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1、中国移动集团重点/联合研发项目结题汇报报告,2011年01月13日,项目名称：高压直流远程供电技术研究项目编号：2010_LH_41,研究课题组,一.开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果（整合后）,1.1 研究背景及目标（开题报告）,一、研究背景 随着移动技术的发展和公司全业务经营展开，分布系统已成为了网络覆盖建设的主要方式，光纤拉远技术得以大量应用，网元不断向用户侧延伸，企业接入业务的质量保障要求也日益显现。由此对现有的通信电源保障体系提出了新的要求，传统的电源保障模式需要有所突破。1)大量的远端设备有后备电源配置需求；2)远端设备就近供电存在交流引入、安装及监控困难，维护、抢修难度增
2、加等问题；3)大部分交流供电的通信设备都能接受直流280V的供电；4)280V的远程供电系统，相比48V远供和交流远供具有供电距离远、系统安全性高，建设及运行成本低等优点。二、研究目标 解决移动网络建设中分布式基站、道路沿线覆盖、综合接入等分布式组网的方案中电源保障难题，研究制定高压直流远程供电保障模型，制定通信系统高压直流远程供电技术规范。,1.2 主要研究内容及分工（开题报告）,一、主要研究内容 1.研究高压直流供电方式的适用场景及针对性供电方案；2.高压直流远供设备的研究；3.针对高压直流供电方式的防雷与接地措施；4.远供电缆选择研究及馈电规范；5.高压直流远供系统的技术标准。二、各研究
3、单位的分工 1.集团网络部 确定课题研究纲要，研究实施计划制定，技术规范审定。2.浙江公司 1)负责课题牵头实施；2)高压远供设备系统组成方案研究；3)远供馈电安全技术要求制定；4)远供场景需求分析，规模试用。,1.2 主要研究内容及分工（开题报告）,3.集团设计院有限公司 1)试点站点的供电方案设计、设备施工操作规程的编制；2)直流远程供电系统技术标准整理、编制。4.湖南公司 1)拉远供电最佳应用场景研究；2)规模试用。5.江西公司 1)利用远供技术实现综合业务网络、传输节点设备的双路由供电研究；2)规模试用。6.辽宁公司 1)远供电缆的安全防护研究；2)规模试用。7.浙江鼎联科通信技术有限
4、公司1)试点设备的提供，协助浙江公司做好试点工程的实施工作。2)根据试点实施中出现的一些问题，提供产品技术支持并对远供电源产品进行完善。,1.3 开题计划完成情况总结,一、开题计划执行情况浙江公司：1、完成适合不同的应用场景下高压直流远程供电系统组成方案的制定。2、完成了全省11地市230套设备的试点安装，主要用于高铁、校园网、小区宽带、室分等场景。其中杭州、嘉兴的高铁、校园网应用取得了较好的效果，各有特色。宁波的室内分布系统中的应用也取得了较好的效果。集团设计院：1、在浙江公司的试点实施过程中，负责试点站点供电方案的设计，协助浙江公司完成各个试点工程，实施中设备施工操作规程的总结。2、在各合
5、作单位的配合下完成直流远程供电系统技术标准初稿的编制。江西公司：1、完成省内多种场景的试点实施工作2、完成传输节点设备的双路由供电保障的方案制定，并完成试点实施工作。,一、开题计划执行情况辽宁公司：1、完成省内多种场景的试点实施工作2、完成远供电缆选择及的安全防护研究。湖南公司：1、完成省内多种场景的试点实施工作2、完成远供系统适合场景的梳理。浙江鼎联科通信技术有限公司：1)在浙江公司、江西公司的试点实施中提供产品和技术支持。2）在试点实施中过程，为浙江、江西公司技术支持解决出现的一些问题。3）根据远供项目研究中积累的经验，对远供电源产品进行完善，完成适合移动分散式组网系统远供电源新产品的开发
