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电源系统
不同直流供电系统对比
——-48V基站用电设备利用+24V转-48V供电与-48V直接供电优劣对比
摘要:
在惠州的华为基站电源系统中,有“+24V转-48V”和“-48V”两种,这是由于基站主设备所需电源不同、工程施工、投资控制等综合因素导致的,这种情况在广东公司普遍存在。
在维护中,我们发现两种电源系统下,华为基站的退服情况不尽相同,甚至差别很大,就此,我们展开细致研究,分析问题所在。
关键词:
基站电源、+24V、-48V
一、问题背景:
目前惠州GSM无线基站设备是爱立信与华为两个厂家,从设备用电供电方面的不同来看,其中早期爱立信RBS2202设备均是使用+24V电源系统供电,后期RBS2202、RBS2206设备及华为BTS3012设备基站均是-48V电源系统供电。
华为主要分布在博罗、龙门及惠东,其中龙门、博罗区域是最早在2006年底至2007年由原来的爱立信RBS2202替换成华为BTS3012设备的,由于当时惠州是在广东最早上华为基站设备的区域,在当时的替换过程中只是更换主设备,电源供电系统及其他是配套均未更换,只是在原有+24V电源系统的基础上增加一套+24V转-48VDC/DC转换系统来给设备供电,而从2008年开始在惠城区部分区域及惠东的替换工程中,同时也把+24V电源系统更换为-48V电源系统。
从惠州目前网络设备故障来看,华为设备的故障明显多于爱立信的,特别是小区退服率和设备故障率;而且在博罗与惠东的网络规模在基本相同的情况下,博罗区域的小区的退服率、设备故障率均比惠东区域的高。
而两区域比较明显的区别主要是供电方面:
博罗BTS3012设备使用“+24转-48V”电源系统远多于惠东。
二、两种供电电源系统的不同:
1、系统供电结构不同:
两种供电方式最终的输出均是-48V,但在实现的过程中,存在很大的差异,如下图。
方式一:
此方式的电源系统主要由三部分组成:
+24V电源系统、DC/DC+24V转-48V逆变系统和24V蓄电池组,其中基础电源是+24V系统,再经过DC/DC逆变系统输出-48V,最后给基站设备供电。
各部分参数:
输入电压范围
输出电压范围
效率
+24V电源
187--264Vac
20--30Vdc
η≥92%
DC/DC
19--27Vdc
-52~-56Vdc
η≥85%
-24V电池组
20--30Vdc
18--27Vdc
η≥100%
方式二:
此方式的电源系统主要由两部分组成:
-48V电源系统和48V蓄电池组直接是-48V电源系统输出,然后给基站设备供电。
各部分参数:
输入电压范围
输出电压范围
效率
-48V电源
187--264Vac
43--59Vdc
η≥90%
-48V电池组
43--59Vdc
36--54Vdc
η≥100%
2、安装方式配置不同
在安装方式方面,两种供电系统主要有两方面不同:
◆电源系统的工作接地不同
电源系统设备的接地有两部分:
工作接地和保护接地
方式一:
基础电源系统是+24V系统,其工作接地是负极接地,DC/DC转系统只有保护接地;
方式二:
-48V电源系统的工作接地是正极极接地。
◆配置电池单体数量不同
方式一:
基础电源系统+24V,蓄电池组由12个2V单体串联组成;
方式二:
-48V电源系统,蓄电池组由24个2V单体串联组成。
在基站设备配置相同的情况下(即负载功率一定),由于-48V比+24V电源系统的输出电压绝对值(U)大一倍,在功率(P)一定的情况下,-48V电源系统输出电流(I)比-24V系统的小一倍。
因此在负载功率相同的情况下,-48V电源系统的电池续航能力比+24V系统长2倍。
+24V电源系统安装接线图:
-48V电源系统安装接线图:
三、两种供电方式的优缺点
根据两种方式的供电结构组成和安装配置的不同,从基站设备运行可用性、稳定性、安全性性等方面考虑,对其两种方式的供电的优缺点进行总结。
方式一:
优点:
●PSC48150/25DC/DC电源系统将±24V直流变成-48V直流,解决在24V供电环境下机站设备对-48V的电源需求问题。
●投入成本低、安装空间小。
缺点:
●DC/DC系统本身损耗大,效率在满负荷时在85%,自身损耗15%。
●电池后备时间短:
+24V电源系统,在电池可提供的功率上已经少了一半,因此在停电后,低压、发电机率高,电池被完全放完的机率就高。
●在原有系统中增加DC/DC转换器,也增加了系统节点,系统故障率随着增加。
方式二:
优点:
●提高安全可靠性:
相同基站设备配置下,后备时间长、没有DC/DC系统减少了损耗(效率高);
●减少压降:
由于输出电压高,因此在负载一定的情况下,线路损耗电压低,适合远距离的供电布线;
●正极接地,防止了电池电极的腐蚀:
缺点:
●机房内直流供电电压单一只有-48V,如有24V设备需另加小型的逆变器,因此机房内的直流设备必须在设计时,配置好48V电源模块。
