèi)交流供電設(shè)備、電力電纜的配置可有效降低，節(jié)省投資。

結(jié)合對(duì)交直流供電方案競(jìng)合前后的對(duì)比分析，在整個(gè)交直流供電系統(tǒng)的模式上沒有變化，但是因?yàn)楦?jìng)合后的設(shè)備大幅度減少，整體功耗降低，可有效減少地鐵機(jī)房及隧道內(nèi)的空間占用，同時(shí)對(duì)于交直流設(shè)備的選型、電力電纜的線徑選擇都有所降低，整個(gè)電源方案的投資下降，對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)有很大影響。

三、電聯(lián)競(jìng)合后供電方案造價(jià)對(duì)比分析

根據(jù)本文競(jìng)合前后交直流供電方案的對(duì)比分析可知，競(jìng)合后的設(shè)備選型、電力電纜選型等相關(guān)設(shè)備均大幅度降低，相關(guān)主要設(shè)備及電纜的型號(hào)如表2所示：

根據(jù)所選設(shè)備的型號(hào)，對(duì)相關(guān)廠家進(jìn)行詢價(jià)，競(jìng)合前后方案選用相同廠家不同型號(hào)設(shè)備的報(bào)價(jià)測(cè)算。競(jìng)合前后的供電方案預(yù)算對(duì)比如表3所示：

根據(jù)預(yù)算測(cè)算，競(jìng)合前后的主要是相關(guān)設(shè)備、電力電纜型號(hào)的降配產(chǎn)生的投資降低，本文所討論的單站測(cè)算，可有效降低供電投資9.59%。由此可知在5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模發(fā)展的現(xiàn)在，電聯(lián)競(jìng)合不但有效節(jié)約地鐵空間資源，降低能耗，同時(shí)可有效地降低建設(shè)成本。

四、結(jié)束語

目前5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)大范圍覆蓋，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來的能源損耗愈發(fā)明顯，對(duì)于地鐵場(chǎng)景，軌道公司多次提出隧道民用通信設(shè)備點(diǎn)設(shè)備過多，安全隱患較大等問題。本文通過對(duì)電聯(lián)競(jìng)合前后的供電方案對(duì)比分析、造價(jià)對(duì)比分析，介紹了電聯(lián)競(jìng)合對(duì)于供電方案及建設(shè)成本的影響。進(jìn)一步說明了電聯(lián)競(jìng)合對(duì)于地鐵民用通信建設(shè)的影響有積極作用，不但對(duì)空間位置進(jìn)行了節(jié)省，降低了設(shè)備總功耗，同時(shí)降低了建設(shè)成本。為其他地鐵線路是否采用電聯(lián)競(jìng)合方案提供了參考依據(jù)。

作者單位：王浩? ? 李云鵬? ? 李斯博? ? 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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