6、。,1.3 开题计划完成情况总结,二、研究中存在的不足高压远程供电无现成的规范可依，还没有促成行业技术标准的形成。研究中的相关测试工作还需要进一步的深入。通信设备厂家对高压直流供电的认识不足，实施中配合不够。,一.开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果（整合后）,现有所有交流受电设备的电源模块功能都是AC/DC再DC/DC，第一级将220V交流直接整流后电压约为300V，第二级将300V再变换成12V、5V和3V的电压（见下图）。第一级变换中交流220V输入整流后为300V的直流,当交流输入在15%10%范围内变化时（实际设备的适应范围还要大），这个电压约为260V 338V，因此直接将这
7、个范围内的直流电压（如280V）输入交流输入端，这个电源模块也能正常工作。,为什么可以用高压直流对现网的交流受电的设备供电？,2.1高压直流远程供电系统组成,高压直流远供示意图,高压直流远程供电系统由远供电源局端设备、远供电源远端设备及馈电电缆组成，远供电源局端设备放置在有后备电源供应的中心基站机房内，将-48V直流电源升压到DC280V直流电（或安装280V直流电源系统），通过电源线缆送至远端，为远端通信设备提供电源保障。,2.1高压直流远程供电系统组成,典型组成方案分布系统,组网说明:高压直流远供电源安装在中心机房内；利用机房内的48V电源系统或AC220V电源输入，通过高压直流远供电源转
8、换为DC280V直流后通过电力电缆为各个远端提供电源保障；通过高压直流远供电源设备智能通信接口接入基站动力环境集中监控系统，实现系统集中监控和集中管理；高压直流远供电源设备采用N+1冗余高可靠性结构，直流配电单元完成对各分路进行分配管理；对于个别不能接受DC280V直供的设备在前端加装高压直流远供远端电源适配器设备进行电压转换。,2.1高压直流远程供电系统组成,典型组成方案道路覆盖,组网说明:高压直流远供电源安装在中心机房内；利用机房内的48V电源系统或AC220V电源输入，通过高压直流远供电源转换为DC280V直流后通过电力电缆为各个远端提供电源保障；高压直流远供电源设备采用N+1冗余高可靠
9、性结构，采用总线级联的方式为，所有级联在设备前端的高压直流微型短路器的上端头完成；对不同方向铁路沿线远端设备采用独立供电系统，进一步提高高压直流远程供电系统可靠性；对于个别不能接受DC280V直供的设备在前端加装高压直流远供远端电源适配器设备进行电压转换。,组网说明:高压直流远供电源安装在中心机房内；利用机房内的48V电源系统或AC220V电源输入，通过高压直流远供电源转换为DC280V直流后通过电力电缆为各个远端提供电源保障；通过高压直流远供电源设备智能通信接口接入基站动力环境集中监控系统，实现系统集中监控和集中管理；高压直流远供电源设备采用N+1冗余高可靠性结构，直流配电单元完成对各分路进
10、行分配管理；对于个别不能接受DC280V直供的设备在前端加装高压直流远供远端电源适配器设备进行电压转换。,2.1高压直流远程供电系统组成,典型组成方案综合接入,直流高压远供电源系统具有模块化结构及系统灵活的扩容能力，远供电源系统容量可以根据本期项目需求而定，电源系统电源模块采用N+1冗余备份架构进行系统配置；电源模块数量最小不应少于2个；对于大型组网的分布式网络系统，建议采用分片区独立供电的机制。单台局端电源系统负载不超过3000W，单供电传输距离宜控制在3KM以内，最长不宜超过5KM；确保供电效率和系统运行的可靠性。,高压直流远供电源系统配置基本原则,2.1高压直流远程供电系统组成,2.2高
11、压直流远程供电系统的供电线缆选择,直流远供电路拓扑图如下图表示：传输距离与压降的计算关系1)2)UL=I Rloop+UR UL局端输出电压，UL=280V或140V、48V I环路电流 Rloop=Rloop1+Rloop2线路环阻 UR远端电压，未知3)UR2-ULUR+PRRloop=0 PR远端功率4)Rloop铜=18/A(mm2)L(km)2/0.85 铜电阻率为0.01752/m Rloop铝=28/A(mm2)L(km)2/0.85 铝电阻率为0.02853/m A为导线截面积 L为传输距离,2.2高压直流远程供电系统的供电线缆选择,电缆材质可选用铜芯或铝芯，但由于铝芯材质在等
