提高移动通信基站市电可用度的措施
发表日期：2005-2-14
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汤泽文 方海鹰 中国联通广东分公司
[摘要]本文首先介绍了广东省范围内移动通信基站的币电供电情况，然后对惠州地区的某些基站蓄电池使用后出现的损坏情况进行了分析，找出了导致损坏的原因，提出了解决方法。
【关键词］移动基站；供电；蓄电池；故障
1移动通信基站供电概况
移动通信宏蜂窝基站由主设备BTS（基站收发信机）、BSC（基站管理器）、传输设备（光端机、微波机）、电源设备（高频开关电源、VRLA蓄电池组成的浮充供电系统）和环境类设备（环境监控系统、空调）等组成。本网主设备和辅属设备均采用-48V直流供电制，常时直流用电2kw左右；加上环境类设备，基站交流引入常时用电为4kw左右，蓄电池充电时最大用电可达10kw。虽说国家公众电信网属一级负荷和第一类供电，但由于基站数量多、地域分散、负荷小以及无人值守原因，不直采取1路高压输入、1路低压输入、1台备用固定发电机的交流引入方式。BTS站直采用1路市电+移动油机的供电方式；BSC站直采用2路市电+移动油机的供电方式。
广东地区第二类供电的基站约占50％，第三类供电的基站约占49％，小水电供电的基站约占 1％。1990年实施的《邮电通信电源设备安装设计规范》对四类供电方式的划分条件、供电时间有量化的要求，对供电质量指标和事故停电只有粗略的描述，无量化要求。
1983年修订的《全国供用电视则》第34条规定：用户受电端的电压变动幅度，10kV及以下高压供电和低压电力用户不超过额定电压的±7％。
事实上，供电局为了弥补输电线路的压降和损耗，通常是以额定电压提高 10％或以上作为输送电压值，在用电高峰期共站受电端电压幅位叶存220V7±％范围内，在凌晨用电低谷期电压幅值可达 220V±5％或更高。；一些基枯选址在旧厂矿、老城区居民点、临时变压器的新楼盘。农村和山区，由干线路陈旧、线径细、线路长、三相不平衡等原因，造成欠压或过压，欠压时为120－170V（220V－46％～220V－28％）；过压时达 330～ 350V（220V＋50％～220V＋59％），小水电供电的基站表现为忽高忽低，常时电压幅值为 120～350V（220V—46％～220V＋59％）。仅笔者负责运行维护的广州GSM网络，达到上述欠压幅度的基站6个，达到上述过压幅度的基站2个。地处山区的韶关、肇庆、梅州地区，共10八个基站受到小水电供电常时或瞬间过欠压的影响。
纵观全省，基站受电端电压幅值超出额定电压±7％范围是普遍现象，当电压超出高频开关电源的输入电压范围，高频开关电源自动关机保护，依靠化学能转化为电能（蓄电池放电）的方式对通信设备进行供电，电池容量耗尽前得不到交流电的供给将会导致通信中断，电池长期累积欠充会缩短使用寿命。从市电供电质量对移动通信基站的影响，由此与者首次提出市电可用度（每24小时当中市电能正常使用的连续时间折合的百分比）的概念：
市电可用度e％=每24／h时市电能正常使用的连续时间（／小时）／24（／小时）×100％
2案例的调查与推断
惠州地区1997年8月投入使用的24组 OLDHAM350AH蓄电池使用一年后，陆续发生容量下降的问题，经核对性放电试验，下降到额定容量的30％－ 80％不等。
2.1情况介绍
①市电状况
季节性停电每周1～3次，每次5～10小时不等，停电大多发生在白天。
24小时三相电压波动检测：
227～243V（以下假定为A相）
230～250V（以下假定为B相）
240～268V（以下假定为C相）
电压波动规律，白天呈下限，夜间稍高，凌晨呈上限或更高。
②系统配置
高频开关电源-48V、200A系统，20A模块×10（只），VRLA蓄电池 350AHx 2（组）。
③高频开关电源输入特性
整流模块过压保护点为270V（220V＋22.7％）
整流模块欠压保护点为 170V（220V－22.7％）
整机过压继电保护点为263V（220V＋19.5％）
整机欠压继电保护点为 180V（220V－18％）
继电保护恢复点187v，253V（220v±15％）；
换言之，高频开关电源输入电压范围为187－253V（220V±15％）。
④高频开关电源浮充／均充功能设定值
20℃时浮充电压54．48V（每平体 2．27V）符合蓄电池厂家推等值；
20℃时均充电压57．5v（每学体2.40）符令蓄电池厂家推荐值；
充电限流值0.12C符合蓄电池厂家小于0．3C的要求
浮先转均充的条件，每次放电15分钟以上，来电时均充；
均充转浮充的条件，电流值为 0.04C10A，符合蓄电治厂家推荐值0.02C10～0.05C10的要求，
（5）环境温度
保持在23～25℃符合设势要求。
2.2故障分析
蓄电池解剖鉴定结果：负极板不可逆转的硫酸化。产生硫酸化的主要原因是存储时间过长或电池积累欠充，查阅出厂记录，该批电池从出厂到安装使用不足半年，不存在储存时间过长的问题；电池安装完毕即与高频开关电源组成浮充工作制，并在数天内对负载供电，不存在工程期间电池过放后不及时充电的问题。那么是什么原因导致了电池的累积欠充2我们先了解高频开关电源的浮充——一均充控制方式和蓄电池的充电特性。
