陳超俊

（中國鐵塔股份有限公司湛江市分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

根據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，截至2023年2月末，我國5G基站總數(shù)達238.4萬個，占移動基站總數(shù)的21.9%，5G網(wǎng)絡建設穩(wěn)步推進，不僅完成了城市范圍的深度覆蓋，而且縣城及農村區(qū)域也完成了全面覆蓋，在助力疫情防控和復工復產等方面發(fā)揮了重要作用。湛江鐵塔在近年來累計建設了近6 500個5G基站，積累了一定方案經(jīng)驗，下面就相應的電源改造方案做簡單總結與探討。

1 5G技術對電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡設備的功耗相比傳統(tǒng)的2G、3G、4G網(wǎng)絡設備都要大得多，單站負荷在50%左右時，5G基站的典型功耗是4G基站總功耗的3倍以上，因此，5G設備對于基站外市電容量及配套電源容量的要求非常高，對現(xiàn)網(wǎng)電源系統(tǒng)帶來較多挑戰(zhàn)。

（1）挑戰(zhàn)1：5G網(wǎng)絡設備功耗提高后，較多現(xiàn)網(wǎng)基站的市電容量不滿足新增5G基站的需求，必須對外市電進行擴容改造。外市電擴容改造工程不但投入大，而且耗時長，容易影響5G網(wǎng)絡的建設進度且大大提升了網(wǎng)絡建設投資成本。

（2）挑戰(zhàn)2：運營商時代建設的基站入網(wǎng)年限較長，部分外電工程、開關電源等配套設備在網(wǎng)運行遠超5年甚至10年以上，存在低效開關電源多、電源模塊槽位無法擴容、空開端子數(shù)量不足、新舊電池組并聯(lián)、輸出電壓不穩(wěn)等問題，因此電源部分改造工程復雜，交付工期不可控，對5G基站的開通運行造成影響[1]。

（3）挑戰(zhàn)3：部分5G基站的BBU需要放置在本站機房內，或者存在部分基站的BBU集中放置，這樣就大大增加了機房設備空間占用率，同時提升了機房環(huán)境溫度，因此部分基站也需要新裝空調或者替換大功率空調以增加空調制冷總量。

2 5G電源系統(tǒng)改造方案

每個基站的資源配置不同、應用場景不同，因此在5G網(wǎng)絡建設過程中只有落實“一點一方案”，精細化實施管控，才能做到用最低的成本做最多的事。湛江鐵塔目前交付運營商6 462個5G基站，其中新建站址339個，改造存量站址6 123個。存量站址改造部分的情況統(tǒng)計見表1。下面簡單總結了湛江鐵塔在近年建設過程中的改造方案。

表1 湛江鐵塔存量站址5G需求改造情況（單位：個）

2.1 外市電改造

對外市電的容量需求的評估需綜合考慮基站機房內現(xiàn)有各項設備的功耗、電池的充電功率和歷史放電情況、空調及照明等設備的功耗[2]。只有準確掌握這些關鍵數(shù)據(jù)，才能進行有針對性的分析并制定改造方案。常規(guī)的5G 64T64R宏站單站S111典型配置的功耗約為3～4 kW。在新增5G設備時，可根據(jù)基站的實際情況確認改造方案。

（1）當原外電接入的公用變壓器或專用變壓器核實容量充足時，應從載流量、壓降、外觀等方面核實引入部分線纜的情況，如果線纜可以滿足5G設備接入，可以直接利舊接入；如果線纜無法滿足5G設備接入要求，則需安排線路改造，一般引入部分線徑不應小于4×25 mm2（鋁纜）。

（2）當原外電接火點為單相220 V時，從安全的角度和后續(xù)可能的網(wǎng)絡擴容需求考慮應改造為三相380 V。

（3）當現(xiàn)有部分基站使用轉供電方式接入時，如有供電局的接入點資源，可以在本次5G網(wǎng)絡建設中改造為直供電方式，湛江鐵塔累計共完成93個站點轉改直，這樣可有效節(jié)約設備的用電成本，為行業(yè)實現(xiàn)降本增效。

（4）當現(xiàn)有接火點為公用變壓器并且其容量已經(jīng)接近擴容最低門限時，從安全方面考慮，需與當?shù)毓╇姴块T溝通，推動對方及時配合對變壓器進行擴容。

（5）當原外電引入線纜的線徑夠大但基站專用變壓器容量已達80%以上時，需對專用變壓器進行增容。如無法完成增容且有公用變壓器資源，則考慮“高改低”，重新報裝380 V市電并將其引入基站使用。