12、效载流量情况下，相比铜芯电缆质量轻、价格低，且不易被盗；在户外使用时建议采用铝芯电缆替代铜芯电缆。使用铝电缆时，必须注意做好铜铝转换接头处的抗氧化工作，以防止接头处老化造成的线路故障。电缆耐受等级要求为1KV，拉远供电电缆输送直流电力，建议使用双芯电缆；要求外皮颜色为橙色，且要求电缆厂家在外皮醒目加印“直流300V，请注意安全”的字样；内部双芯线缆外皮颜色分别为红色和黑色，红正，黑负。考虑线路维护专业的独立性，建议一般情况下采用传统的电缆和传输光缆各自单独布放的形式，特殊情况下可选用性能工艺质量优良的光电复合缆进行线路施工。,采用屏蔽电缆，醒目的颜色。,外皮印上“直流300V，请注意安全”字样
13、。,2.3高压直流远程供电系统的防雷接地,高压直流远供电源设备的防雷与接地需满足国家行业和企业相关标准的规定；移动通信基站设备必须采取联合接地方式。根据高压直流远供电源远距离传输场景的特殊性，对SPD应用有如下几种要求：对于同一建筑物内部或供电线路全部采用地埋管道的敷设方式，可以不加装SPD；高压直流远供电源设备的直流输出端应具备防雷功能，独立的防雷模块最大通流容量宜为20KA、8/20s，防护等级为C级。当杆路至末端通信设备的电缆达不到50米的埋地长度要求时，最短埋地长度不宜小于15米，并应在末端通信设备前加装防雷设备。末端通信设备前加装的室外用防雷箱，其防护等级应达到IP55的防护标准，防
14、雷模块最大通流容量宜为20KA、8/20s，防护等级为C级；室外用防雷箱外壳应做到与联合地网的接地扁钢切实有效地电气连接。,户外防雷盒,电缆屏蔽层接地,远供线路电缆应针对敷设场景的不同，选用类型适合在架空、埋地、管井中敷设的电力电缆。电缆线径规格宜选用1.5、2.5、4mm2、6mm2、10mm2和16mm2为宜，方便施工。高压直流远供通信电源系统的线路正常情况下为全程对地悬浮状态，正负均不接地，单独一条电源线与地均不能构成通电回路，对线路维护时必须由电源专业人员进行电压电流的检测，以确保人身安全；严禁未经检测和不采取保护措施的情况下，进行线路施工。远供线路中，在电缆检修处或明显可视位置应增加
15、直流高压的警示标牌，警示安全，标牌相隔距离不宜超过150米。,防盗设施,高铁现场,2.4高压直流远程供电系统线缆敷设,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,根据现有的技术，分布系统、高铁、有线接入类设备的后备电源的配置模式主要有就近安装小电源和电源远供两种：,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,就近供电与电源远供的比较采用集中远供具有投资和维护投入，电池运行寿命长，系统运行可靠性高，电源应急保障便利等优点。,现有的电源保障模式主要通过在拉远的通信设备就近安装小型开关电源或UPS+蓄电池组方式，提高拉远的通信设备的后备供电保障等级。该方案前期被大量应用到2G/3G的室分项目、综合接入等系统中。
16、,就近安装小电源在分布系统的运行和建设中存在问题,配电房,楼层二级,楼层一级,末端设备,取电安全等级,低,高,分布电源的取电位置不宜低于楼层二级,监控问题,安装问题,抢修问题,维护问题,监控如何实现？监控没有监控电源设备的运行状况如何把控？远端电源安装位置导致的安装、维护、抢修困难问题。大量远端电源设备的维护量问题。,取电问题,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,高压直流远供与48V远供的比较,馈电效率比较,安全性比较,正常工作情况下，48V系统的工作电压是54V，不到280V的1/5，在远端同功率的情况下，线路电流为280V供电的5倍，线路损耗PI2R