3高频开关电源的浮充——均充控制方式
3.1充电限流
电池放电后，初期充电电流过大，产生的热量可能会把板栅竖筋、汇流条、端子等熔断；正极板活性物质PbO2颗粒之间的结合松驰、软化、脱落，严重者会引发热失控，使电池变形、开裂而失效，所以需要对充电电流值加以限定。
不同品牌的高频开关电源充电限流设定方式；
①关机限流，需要限流时关掉模块若干；
②有级设定，限制模块的输出电流可以在额定电流的1／3档或2／3档选择；
③局部无级设定，可在模块额定电流的 50Wb－100％段选择限流点；
④无级设定，可在模块额定电流的0％－100％段选择限流点。
几种限流设定方式其技术先进性次序为：④优于③优于②优于①。
3.2浮充转均充的控制方式
不同品牌的高频开关电源控制方式：
①以时间计算，蓄电池每次放电达到某一预设时间，来电后转均充；
②以电流计算，来电后先对电池进行浮先充电，同时测量充电电流值，当超过某～预设值时转均充；
③以容量计算，控制芯片自动计算电池每次放电的安时数，达到某预设值，来电后转均交并准确地控制应充电的安时数。
上述三种控制方式其技术先进性次序为②化于③什于①。
3.3均充转浮充的控制方式
与前者一样，不同品牌的高频开关电源亦有不同的方式；
①以电流计算，均充电流降到某预设值时结束均交；
②以容量计算，借助精密的计算，电池可均充到完全充电，从而大大地节省充电时间。
其技术先进件次序②优于①。
4蓄电池的充电特性
VRLA蓄电池尽管板栅合金种类不同，铅膏添加剂稍有差别，充电特性都有众多共性。
5分析
剖析上述案例，从表面数据看来，高频开关电源的交流输入电压范围达到信息产业部行业标准；高频开关电源的参数设置符合厂家推荐值；机房环境温度符合要求。故障原因自然就落在电网的供电质量指标上了。该批基站的市电引入指标无疑是达不到《设计规范》和《全国供用电规则》的规定，但在电力市场垄断体制下，要在短期内改变这种状况是不现实的。我们暂且撇开电网指标等不可控因素，寻求、挖掘自身的潜力，这就是本文的目的，如何提高市电可用度。
高频开关电源继电保护电压来样点定在常时电压最高的C相，而该相电压在用电低谷期亦水涨船高，长时间保持在260－270V，此时虽然电网在供电，有两相电压还在开关电源可允许的范围内，但开关电源判别为“市电不可用”。于是关机保护，自动切断各整流模块的用电。也就是说，白天停电时蓄电池放电，夜晚来电后蓄电池得不到持续充电，遇上次日半天停电，就形成蓄电池欠交，连续发生多次，就形成蓄电池累积欠充。从高频开关电源的参数设置所反映出来的深层含义是，由于该开关电源的硬件水平和软件水平的制约，只能采用第2种充电方法。原设置值不尽合理，从完全放电后到安全充电需时35小时，也成为了电池欠交的原因之一。
处理方法：
①把开关电源的交流配电单元继电保护来样点改到B相，以减少开关电源的交流配电单元执行停电保护的次数。把所有整流模块平衡分配到电压较为正常的A、B两相，把非通信电源的配套设备（如：空调等）分配到电压偏高的C相，优先保障通信用电。
②缩短充电时间，把充电限流值从0.12C10改为0.25C10（全机架放开，不限流），把均充转浮充的条件从0.0410改为0.02C10，鉴于界面的显示和采样较准确，均充到电池额定容量的98％再转浮充。这样，电油从完全放电到完全充电时间从原来的35小时缩短到16／小时，对有电可用度的要求从100％降低到67％。对于每天停电8小时的停电仍可保障电池的完全充电，如非事故停电，一般毋需出动移动油机供电。
6结论
提高移动通信基站市电可用度，一要提高市电的品质；二要降低设备对市电可用度的依赖；三要以化学能储备去补偿市电的缺憾，数者相合，相得益彰。具体措施有：
工程阶段
①选择一路供电质量指标更好的供电路由；
②选择高频开关电源应注意输入特性指标，尤其是交流输入电压范围，目前有些产品已达到380v±35％；
③应选择数字化程度高、智能化程度高，有完善的蓄电池管理功能的高频开关电源，以缩短充电时间和进行蓄电池自动定期放电检测；
④小水电供电的基站和已安装使用开关电源交流输入电压范围较窄的，可在前端配置辅助设备——交流稳压器。电子管型交流稳压器及磁饱和交流稳压器开机瞬间会产生持续时间长达1～2秒左右的瞬间高压，故不适宜采用；交流净化电源停电时会产生55Hz左右的自由衰减振荡，同样不适宜采用；KG型全自动补偿式稳压器交流输入电压范围非常窄，也不适宜采用；参数稳压器较理想，但效率不大于77％，成本也较高。
运行阶段
①合理分配三相负载，合理选择抽样测试的相，以减少开关电源的交流配电单元执行停电保护的次数；
②如前文所述，选择一种科学的充电方式，在不形成过充的前提下缩短蓄电池时间。
摘自《移动通信》2001.6
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