地铁民用通信系统中供电技术选用分析
时间：2023-01-18 13:40:12 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
钟 涛
（上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海 200092）
随着通信技术的高速发展，地铁民用通信系统也在不断革新，新型室分以及各种通信设备的成熟应用，使得地铁民用通信电源系统也向着智能化、多样化发展，针对地铁隧道、站厅、站台等不同的覆盖场景，以及3家运营商不同的供电需求，合理的供电方案和最优的电源建设方式，能有效地减少运营成本，降低通信系统故障率，更好地保障地铁民用通信系统安全，提升网络服务质量[1]。
地铁区域作为特殊场景，其民用通信电源系统的建设必须满足更高的要求。一是拥有独立的供电设备，并具备集中监控管理的系统功能；
二是必须保障对通信设备不间断、无瞬变的供电，满足通信设备的各项要求；
三是应采用一类市电供电，即引入两路供电线，且来源应是不同的可靠电源，机房内交流配电箱应设置自动切换开关（Automatic Transfer Switch，ATS）。图1为外市电引入示意图。
图1 外市电引入示意
结合各运营商之间设备参数的不同，地铁民用通信电源系统有交流和直流2种供电方式[2]。交流供电系统主要包括不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS），交流配电屏、240V/480 V蓄电池等。当交流配电柜的外市电引入UPS后，经过稳压交流输出至交流配电屏，通过空开对各个通信子系统设备进行供电。市电正常时，UPS在给负载提供电力的同时，对240V/480 V蓄电池组进行充电，市电故障时，UPS则通过逆变器将电池组的直流电源转换成交流提供给负载。不同于交流供电方式，直流供电系统主要包含开关电源、直流配电屏以及48 V蓄电池组等，当外市电交流电源引入开关电源柜后，经过整流模块变压转换成-48 V的直流电源，再通过直流配电屏分路后输送至各个通信子系统。市电输入正常时，经过整流模块转换后的直流电源一方面对设备供电，另一方面对48 V蓄电池组进行浮充或者均充。当市电中断时，48 V蓄电池组则通过开关电源向负载连续供电。电源系统构成如图2所示。
图2 电源系统构成
依照《通信电源设备安装工程设计规范》（GB 51194—2016），项目建成投产后1～3年为近期，3～5年为远期。通信电源设备应在保障供电质量的前提下，考虑安装、维护和使用方便，按照相应的近期和远期需求进行配置。市电引入按照远期需求配置容量，考虑到地铁系统本身电力保障已非常完善，可就近接入地铁电源系统[3]。电源设备应考虑远期的发展规划进行配置，其中整流模块可按照近期需求进行配置，蓄电池配置需考虑机房空间、承重后，按近期负载需求进行配置。总之，通信电源系统的配置需要多方案技术经济比较后选择可靠性高、造价合理和维护成本低的方案。
4.1 站厅、站台的供电方案
站厅、站台作为地铁交通中的节点，一般都配备有民用通信机房，因此在供电方案上可选取空间较大。随着新型室分的不断应用，通信设备对于供电需求也越来越多样化[4]。相较于传统室分的直流供电方式，混合供电方式更适应于地铁民用通信系统。以某地地铁站厅站台为例，运营商选用的是新型室分室内基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）+RHUB+PRRU的覆盖方式，考虑到RHUB等设备需求输入电源为220 V交流，且部分设备厂家对因直流供电造成的设备损坏不予保修等情况，综合对比后最终选用混合供电方式，即传输设备以及BBU选用直流供电系统，RHUB等设备则选用交流供电系统，2套系统均配备对应容量的蓄电池作为后备电源，当市电发生故障后，直流供电系统的48 V蓄电池负责给直流设备提供电源，交流供电系统中的蓄电池则通过UPS转换成交流电供给交流设备，2套供电系统互不干扰地同时运行，减少了因交直流转换时造成的损耗，降低了运营成本，同时又避免了远端设备因转换模块故障造成的损伤，更有效地保障了通信系统的安全运行。
4.2 隧道区间的供电方案
隧道区间的供电方案，主要取决于通信系统覆盖方式、机房空间以及供电距离等因素，考虑到隧道中不易取电、维护难度高，一般采用集中式供电[5]。隧道区间的主要供电对象为隧道内的射频拉远单元，根据各运营商的设备参数不同，所需要的供电类别也不同。结合现有的供电技术，大体上可分为以下3种方式。