17、，因此同线径下48V的损耗将是280V远供损耗的25倍以上。为减少48V远供的损耗，可采取增加线径的办法，但会增加线缆的成本。,供电可靠性：48V远供当发生停电时，电压将降到48V以下，根据对TD现网RRU远供的测试，线缆长度达到50米时，压降高达5V，如发生停电时，电压下降将使压降进一步增加，会使远端的RRU设备因电压偏低而不能正常工作。而采用280V供电，因压降小电压稳定，不受停电等因素影响。对人身的安全：48V电对人身几乎无影响；280V因采用悬浮供电方式，触碰单根导线对人身无影响，同时用双手分别触碰正负极，会造成人身伤害。对周边环境影响：48V供电距离达到200米后，存在远端短路近端空
18、开不能瞬间跳闸的隐患，有可能因为线路发热而对周边环境造成安全威胁。280V远供因电压高、短路电流大，能做到有效的分断。,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,短路测试情况,当线缆长度分别为100米和750米时，280V直流系统在远端短路时，开关的分断响应时间分别为15.59mS和16.39mS。48V直流系统测试中，当线缆长度为200米时，远端短路的响应时间为3.439秒；当线缆750米处短路时，空开不跳闸。,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,高压直流远供与交流220V远供的比较,可靠性：现有用于小型基站的UPS设备、逆变器设备都只是单台独立运行，设备结构复杂、故障率高；高压直流设备无论是
19、DC/DC升压设备还是AC/DC的开关电源设备，系统采用模块式组合成N1或MN的形式，供电可靠性大大提高。经济性：故障率影响到维护的投入；模块式的UPS或逆变器价格偏高。效率：设备效率直流电源系统高于交流系统；远供的线路损耗，因趋肤效应及分布电容等的影响，交流远供的线路损耗率在直流的1.5倍以上。,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,远端恒功率的比较,输出同功率的比较,高压直流与交流远供的线损测试比较,比较结果：远端恒功率的情况下，交流线损是直流的2.3倍；输出同功率的情况下，交流线损是直流线损的1.9倍。,高压直流远供与交流220V远供的比较,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,高压直流
20、远供与交流220V远供的比较,对某主流通信电源厂家的逆变器输出与高压直流的测试比较,交流线路损耗为直流的2.6倍,逆变器的效率明显低于直流升压设备的效率,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,高压直流远供与交流220V远供的比较,现有交流远供一般采用的是对48V电源进行逆变后远供，由于逆变器一般为单台工作，如选用逆变器的功率没有足够大，易导致远端短路而近端空开不能瞬间关断的情况，影响到周边环境的安全。实际测试情况：当远端短路时，空开不能在短时间内关断，逆变器自身保护，降低输出电压。在实际应用中，存在三个问题：（1）如一台逆变器同时供二个以上的远端设备，会因一一个远端的短路而路数所有远端的供电；
21、（2）由于空开不能很好的保护，易引起逆变器故障，增加故障的维护量；（3）当逆变器故障时，会因不能及时的保护而引成对周边环境的安全威胁。,高压直流远供与交流220V远供的比较,交流电对人体的损害作用比直流电大，不同频率的交流电对人体影响也不同。人体对工频交流电要比直流电敏感得多，接触直流电时，其强度达250毫安有时也不引起特殊的损伤，而接触50赫交流电时只要有50毫安的电流通过人体，如持续数十秒，便可引起心脏心室纤维性颤动，击导致死亡。交流电中28-300赫的电流对人体损害最大，极易引起心室纤维性颤动，20000赫以上的交流电对人体影响较小，故可用来作为理疗之用。我国采用的工频交流电源为50赫，
