资源受限条件下的大型广场拉远站供电方案

孟彦伟（中国铁塔股份有限公司，北京 100142）



资源受限条件下的大型广场拉远站供电方案

孟彦伟
（中国铁塔股份有限公司，北京 100142）

摘 要随着移动通信的发展，人们对移动网络的要求持续增高，基站建设的密度越来越大，尤其对于一些面积广阔的大型广场，就需要建设更多的基站满足其无线覆盖的要求。分布式基站的普及，部分解决了基站密度大带来的选址难、建站难问题，但对拉远站的供电却提出了更高的要求。本文通过建设实例，提出了资源受限条件下的大型广场拉远站点的供电方案，并提供了一些可作为参考的具体建设方法。

关键词大型广场；分布式基站；拉远站；绝缘穿刺线夹

随着移动通信的发展，人们对移动网络的要求持续增高，基站建设的密度越来越大，尤其对于一些面积广阔的大型广场，就需要建设更多的基站满足其无线覆盖的要求。分布式基站的普及，部分解决了基站密度大带来的选址难、建站难问题，但对拉远站的供电却提出了更高的要求。大型广场是一个建设整体，电力、管道、路线等资源受到全局规划的限制，基站建设要充分利用现有资源，因地制宜的制定供电方案。

1 大型广场通信解决方案和存在的问题

某城市新规划的大型公共广场（以下简称广场）位于市中心，是人流密集的城市重点景观广场。根据无线规划，广场内需要建设8个通信基站才能满足如此大面积的话务量需求。但广场对景观要求极高，不允许在广场内建设土建机房或室外型一体化机柜。如何解决大型广场话务覆盖的问题就摆在了通信建设者的面前。

1.1 大型广场无线覆盖方案

针对大型广场范围广、话务量大、景观要求高的特点，分布式基站是最理想的建设方案。分布式基站是指采用BBU+RRU方式的基带拉远系统，BBU是基带控制单元，实现基站与BSC之间的信号交互，集中管理整个基站系统；RRU是射频拉远单元，主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理等功能。BBU放在通信机房内，RRU位于远端天线处，BBU 和RRU之间采用光纤连接。

为便于管理，应将8个基站的BBU集中放置在一个机房内。由于广场内均为绿化景观，没有自建或租赁机房的条件，因此选择了距离广场2 km外的一个机房来统一安装BBU（以下简称BBU机房），如图1所示。

RRU采用拉远方式安装在广场内的天线附近。根据广场景观要求，天线伪装后安装在广场灯杆上，这样既美化了城市的视觉环境，也减少了居民对无线电磁环境的恐惧和抵触。RRU安装在灯杆附近伪装成灌木丛的小型美化箱内，方便与天线的连接。本文将在灯杆附近安装的RRU及其附属设备统称为灯杆站。

图1 BBU集中式建网方案示意图

1.2 分布式基站常用供电方案

分布式基站方案可以解决广场的无线覆盖问题，下一步就要解决分布式无线设备的供电问题。BBU机房位于广场外，可以直接使用机房建筑物的380 V三相交流电，因此需要解决的是拉远RRU的供电问题。根据无线专业提供的数据，1～4号灯杆站各安装8台RRU，每个灯杆站的电力需求为3.2 kW，5～8号灯杆站各安装4台RRU，每个灯杆站的电力需求为1.2 kW，8个灯杆站的总电力需求为17.6 kW。

通常情况下，可以通过48V直流供电、280 V拉远供电或小型一体化电源本地供电方式解决拉远RRU的供电问题。

（1）48 V直流供电：从BBU机房引接48 V直流电为RRU供电，这种方式结构简单、可靠性高，但是供电距离有限。

（2）280V拉远供电：RRU距离BBU机房较远的站点，可通过将48 V直流电升压为280 V直流电为RRU供电。

（3）小型一体化电源本地供电：RRU距离BBU机房较远的站点，可就近引接220 V交流电并安装小型一体化电源为RRU供电。

1.3 大型广场拉远站供电存在的问题

下面结合大型广场的特点，对本工程的RRU拉远供电问题进行分析。

（1）48 V直流供电：通常只能解决RRU距离BBU机房100 m以内站点的供电问题，无法胜任大型广场这类距离2 km以上的情况。

（2）280 V拉远供电：RRU使用从BBU机房升压后的280 V直流电供电，因此需要从广场外的BBU机房布放电力电缆至广场内RRU处，这就需要占用广场内、外的管道；广场内的管道可以自建，但是从广场到BBU机房的距离超过2 km，广场外没有足够的管道资源，如新建管道就需要市政等多部门审批，时间和经济成本都太大。

