直流远供技术应用简介

直流远供技术应用简介

[摘要]高压直流远供电源是直接将机房内稳定的-48V电源经远供电源处理升压后，以最大效率的方式直接给远方或接入端的通信设备供电。以解决某些用电困难等情况下设备用电的需要。文中对该系统做了介绍，以及相关一些应用的问题。[关键词]高压直流远供电源；通信设备；应用
doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2018.13.035
[中图分类号]F426.61[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2018）13-0075-02
1概述
当前通信网络供电存在的问题是某些远端站点无电信机房，无法做到电信级供电保证，存在停电、电网不稳等现象；某些远端站点无市电供应、存在接电难，或供电质量无法保证的现象；UPS价格高、维护难度大，且后续维护费用比较高；基站的站点多、分布广，不易实现集中供电管理。
采用远程供电方式能够根本解决远端设备的安全供电，远端设备供电达到电信级供电标准，避免就地取电带来的纠纷，相比UPS供电方式，大大降低了后期运行维护费用。
高压直流远供电源（也有称之为电源拉远）是直接将机房内稳定的-48V电源经远供电源处理升压后，以最大效率的方式通过光电复合电缆或电力线直接给远方或接入端的通信设备供电。不受通信设备本地（接入端区域）任何停电情况的影响，相对于用电设备的室内机可称为永久性供电，直流远供可缩短通信设备断电时间。
1.1无线设备电源远供背景
①RRU拉远距离直流48V一般不超过100米，220V交流可长于直流；②高压直流拉远设备一般是宽电压的80V-300V，距离为300mm-5km，超过5km后缆线需要加粗，性价比降低；③直流远供线缆选用铠装屏蔽线缆或屏蔽电力光纤，屏蔽层采用三点或多点接地，由于尚无标准可言很多厂家使用的缆线不需要接地；④交流远供：拉远距离可达40km，电力线和光缆共杆架设，两者垂直间距30cm以上，杆距25-40m；⑤为了解决移动拉远站点远端站拉远距离远、就近引?困难等问题，高压直流远程供电（100V/DC-380V/DC）可作为一种可以考虑的解决方案，该方案性价比较高。
1.2直流远供的技术特点
高压直流远程供电系统采用的基础电源是机房带蓄电池保障的直流-48V供电系统，通过局端电源升压，将-48V升压到对地悬浮隔离的100-380V直流电压（减少线路损耗），通过复合光缆将直流电源远距离传输，经远端电源保护监控并在远端再转换为-48V直流为负载设备供电；直流远供的供电源头是机房内标准且稳压的-48V电源，与市电完全隔离，与大地悬浮不构成回路，无漏电风险，供电独立性强。由于直流远供电源可永久性供电且无漏电风险，所以不必安装电力部门的电表、漏电保护开关，大体积UPS电源和与电力部门的协商施工等，大大减少了固定投入。
直流悬浮式供电在供电端、受电端及供电线路上都不接大地，只在远端及近端连接保护地即可。
直流远供电源设备采用电信级元器件，免维护设计，寿命长。没有体积大和受温度限制的蓄电池，也没有腐蚀性强的酸性气体，更不会出现半夜雷雨后漏电开关跳闸而维护人员无法到达现场合闸的情况。大大降低了维护成本和维护难度。
直流远供系统在不同的使用环境下与传统的户外分散取电进行成本的比较，可以基本得出：
①当设备拉远距离大于200m时，宜采用直流升压供电方案；②考虑到综合成本因素，单回路负载总功率在1200W以下，拉远的电缆截面积不宜超过16mm2；拉远距离不宜超过5km；③根据实际绝大多数应用情况的模式距离在3km以内的，单回路总功率在2000W以下；线径为4、6、10方常用线缆，尤其在考虑光电复合电缆、通信专用电力铝缆等新型材料下，直流远供系统有非常大的投资优势。
2直流远供系统组成
2.1主设备系统组成
直流远供系统采用PMW脉宽调制技术，局端设备将机房内稳定的电能通过复合光缆、电力线缆输送至远端，为当地接电不便或供电不稳定的通信设备提供稳定、可靠、经济的电源供应。直流远供电源系统由局端设备（ZYYG-JD）和远端设备（ZYYG-YD）组成。
2.2设备具备功能
①输入过欠压保护。机房-48V电压高于60V或低于40V时，局端设备停止输出。保证了局端设备的安全可靠或防止机房电池组放电过量，保证了电池组的安全使用。②输出过压保护。远端设备输出电压高于DC400V时，远端设备保护，停止输出。保证了通信设备输入电压的可靠性。③输出过流保护。经过传输电缆的电流大于额定值时，局端设备保护，停止输出。防止了电缆过热或损坏，保证了传输电缆的安全可靠。④开路保护。当传输回路部分或全部被破坏时，为确保维护人员与设备安全，系统切断高压输出。⑤短路保护。当传输回路中某处电缆的正极与负极短接时，或者正极与负极任一极与大地短接时，为了保证设备和线路的安全，系统切断高压输出。⑥强电入侵保护。当系统检测到有市电与电源传输线路产生搭接时，系统切断局端的高压输出。⑦线-地漏电流保护。当传输回路中，因为有人接触或其他故障而产生线-地漏电流时，系统切断局端的高压输出，保证用户利益，对人身无伤害。⑧故障隔离。点对多点的应用情况时，其中一设备有故障时不会影响到另一设备的正常运行。⑨故障报警。上述保护动作的同时，不同颜色指示灯亮，指示相应故障类型。远程监控干节点输出：上述保护动作的同时，干节点闭合，故障信息上传给监控设备。⑩防雷功能。具有防雷保护功能。