2.2 交流配電箱改造

現(xiàn)網(wǎng)基站機房內目前配置的交流配電箱一般容量都是100 A的，而5G設備的交流負荷需求一般不超過20 A，可結合勘察情況評估。湛江鐵塔機房內一般有1～3個交流配電箱，在整個網(wǎng)絡建設改造過程中暫未對交流配電箱實施改造。另外，運營商部分5G網(wǎng)絡要求提供交流供電，可通過在室外增加63 A的小型交流配電箱搭配交轉直對設備供電?？偟膩碚f，交流配電箱的改造應根據(jù)基站的具體情況與運營商網(wǎng)絡建設需求安排實施改造與升級。

2.3 開關電源改造

現(xiàn)網(wǎng)基站目前配置的開關電源其機架容量一般都是300 A或者600 A，5G網(wǎng)絡直流負荷需求一般為150 A（含充電電流）。部分現(xiàn)網(wǎng)的開關電源機架容量設置并不合理，不能有效地滿足當前5G網(wǎng)絡運行的實際需求，可根據(jù)基站的實際情況確認改造方案。

（1）當原有開關電源有冗余空氣開關或熔絲數(shù)量但配置小時，可直接替換大容量端子。如果空氣開關或熔絲已全部被占用，可通過新增直流配電擴展單元實現(xiàn)擴容改造。

（2）當原有開關電源的整流模塊槽位足夠時，可直接增加整流模塊擴容；當原有開關電源的整流模塊框已接近滿配時，考慮到槽位受限，模塊可按N配置方式（注：一般開關電源要求N+1配置）。需保證新插入的模塊必須與原有模塊的廠家型號保持一致。

（3）如果需新增的整流模塊已停產且機房空間滿足，則可考慮新增一套開關電源；如機房空間不滿足，可通過插框改造將整流模塊部分整體替換，或者直接進行開關電源設備替換改造。

（4）如果核實擴容模塊后無法滿足5G網(wǎng)絡接入需求且機房空間滿足，可以考慮直接新增開關電源。在地面空間滿足新增組合式開關電源時，可考慮附墻增加壁掛式開關電源。

（5）對于部分入網(wǎng)年限長的老型號開關電源，空氣開關和整流模塊槽位一般配置較小，可考慮直接替換改造為新的開關電源，超過10年的開關電源應考慮逐步退網(wǎng)。

2.4 蓄電池改造

現(xiàn)網(wǎng)基站的蓄電池組容量一般在200～800 Ah之間，運營商對于5G設備備電時長的要求一般為1～3小時。根據(jù)測算，新增5G設備的電池擴容需求為200～500 Ah。近年來，鐵鋰梯次電池作為國家發(fā)展規(guī)劃重點推廣的儲能新技術之一，相對于傳統(tǒng)鉛酸電池，在使用壽命、充放電性能、電能轉換效率、耐高溫、質量和體積等方面更有優(yōu)勢，可在蓄電池改造過程中應用[3]。在同樣占地空間和同樣質量的情況下，梯次電池組的容量至少可以達到鉛酸電池組的1.5倍，經(jīng)濟效益更高。當原有蓄電池容量配置不滿足時，可根據(jù)基站的實際情況確認改造方案：

（1）當機房的空間相對充裕時，可考慮直接增加一組蓄電池，優(yōu)先按原有電池組型號進行擴容改造，在改造方案制定前核實機房承重是否滿足新增電池組。

（2）當機房的空間相對緊張，無法滿足擴容時，可考慮將原有小容量蓄電池組更換成大容量蓄電池組。另外，部分老舊電池組的容量隨著年限會存在明顯壓降，可在本期改造過程中考慮替換。

（3）當機房空間已無法滿足更大體積的電池組時，可考慮將現(xiàn)有的鉛酸電池組替換為梯次電池組。

（4）當基站為室外一體化機柜且機柜內已無擴容空間時，可考慮協(xié)調物業(yè)在原有機柜旁邊新增一套電池柜，安裝一組新蓄電池。

2.5 空調改造

基站內溫度需保持在5～30℃才能保證5G網(wǎng)絡主設備和傳輸?shù)仍O備運行的穩(wěn)定性[4]。目前，常規(guī)存量機房基站至少配置一臺1P的室內空調，部分最多配置兩臺3P柜式空調交替使用，5G網(wǎng)絡制冷量一般需要1.5 kW。在制定機房空調改造方案時，第一步應按照熱負荷計算公式明確機房內空調制冷總量需求數(shù)，然后結合基站內現(xiàn)有空調的型號配置和折舊情況綜合考慮基站內的安裝空間限制，確定最終改造方案?？偟膩碚f，可根據(jù)基站的實際情況考慮新增空調還是替換已有空調。

對于一體化機柜來說，一般不需要新增空調，但需要分析現(xiàn)有空調的使用效能是否正常，如果已出現(xiàn)明顯制冷故障應及時安排整治更換。

3 5G電源改造案例簡析

3.1 改造案例一

湛江鐵塔某存量基站共有三家運營商共享，外電為單相轉供電接入，現(xiàn)場業(yè)主有三相電接入點。根據(jù)現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)，業(yè)主的表前為4×25 mm2銅線，表后為4×25 m m2銅線到空開處，閘刀到機房線纜為2×10 m m2銅線，機房現(xiàn)有設備合計功率為6.5 kW，新增5G設備功率為5.1 kW，交流電流預計為15 A，合計新增設備后總電流為47 A。