（3）小型一体化电源本地供电：这种方式无需大量布放线缆，只需在灯杆站就近引入市电并安装后备电源设备；但是广场业主出于美观考虑限制了灌木式美化箱的体积，令其仅能容纳必需的RRU，无空间安装其它设备。

因此，常用方案无法满足广场灯杆站的建设要求，需要通过其它方式解决拉远设备的供电问题。

2 大型广场拉远站供电方案

2.1 供电方案选择

广场供电采用具备自动切换功能的两路外电，其分别引自两个独立的供电线路，而且要求两个供电线路不能同时出现有计划的检修停电，供电等级为一类市电，而且业主还为重要负荷配置了后备电源。通信基站的供电要求为应不小于三类的市电（即停电时间最长不能超过8h，平均月市电故障次数不能超过4.5次），因此在广场外管道资源不足和广场内景观要求限制的条件下，放弃拉远供电或后备电源的方案，计划直接使用广场内稳定的电力资源。因此，下一步工作就是在RRU附近寻找满足容量需求的可靠电源。

广场东侧和西侧各有一条路灯带，1、2、5、6号灯杆站分布在西侧路灯带，3、4、7、8号灯杆站分布在东侧路灯带，自然便会想到利用照明线路为RRU供电。调查发现广场照明使用的是功率仅有几十瓦的节能灯具，照明线路的供电容量是按照灯具负荷设计，没有空余容量供RRU使用，但可以根据线路寻找上一级配电设施。根据广场配电系统图，发现3个灯杆站附近有配电箱，而且均有空余电力容量和输出开关。因此可利用这3个配线箱解决8个灯杆站的供电问题。

2.2 配电箱和供电线路选择

经与业主沟通和现场勘察，每个配电箱均有40 kW的空余容量和两路32A/3P空余开关，可以满足RRU的电力需求。根据广场内照明线路规划和灯杆站的相对位置，选择8号配电箱为1、2、5、6号灯杆站供电，7号配电箱为3、4、7、8号灯杆站供电。如图2所示。

图2 供电线路示意图

RRU使用220 V交流供电，由于每个灯杆站均安装4～8台RRU，因此可选择220 V单相供电方案，也可选择380 V三相供电再进行配电的方案。应结合广场特点对两种方案进行对比。

（1）灯杆站电力需求较小，但应考虑通信设备扩容及今后增加后备电源的可能性，尽量避免硬件改造。

（2）多级负载供电采用三相电路可以降低中性线电流，降低电缆投资。

综合考虑上面因素，选择380 V三相供电方案。

每个灯杆站的远期总容量包括负载功率和电池充电功率，其中负载功率按照本期最大功率+2 kW预留功率计算，电池充电功率按照2组150 Ah/48 V蓄电池组的充电功率计算，为150×0.1×56.4/0.92/1 000×2= 1.84 kW（电池充电电流为0.1C10A），则远期总容量为3.2+2+1.84=7.04 kW。4个灯杆站的最大远期容量需求约为7.04×4=28.16 kW，现有配电箱可以满足灯杆站的远期容量需求。

2.3 多级负载交流线路电压损耗计算

在使用长距离交流供电线路为负载供电时，不仅要考虑电缆载流量，还要计算线路上的电压损耗。在基站计算时通常采用点对点的压降计算方法，而本工程采用一条线路为多个灯杆站负载供电的方式，线路上的电能需求逐级降低，因此需要使用在基站设计上不常用的多级负载电压损耗计算方法。

2.3.1 电缆载流量

4个灯杆站的远期容量合计约为7.04×4= 28.16 kW，取0.9的安全系数，因此电缆载流量需求为28.16×1 000/380/ 3/0.9=47.5 A，查询“1 kV聚氯乙烯及护套电力电缆长期连续负荷允许载流量表”，得知截面10 mm2的五芯铜制电缆在65℃时的最高允许载流量为51 A，因此根据载流量表查询结果应选用5×10 mm2的电力电缆。

2.3.2 电压损耗

《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）第5.0.4条规定，正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值宜符合下列要求：其它用电设备当无特殊规定时为±5％额定电压。因此供电线路上的电压损耗应按照不超过5％计算。实地勘察中测得为RRU供电的两个配电箱交流输出端电压略高于标称电压，因此配电箱的输出端电压按照标称电压值进行计算。

