提高移動通信基站市電可用度的措施
2019-11-03 09:55:16
供稿：網友
湯澤文 方海鷹 中國聯通廣東分公司 [摘要]本文首先介紹了廣東省范圍內移動通信基站的幣電供電情況，然后對惠州地區的某些基站蓄電池使用后出現的損壞情況進行了分析，找出了導致損壞的原因，提出了解決方法。
【關鍵詞］移動基站；供電；蓄電池；故障
1移動通信基站供電概況
移動通信宏蜂窩基站由主設備BTS（基站收發信機）、BSC（基站管理器）、傳輸設備（光端機、微波機）、電源設備（高頻開關電源、VRLA蓄電池組成的浮充供電系統）和環境類設備（環境監控系統、空調）等組成。本網主設備和輔屬設備均采用-48V直流供電制，常時直流用電2kw左右；加上環境類設備，基站交流引入常時用電為4kw左右，蓄電池充電時最大用電可達10kw。雖說國家公眾電信網屬一級負荷和第一類供電，但由于基站數量多、地域分散、負荷小以及無人值守原因，不直采取1路高壓輸入、1路低壓輸入、1臺備用固定發電機的交流引入方式。BTS站直采用1路市電+移動油機的供電方式；BSC站直采用2路市電+移動油機的供電方式。
廣東地區第二類供電的基站約占50％，第三類供電的基站約占49％，小水電供電的基站約占 1％。1990年實施的《郵電通信電源設備安裝設計規范》對四類供電方式的劃分條件、供電時間有量化的要求，對供電質量指標和事故停電只有粗略的描述，無量化要求。
1983年修訂的《全國供用電視則》第34條規定：用戶受電端的電壓變動幅度，10kV及以下高壓供電和低壓電力用戶不超過額定電壓的±7％。
事實上，供電局為了彌補輸電線路的壓降和損耗，通常是以額定電壓提高 10％或以上作為輸送電壓值，在用電高峰期共站受電端電壓幅位葉存220V7±％范圍內，在凌晨用電低谷期電壓幅值可達 220V±5％或更高。；一些基枯選址在舊廠礦、老城區居民點、臨時變壓器的新樓盤。農村和山區，由干線路陳舊、線徑細、線路長、三相不平衡等原因，造成欠壓或過壓，欠壓時為120－170V（220V－46％～220V－28％）；過壓時達 330～ 350V（220V＋50％～220V＋59％），小水電供電的基站表現為忽高忽低，常時電壓幅值為 120～350V（220V—46％～220V＋59％）。僅筆者負責運行維護的廣州GSM網絡，達到上述欠壓幅度的基站6個，達到上述過壓幅度的基站2個。地處山區的韶關、肇慶、梅州地區，共10八個基站受到小水電供電常時或瞬間過欠壓的影響。
縱觀全省，基站受電端電壓幅值超出額定電壓±7％范圍是普遍現象，當電壓超出高頻開關電源的輸入電壓范圍，高頻開關電源自動關機保護，依靠化學能轉化為電能（蓄電池放電）的方式對通信設備進行供電，電池容量耗盡前得不到交流電的供給將會導致通信中斷，電池長期累積欠充會縮短使用壽命。從市電供電質量對移動通信基站的影響，由此與者首次提出市電可用度（每24小時當中市電能正常使用的連續時間折合的百分比）的概念：
市電可用度e％=每24／h時市電能正常使用的連續時間（／小時）／24（／小時）×100％
2案例的調查與推斷
惠州地區1997年8月投入使用的24組 OLDHAM350AH蓄電池使用一年后，陸續發生容量下降的問題，經核對性放電試驗，下降到額定容量的30％－ 80％不等。
2.1情況介紹
①市電狀況
季節性停電每周1～3次，每次5～10小時不等，停電大多發生在白天。
24小時三相電壓波動檢測：
227～243V（以下假定為A相）
230～250V（以下假定為B相）
240～268V（以下假定為C相）
電壓波動規律，白天呈下限，夜間稍高，凌晨呈上限或更高。
②系統配置
高頻開關電源-48V、200A系統，20A模塊×10（只），VRLA蓄電池 350AHx 2（組）。
③高頻開關電源輸入特性
整流模塊過壓保護點為270V（220V＋22.7％）
整流模塊欠壓保護點為 170V（220V－22.7％）
整機過壓繼電保護點為263V（220V＋19.5％）
整機欠壓繼電保護點為 180V（220V－18％）
繼電保護恢復點187v，253V（220v±15％）；
換言之，高頻開關電源輸入電壓范圍為187－253V（220V±15％）。
④高頻開關電源浮充／均充功能設定值
20℃時浮充電壓54．48V（每平體 2．27V）符合蓄電池廠家推等值；
20℃時均充電壓57．5v（每學體2.40）符令蓄電池廠家推薦值；
充電限流值0.12C符合蓄電池廠家小于0．3C的要求
浮先轉均充的條件，每次放電15分鐘以上，來電時均充；
均充轉浮充的條件，電流值為 0.04C10A，符合蓄電治廠家推薦值0.02C10～0.05C10的要求，
（5）環境溫度
保持在23～25℃符合設勢要求。
2.2故障分析