2.3系统组网原则
系统组网应考虑以下因素：
①负载功耗。远程供电方案首先是由通信设备负载功耗决定的。须根据设备负载功耗（峰??）并考虑一定的冗余度，换算出最大安全工作电流及正常工作电压波动范围，以确定远供设备功率配置。②传输距离。由局端设备（供电网点）至远端设备负载之间的距离。它决定传输线缆的压降及功率衰减等，决定传输线缆的技术规格。③传输线缆程式、线质、线径选择。传输线缆程式（复合缆、专用缆）、线质（电阻率）、线径（截面积）选择由设备负载功耗（峰值）和传输距离以及技术参数（铜线、铝线）、应用场景（复合缆、专用缆）、敷设条件（城市、农村、管道、架空）、线缆技术规格标准、厂家生产制造工艺（如复合缆）、投资效益、运行安全、网络发展等因素确定。安全传输电流、电压、电阻??的计算是确定线缆技术规格的决定性依据。须严格按照相关《技术规范》标准，科学严谨地计算传输线缆的电阻??、安全电流、压降及波动范围等技术数据，综合各种因素确定传输线缆技术规格，以确保线路传输安全可靠。
3通信系统远程供电解决方案
3.1射频拉远单元（RRU）独立安装（点对点）
①应用场景。BBU安装在宏基站或接入机房内，RRU挂杆或安装在楼顶，距离BBU所在基站距离≤3km。②局端。输入电压：-48V，输出电压DC250-400V可连续调整，输出功率1500W，每个局端设备对应一个远端设备，安装在BBU所在的宏基站或接入机房内，取用该基站内-48V电源。③远端。输入电压DC250-400V，输出电压-48V或AC220V，输出功率300W，有防水外壳，可外挂于RRU设备下部，传输距离≤3km，传输电缆可采用复合光缆（铜芯截面积≤1.5mm2）或电力线。④应用范围。市区内不容易取电的，或交流电供电不稳定的RRU站点。⑤优点。可使选址方便，不受市电的影响；可避免本地停电或蓄电池组故障而造成基站断电，可大大提高网络服务质量；可节省户外UPS电源长期维护费用；可节省交流取电的额外费用。
3.2RRU（或光纤直放站）+小容量宏蜂窝基站
①应用场景。RRU（或光纤直放站）安装在宏基站内，该宏基站位置偏远，取交流电不方便，或交流电不?定，且用户数量较少。②局端输入电压。-48V，输出电压：DC250-400V可连续调整，输出功率≤3000W，采用N+1冗余备份方式，安装在该站附近的大容量宏基站内，取用该基站内-48V电源。③远端。输入电压DC250-400V，输出电压-48V或AC220V，输出功率≤800W，安装在该站标准机柜内，为该站所有设备供电，传输距离不限，传输电缆线径越大传输距离越远，传输电缆使用复合光缆或电力线。④优点。可节省取用交流电的高额费用；可避免由于蓄电池组不能放电而造成的断站现象发生；可节省蓄电池组维护费用。
3.3BBU+RRU用于大型楼宇网络覆盖（点对多点）
①应用场景。BBU安装在大型写字楼内，RRU安装在楼顶，距离BBU较近，该楼附近有大容量宏基站。②局端。输入电压-48V，输出电压DC250-400V可连续调整，输出功率3000W，采用N+1冗余备份方式，可直接安装在宏基站机柜内。③分配单元。完成DC＼DC（250-400V＼320-400V）二次升压变换，输出功率3000W，多路输出，单路输出功率≤300W（可调整），输出电压≤380V（DC可调整），可直接为移动通信设备提供直流高压电源。该设备为（室内型）可安装在大楼内的光缆交接箱内，或（室外型）挂壁式安装。④远端。输入电压DC250-400V，输出电压-48V或AC220V，输出功率300W，有防水外壳，可挂于通信设备下部。⑤传输距离。局端与分配单元之间的距离不宜太远，宜≤3km；分配单元与远端之间的距离一般较近，宜≤2km。⑥优点。可使选址方便，不受市电的影响；可避免本地停电导致基站断电，影响网络覆盖；可节省交流取电的额外费用。
3.4铁道沿线覆盖（级联方式）
①应用场景。铁道沿线的基站覆盖。②局端。输入电压-48V，输出电压DC250-400V可连续调整。输出功率≥3000W，采用N+X冗余备份方式。可直接安装在局端机房内。③远端：输入电压DC250-400V，输出电压-48V或AC220V，输出功率300W，有防水外壳，可外挂于通信设备下部长距离级联供电方式，主要应用于城际高铁沿线、高速公路沿线等长距离带状区域覆盖场景等。
4存在的问题
①由于目前没有相应技术标准，不同厂家远供电压等级不统一，设备与相关器件标准不统一。②远期远端站电源容量扩容会有一定难度，后期新设备使用和共建共享会受到一定影响。③拉远方案对信源站点的电源系统带来较大负担，降低了重要保证负荷的后备时间，使信源基站与远端站点总体后备时间不长。④拉远方案导致外部强电入侵信源基站直流电源系统的可能性加大。⑤常规直流电源设备中一般不配置漏电保护装置。直流高压设备中的漏电保护十分灵敏，可能会容易误动作，增大了站点断电的可能。⑥高压直流供电与交流供电特性有差别，线路与设备施工维护习惯需要有所改变，尤其对于运营商线路的维护故障排查难度较大。