改造方案：考慮來電后瞬間電流為正常工作電流1.5倍，單相承載瞬間最大電流達到20 A以上，需要將2×10 mm2電纜更換為4×35 mm2鋁線，將單相電改為三相接入，更換后滿足新增5G設備的需求。

3.2 改造案例二

湛江鐵塔某存量基站機房空間較大，外電接入為單相220 V直供電，配置一臺開關電源的總機架容量為600 A，整流模塊已滿配，現(xiàn)網(wǎng)已有三家運營商的3G、4G網(wǎng)絡共享，現(xiàn)有聯(lián)通和移動兩家運營商有新增5G設備需求，經(jīng)評估本站點的外市電、開關電源、電池組容量都無法滿足。

改造方案：聯(lián)合供電局到現(xiàn)場勘察確認接入點有三相電資源，重新報裝，將外市電改為380 V接入，新增一套壁掛式開關電源和一組500 Ah梯次電池，為兩家運營商的5G設備提供電源。

3.3 改造案例三

湛江鐵塔某存量站點現(xiàn)有2組300 Ah鉛酸電池，目前有新增移動5G設備需求。經(jīng)分析新增AAU和BBU設備總功耗為3.7 kW，移動設備的備電時長要求為1小時，機房內在網(wǎng)設備的功耗電流為55 A，則綜合測算增加1套移動5G設備后蓄電池組容量需增加至800 Ah大于現(xiàn)網(wǎng)的600 Ah。

改造方案：經(jīng)對機房承重進行復核，同時考慮到原有電池組已入網(wǎng)6年有一定變形，且可能還有其他運營商新增5G設備需求，確認改造方案為拆除現(xiàn)網(wǎng)2組300 Ah鉛酸蓄電池組，替換為2組400 Ah梯次鐵鋰電池組，改造完成后可滿足5G設備需求。

4 5G基站電源創(chuàng)新技術方案探討

4.1 直流遠供

我國5G網(wǎng)絡建設使用的是較高頻段，覆蓋范圍受限，因此為滿足5G網(wǎng)絡覆蓋需建設大量的微基站。微基站具有安裝快速、位置靈活、設備小且功耗低等特點，可采用直流遠供的供電方式滿足其設備運行需求。

直流遠供方式的連接距離不應超過2 km，一般以1～2 km為宜，采用串聯(lián)級聯(lián)方式滿足多套設備的供電需求。直流電壓可根據(jù)具體點位的耗電需求，對應選擇280 V或380 V直流電壓[5]。

4.2 外市電智能削峰

當基站外電只滿足均值負載，不滿足峰值負載，同時外電改造難度非常大時，可以增加智能開關電源，并且設置好對應轉化的負載閾值。當負載峰值大于過載功率時，機房內的鐵鋰電池組同步對負載供電，實現(xiàn)智能削峰的效果。在負載相對空閑時，鋰電電池組轉入均充狀態(tài)，這樣可以實現(xiàn)“不改市電、不動配電、不增機柜”的目的[6]，采用低成本方式達到高效部署的效果，是一種實現(xiàn)5G網(wǎng)絡快速建網(wǎng)的改造方案。

4.3 電池混搭、共用管理

如果基站的機房空間相對比較大，滿足新增電池組，同時在網(wǎng)的電池入網(wǎng)時間不長，當滿足正常使用時，可以通過增加電池共用管理器把新增的梯次電池組與原有的鉛酸電池組聯(lián)動管理，降低改造成本。

4.4 光伏發(fā)電、儲能供電

現(xiàn)網(wǎng)部分基站的外市電引入改造難度較大，而且施工成本高。可以考慮對部分樓面空間較大的樓面站或者野外旁邊有足夠大空地的地面鐵塔站，通過增加光伏發(fā)電裝置，為基站補充一路供電，提升整體供電容量，滿足新增5G設備的大功耗需求，部分點位光伏功率足夠大，可直接代替原市電。該綠色能源方式實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

5 結束語

通信行業(yè)是保障社會發(fā)展的重要基礎產業(yè)之一，而5G網(wǎng)絡建設是當前通信行業(yè)重點推進的建設項目，滿足5G基站的超高能耗需求是5G網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵難點之一，因此在5G網(wǎng)絡建設實施過程中，應重視5G基站的電源配套改造工作。湛江鐵塔通過積極分析和總結科學可行的電源方案，滿足了三家運營商5G網(wǎng)絡建設需求，這些方案對后續(xù)搭建一個穩(wěn)定運行的5G網(wǎng)絡具有重要參考價值?！?/p>