蓄電池解剖鑒定結果：負極板不可逆轉的硫酸化。產生硫酸化的主要原因是存儲時間過長或電池積累欠充，查閱出廠記錄，該批電池從出廠到安裝使用不足半年，不存在儲存時間過長的問題；電池安裝完畢即與高頻開關電源組成浮充工作制，并在數天內對負載供電，不存在工程期間電池過放后不及時充電的問題。那么是什么原因導致了電池的累積欠充2我們先了解高頻開關電源的浮充——一均充控制方式和蓄電池的充電特性。
3高頻開關電源的浮充——均充控制方式
3.1充電限流
電池放電后，初期充電電流過大，產生的熱量可能會把板柵豎筋、匯流條、端子等熔斷；正極板活性物質PbO2顆粒之間的結合松馳、軟化、脫落，嚴重者會引發熱失控，使電池變形、開裂而失效，所以需要對充電電流值加以限定。
不同品牌的高頻開關電源充電限流設定方式；
①關機限流，需要限流時關掉模塊若干；
②有級設定，限制模塊的輸出電流可以在額定電流的1／3檔或2／3檔選擇；
③局部無級設定，可在模塊額定電流的 50Wb－100％段選擇限流點；
④無級設定，可在模塊額定電流的0％－100％段選擇限流點。
幾種限流設定方式其技術先進性次序為：④優于③優于②優于①。
3.2浮充轉均充的控制方式
不同品牌的高頻開關電源控制方式：
①以時間計算，蓄電池每次放電達到某一預設時間，來電后轉均充；
②以電流計算，來電后先對電池進行浮先充電，同時測量充電電流值，當超過某～預設值時轉均充；
③以容量計算，控制芯片自動計算電池每次放電的安時數，達到某預設值，來電后轉均交并準確地控制應充電的安時數。
上述三種控制方式其技術先進性次序為②化于③什于①。
3.3均充轉浮充的控制方式
與前者一樣，不同品牌的高頻開關電源亦有不同的方式；
①以電流計算，均充電流降到某預設值時結束均交；
②以容量計算，借助精密的計算，電池可均充到完全充電，從而大大地節省充電時間。
其技術先進件次序②優于①。
4蓄電池的充電特性
VRLA蓄電池盡管板柵合金種類不同，鉛膏添加劑稍有差別，充電特性都有眾多共性。
5分析
剖析上述案例，從表面數據看來，高頻開關電源的交流輸入電壓范圍達到信息產業部行業標準；高頻開關電源的參數設置符合廠家推薦值；機房環境溫度符合要求。故障原因自然就落在電網的供電質量指標上了。該批基站的市電引入指標無疑是達不到《設計規范》和《全國供用電規則》的規定，但在電力市場壟斷體制下，要在短期內改變這種狀況是不現實的。我們暫且撇開電網指標等不可控因素，尋求、挖掘自身的潛力，這就是本文的目的，如何提高市電可用度。
高頻開關電源繼電保護電壓來樣點定在常時電壓最高的C相，而該相電壓在用電低谷期亦水漲船高，長時間保持在260－270V，此時雖然電網在供電，有兩相電壓還在開關電源可允許的范圍內，但開關電源判別為“市電不可用”。于是關機保護，自動切斷各整流模塊的用電。也就是說，白天停電時蓄電池放電，夜晚來電后蓄電池得不到持續充電，遇上次日半天停電，就形成蓄電池欠交，連續發生多次，就形成蓄電池累積欠充。從高頻開關電源的參數設置所反映出來的深層含義是，由于該開關電源的硬件水平和軟件水平的制約，只能采用第2種充電方法。原設置值不盡合理，從完全放電后到安全充電需時35小時，也成為了電池欠交的原因之一。
處理方法：
①把開關電源的交流配電單元繼電保護來樣點改到B相，以減少開關電源的交流配電單元執行停電保護的次數。把所有整流模塊平衡分配到電壓較為正常的A、B兩相，把非通信電源的配套設備（如：空調等）分配到電壓偏高的C相，優先保障通信用電。
②縮短充電時間，把充電限流值從0.12C10改為0.25C10（全機架放開，不限流），把均充轉浮充的條件從0.0410改為0.02C10，鑒于界面的顯示和采樣較準確，均充到電池額定容量的98％再轉浮充。這樣，電油從完全放電到完全充電時間從原來的35小時縮短到16／小時，對有電可用度的要求從100％降低到67％。對于每天停電8小時的停電仍可保障電池的完全充電，如非事故停電，一般毋需出動移動油機供電。
6結論
提高移動通信基站市電可用度，一要提高市電的品質；二要降低設備對市電可用度的依賴；三要以化學能儲備去補償市電的缺憾，數者相合，相得益彰。具體措施有：
工程階段
①選擇一路供電質量指標更好的供電路由；
②選擇高頻開關電源應注意輸入特性指標，尤其是交流輸入電壓范圍，目前有些產品已達到380v±35％；
③應選擇數字化程度高、智能化程度高，有完善的蓄電池管理功能的高頻開關電源，以縮短充電時間和進行蓄電池自動定期放電檢測；
④小水電供電的基站和已安裝使用開關電源交流輸入電壓范圍較窄的，可在前端配置輔助設備——交流穩壓器。電子管型交流穩壓器及磁飽和交流穩壓器開機瞬間會產生持續時間長達1～2秒左右的瞬間高壓，故不適宜采用；交流凈化電源停電時會產生55Hz左右的自由衰減振蕩，同樣不適宜采用；KG型全自動補償式穩壓器交流輸入電壓范圍非常窄，也不適宜采用；參數穩壓器較理想，但效率不大于77％，成本也較高。
運行階段
①合理分配三相負載，合理選擇抽樣測試的相，以減少開關電源的交流配電單元執行停電保護的次數；
②如前文所述，選擇一種科學的充電方式，在不形成過充的前提下縮短蓄電池時間。
摘自《移動通信》2001.6