《工业与民用配电设计手册（第三版）》第542页规定了多级负载的三相交流线路电压损耗计算公式：△U％=∑(Pi×Li)/(10U2n×γ×s)

△U％：线路电压损失百分数；

γ（单位：S/μm）：导线材料电导率，工作温度为65℃时，铜芯为49.27，铝芯为30.05；

s（单位：mm2）：线芯标称截面；

Un（单位：kV）：标称线电压，由于采用三相线路，Un为380 V；

Pi×Li：几个负载的负荷矩，P（单位：kW）为有功负荷，L（单位：km）为线路长度。

根据表1中8号配电箱输出线路上灯杆站1、灯杆站2、灯杆站5、灯杆站6的远期总容量和供电线路距离，我们可以算出负荷矩∑(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铜芯电力电缆的全程最大压降△U％=∑(Pi×Li)/ (10U2n×γ ×s)= 14.36/((10×0.382)×49.27×10）=2.02％，△U％未超过5％，满足作为全程供电电缆的使用要求。同样方法可以算出7号配电箱使用的电缆线径。

2.4 绝缘穿刺线夹的应用

本工程从两台配电箱分别引出一路电缆依次为1、2、5、6号灯杆站和3、4、7、8号灯杆站供电，如采用串联接线方式，会在线路上产生单一故障点，因此考虑采用T接方式。T接是从主电缆上引接复接电缆为用电设备供电的方式，工程上通常使用电缆分线箱或预分支电缆来实现。电缆分线箱需要占用管道或灌木丛美化箱的空间，而预分支电缆需特殊订制，订货周期较长，两者均无法满足工程需要。

因此，本工程提出“带刺穿绝缘型夹紧件”（工程中通常称之为“绝缘穿刺线夹”，以下均使用此名称）的T接方式。绝缘穿刺线夹是一种适用于小容量供电系统的电缆T 接产品，其最大的优点就是不需要剥除电线绝缘层，操作简单，而且安装空间基本可忽略，可用于桥架、箱体、管道及缆沟等狭小空间内。绝缘穿刺线夹在民用住宅、路灯配电、户外架空线等低压配电线路中均得到过实际应用，而且其国家标准“《家用和类似用途低压电路用的连接器件第2部分：作为独立单元的带刺穿绝缘型夹紧件的连接器件的特殊要求》（GB13140.4）”也已发布。

表1 配电箱使用规划表

绝缘穿刺线夹是利用锯齿状导体穿透电线绝缘层与电线导体接触的穿刺连接原理来实现电流连接，主要由壳体、穿刺导电片、密封胶圈、绝缘力矩螺母等组成。穿刺导电片可与导线多点接触，绝缘力矩螺母用于保证恒定的接触压力，确保穿刺导电片和电缆有良好的电气接触。安装时只需将分支电缆插入分支线帽并确定好分支位置，用扳手逐渐拧紧线夹上的力矩螺母，线夹上下两块暗藏有穿刺刀片的绝缘体逐渐合拢，同时包裹在穿刺导电片周围的弧形密封胶圈逐步紧贴电缆绝缘层，穿刺刀片亦开始穿刺电缆绝缘层及金属导体。当密封胶圈的密封程度和穿刺刀片与金属体的接触达到最佳效果时，力矩螺母自动脱落，此时主线和分支线接通。绝缘穿刺线夹结构如图3所示。

绝缘穿刺线夹连接电缆如图4所示。

图3 绝缘穿刺线夹结构图

图4 绝缘穿刺线夹连接电缆示意图

因此，使用绝缘穿刺线夹的T接方案，具有施工简单、经济实惠的优点，可以满足广场内两条供电线路的连接要求。

3 结论

大型广场内的资源受到全局规划限制，在进行基站建设时应充分利用可以掌握的资源，并结合通信设备的特点，因地制宜的制定供电方案。本工程通过使用多级负载交流电压损耗计算、绝缘穿刺线夹等方法，降低了工程造价、保证了工程进度，也为今后类似场景的基站建设提供了一些参考。

参考文献

[1] 孙美君，吴晓斌，王秀华，等. 工业与民用配电设计手册(第三版)[M]. 北京：中国电力出版社，2005：542.

[2] 粟登祥. 绝缘穿刺线夹原理及应用分析[J]. 华东科技，2013, 1:400-401.

[3] 张国栋. 绝缘穿刺线夹在工程中的应用[J]. 电气技术，2011,07: 73-75.

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

中图分类号TN86

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）04-0065-05

收稿日期：2015-11-12