方式一：采用直流远供方式。直流远供方式是通过局端设备将-48 V稳定电源处理变压至280 V后，通过光电复合缆或电力线输送给远方或接入端的通信设备端，再经变压至负载设备所需的标准电压进行供电，备用电源可与民用通信机房内的直流供电系统共用。直流远供系统如图3所示。直流远供电源无需配置UPS，只需要配备局端设备和远端设备，节约了投资，同时因悬浮电压的设计，避免了远距离传送过程中的漏触电风险，对人身更安全。直流输电不会产生电磁污染，减少了通信系统中的供电节点及蓄电池配置，符合国家提出的节能环保要求，属于绿色环保供电方案。直流远供技术在城铁、高铁沿线等长距离带状区域的通信覆盖场景中应用较多，而在地铁场景中主要受限于机房空间、线缆损耗以及远端模块安全性等。
图3 直流远供系统
方式二：采用UPS交流供电。UPS交流供电是将机房内的交流电源通过电力缆线直接传送至远端设备供电，交流设备可直接供电，直流设备可在远端设备侧增加外置电源模块转换成相应的输入电压进行供电。隧道区间内的各个供电节点可采用串联方式，节约了电力线缆的投入，备用电源可与机房内交流供电系统共用。近些年由于模块化UPS的成熟应用，大大减少了UPS在前期建设过程中的成本投入，容量随需随扩也避免了后期因负载增加导致UPS容量不足需要重新更换的局面，在地铁覆盖场景中应用较多。UPS交流远供系统如图4所示。
图4 UPS交流远供系统图
方式三：采用高压直流输电（High-Voltage Drrect Current，HVDC）方式。与传统 48 V 供电系统类似，唯一不同的是局端设备允许接入电压包含了市电220 V交流电源，可直接将其转换成270 V、350 V或420 V等电压的直流电压。其余配置与传统的-48 V直流远供一样，本文不再进行详细描述。
4.3 经济分析
隧道区间的供电方式选用，需依据现场情况以及实际建设需求，同时还要考虑方案的经济性、可靠性等原则。以某地机场线地铁为例，区间包含高架、地下隧道及山岭隧道3种场景，高架场景由室外宏站覆盖，地下、山岭隧道采用传统室分覆盖，总长度约21 km，6段隧道内共设置了52个供电节点。采用UPS供电方式，机房侧需配置6套UPS供电系统，6组蓄电池，电源线需配置大约36.54 km，隧道内电源分配箱52台，总投资约330万；
采用直流远供方式，需配备直流远供局端机52台、局端综合柜11台、远端机134台、远端配电单元52台、开关电源11台、直流屏6台、整流模块72套以及蓄电池22组，各类电力电缆44.68 km，总投资约为270万。经过综合对比，直流远供方案前期投资小，但因直流线损导致每年电费支出较UPS供电多支出21万元，且后备蓄电池组占用空间较大，现有民用通信机房空间不足以安置，最终选定采用UPS供电方案建设。
综上所述，地铁民用通信系统的电源方案宜采用混合供电方式，直流供电系统负责机房内传输设备以及BBU的直流电源供应，交流供电系统负责机房内交流设备以及远端设备的交流电源供应，这样才能合理地利用地铁民用通信机房的有限空间，有效解决通信设备供电需求不一的问题，提升设备运行的稳定性，保障地铁民用通信的安全性。
猜你喜欢 民用直流蓄电池 基于强化学习的直流蒸汽发生器控制策略研究舰船科学技术(2022年11期)2022-07-15基于附加直流的选择性低压漏电保护实现方法电气技术(2022年5期)2022-05-23“宁电入湘”直流工程再提速宁夏电力(2022年1期)2022-04-29国外先进民用直升机FMS导航模式研究科学家(2022年3期)2022-04-112020款广汽丰田C-HR EV车高压电系统解析（一）汽车维护与修理(2021年9期)2021-12-01变电站事故直流照明自动切换装置极其应用建材发展导向(2021年14期)2021-08-23用元征汽车诊断设备执行更换蓄电池后的匹配汽车维护与修理(2021年17期)2021-03-10民用直升机在反水雷中的应用探讨数字海洋与水下攻防(2020年5期)2021-01-04“安分”才能“安生”——为民用权，须知边界当代陕西(2019年21期)2019-12-092017年大众途昂蓄电池拆装后自动启停功能失效汽车维修与保养(2018年11期)2018-02-27