22、对人体损害是较严重的。国际电工委员会（IEC）标准规定，在通常状况下，安全电压上限值为交流50 伏或无波纹直流120 伏。在特殊状况下，接触电压上限值为交流25 伏或无波纹直流60 伏。人体通过的安全电流值交流为10mA，直流为50mA。,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,2.5高压直流远程供电系统的优势总结,三种远供模式的比较结果相对于48V远供，高压直流（280V）远供具有供电效率高（同线径损耗约为48V远供的1/25）、适用远距离供电、线缆成本低等优势。相对于220V交流远供，高压直流远供具有供电效率高（同线径损耗约为交流的1/2）、系统运行可靠性高、安全性高、在同样考虑设备冗余的情
23、况下设备成本低等优势。,综合各种电源的保障模式，高压直流远供是对分布、高铁、有线接入等分散式通信系统中的最佳电源保障模式。,2.6典型案例,典型案例一,嘉兴高铁覆盖远供项目,沪杭客运专线嘉兴段无线规划建设基站共90个，部分拉远站点市电取电困难，后期网络保障等级高。根据建站点的市电引入情况，结合今后维护的便利性和安全性，对部分拉远站点采用直流远供方式进行供电，远供线路的电源中心站的动力配套适当提高配置等级。选取电源中心站19个，RRU拉远站点采用高压直流远供方式供电的39个站。,2.6典型案例,典型案例一,嘉兴高铁覆盖远供项目,投资比较,直流高压方案：包括高压直流设备、19个中心站增加的48V设
24、备、铠装铝芯线缆、线缆施工费整个方案设备投资费用为131.6万元。本地电源供电方案：包括一体化电源设备及Ah蓄电池组、外市电落火费用整个方案设备投资费用为189.9万元。相比两个方案，直流远供可节能投资58.3万元。,本地供电方式每年运行成本合算：128700元每点每年基本代维费1800*39=70200平均每年电池报废费用3000*39/2=58500采用远供的运行成本约为：67150元每站点的基本代维费：10003939000平均每年的电池报废费用约为：（15500/6）19*0.5728150元,维护成本比较,2.6典型案例,浙江财经学院东方学院占地近千亩，建筑面积31万平方米。校区内共
25、有各类楼宇33幢。校园内共建有2个移动宏基站，分别位于体育场侧和学院图书馆内，整个校区有39个移动分布设备点，分布远端设备81个，遍布整个校区各个楼宇及公共场所。,典型案例二,东方学院校园网覆盖远供项目,远供设备安装现场,2.6典型案例,典型案例二,东方学院校园网覆盖远供项目,局端设备分别安装于体育场侧和图书馆2个宏基站内，体育场侧基站引出4路电源保障生活区等的分布点，图书馆基站引出3路电源保障教学区等的分布点。,2.6典型案例,典型案例二,东方学院校园网覆盖远供项目,对39个拉远站的投资进行对比：1.直流高压方案：直流高压设备、增加的48V设备、铠装铝芯线缆、线缆施工费用整个方案设备投资费用
26、为22.5万元。可保证12个小时左右的后备电源保障时间。2.本地电源供电方案：39个站点一体化电源设备加电池、39个站点落火线缆和装表、监控系统按最简易短信监控组网整个方案设备投资费用为28.5万元。此方案中建设的一体化电源设备的后备保障时间达到4-6小时。,运行成本费用对比：采用远端安装设备供电每年运行成本合算：84825元每点每年基本代维费（巡检和维修）1800*39=70200平均每年电池报废费用1500*39/4=14625 采用高压远供敏捷运行成本费用约为：44166元代维费用：39000元电池报废：5166元,2.7高压直流远供技术实施总体评估效果,高压直流（280V）集中远供是一种新的电源保障模式，具有投资省、运行可靠性高、维护成本低等优势。适合在分散式组网系统中的应用，具有较大的推广价值。投资省：采用集中供电，减少设备数量和市电引入费用，节约投资在30%以上。维护成本低：节约维护成本在40%以上。减少设备维护数量，降低维护工作量和费用投入。电池运行环境好，寿命长，减少报废更新投入。运行可靠性高：中心站点引入市电可靠性高，电池的保障效果好。远供线路的安全保护功能强。集中监控，便于停电及故障的应急保障。,38,结束,谢谢大家！,