●投资成本高、电池安装空间大。
四、两种供电方式对基站设备影响实验测试:
通过测试发现两种电源系统在停电状态下的不同表现,对两种电源系统分别在“二次下电”开启与关闭情况下进行模拟“停电-放电-倒站-电池耗尽-重启”这一过程,检验两种系统在小区退服方面的不同表现。
(一)试验:
+24V转-48V电源系统
●维护开关打到正常状态:
系统电压下降到22.2V时,+24V电源系统一次下电动作,断开对DC/DC的输入,此时DC/DC输出断开无输出,基站设备断电退服,市电恢复直到电池电压到24V时,+24V系统输出正常,基站设备供电正常。
●维护开关打到维修状态:
+24电源系统下电功能的被屏蔽,直到电池电压下降19V时,由于DC/DC转换的电压输入范围是19V—27V,低于19V时,转换模块不工作,输出断开基站退服,接着基站马上重启,因为在基站退服后,负载电流会急降,同时电池的电压会升起到21V左右,导致DC/DC转换系统重启,输出正常,各小区慢慢开启,同时负载电流增大,系统电压也开始下降,到小区全部恢复后,系统电压也下降到19V以下,设备又退服,如此反复,导致小区频繁退服。
标注1:
二次下电功能有效,开关打到正常状态;
标注2:
电池电压为22.1V时,一次下电,DC/DC关闭,小区退服;一小时后电压升高为24V,DC/DC开启,小区开启;十分钟后,电池电压再次降为22.1V,一次下电,DC/DC关闭,小区再次退服;等待约30分钟后,电压无法达到22.1V;
标注3:
对电池充电,DC/DC开启,小区开启,关闭二次下电功能后断开市电;
标注4:
当电池电压降到19V时(DC/DC的最小额定开启电压),DC/DC关闭,小区退服;十分钟后电压升高,DC/DC启动,小区重启;很快,电压降到19V,DC/DC关闭,小区再退服;该过程不断反复;30分钟小区反复退服9次。
随着电量减小,反复退服的间隔将缩短。
小结:
二次下电关闭情况下,电池电压在19V上下反复时会引起DC/DC反复重启,从而导致小区反复重启;
(二)试验:
-48V电源系统
●维护开关打到正常状态:
系统电压下降到45V时,电源系统一次下电动作,断开输入,基站设备断电退服,市电恢复直到电池电压到50V时,系统输出正常,基站设备供电正常。
●维护开关打到维修状态:
电源系统下电功能的被屏蔽,直到电池电压下降36V左右时,由于此时电源系统无法提供足够的功率给设备运行,因此各小区期全部退服,但未断电,期间重启了1次,之后由于电压过低,无法满足设备的要求,设备无法开启。
标注1:
二次下电功能开启,开关打到正常状态;
标注2:
电池电压为45V时,一次下电,小区退服,等待约1小时后没有出现重启;
标注3:
对电池充电,小区重启后关闭二次下电功能,断开市电;
标注4:
电池电压为35V时,小区退服,后来没有重启;
小结:
由于-48V电源的开启电压最低为-47V,电池放电状态下较难达到,因此一般不会引起小区反复重启。
(三)试验现象总结
◆二次下电开启时,电池电压为降至一次下电电压时,基站设备下电,稍后电压会恢复升高,直至设备重启,随后再次下降,一次下电,小区再次退服;该过程会重启1-2次;
◆二次下电关闭时,电池电压会持续下降至DC/DC设备的最低额定电压(19V),DC/DC关闭,基站退服;很快电压升高至19V,DC/DC重启,小区重启,该过程会重复1-3小时不等,造成小区频繁退服;
◆二次下电开启时,电池电压降至45V时,一次下电,小区退服1次,由于该类电源柜的最低重启电压为47V,因此电池电压很难回升至该高度,小区较难重启。
◆二次下电关闭时,电池电压会一直降至35V时,设备下电,小区退服,由于此时电池不能回升电压至47V,因此小区无法重启;
五、总结:
通过以上的对比叙述和现场对其的测试实验,“+24V转-48V电源系统”相比“-48V电源系统”,由于其“DC/DC转换”的存在、电池容量配置小等原因对基站设备运行的稳定性影响较大,特别是容易造成小区频繁退服的问题,特别是在电池耗尽时,操作不当或者停电较多,该情况会更为明显;
◆“DC/DC转换”耗能较多,一个会消耗约15%的能量;
◆在增加“+24转-48电源系统”的”DC/DC转换“时,电池没有改变,使得本身的续航时长不增反减;在电池可提供的功率上已经少了半,因此站点在停电后,低压、发电机率高,电池被完全放完的机率就高,而小区频繁的退服均是发生在电池放电的最后,不管是传输设备下电还是基站设备下电都均是在这个时候,特别是二次下电功能被屏蔽的情况下,电池容量耗尽,更容易引起DC/DC的反复重启,造成很多的频繁小区退服。
以上两点使该类电源系统的站点续航能力差,电池耗尽较为普遍,对我们的日常维护、防汛应急保障非常不利,同时造成该类站点的运行不稳定对各项网络指标的影响较大。
作者简介:
古伟泉:
惠州分公司网络优化中心无线室
王锡标:
惠州分公司网络优化中心无线室
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