核心網電源配套設施能力提升方案的分析

郝濱海

（中國移動通信集團內蒙古有限公司包頭分公司，內蒙古 包頭 014010）

根據5G網絡建設的要求，5G核心網、SPN傳輸網、骨干網CDN設備，大容量數據承載網、光傳送網OTN等設備的擴容安裝，增加了局房設備的用電需求，核心機樓能耗需求持續增加，電源配套設備容量出現不足，通信電源系統需要新建和擴容。在介紹方案前，先回顧一下通信電源系統的情況。

一、通信電源系統介紹

核心網設備安裝在通信樞紐樓，通信樞紐樓通信電源系統一般由交流供電系統、直流供電系統組成。交流供電系統由高壓配電設備、變壓器、油機發電機組、UPS（不間斷電源系統）和低壓配電設備組成。交流供電系統有三種交流電源：變壓器供給的市電、油機發電機組供給的后備交流電、UPS供給的后備交流電。直流供電系統由高頻開關電源（AC/DC變換器）、蓄電池、DC/DC變換器和直流配電屏等部分組成。

交流供電系統概況，重要通信樞紐樓一般由兩個變電站引入兩路高壓電源，采用專線引入，一路主用，一路備用，經過變壓器轉變為380伏三相低壓交流電源，配置自備油機發電機，在市電故障時提供后備電源。一般的局站機房，引入一路市電，配置1臺或2臺油機發電機組作為備用。在市電正常的條件下，通信設備由市電供電，當市電中斷時，由油機提供各保證負荷的交流供應。需要不間斷、無瞬變交流電的重要負荷由UPS供電，市電正常時，市電和逆變器并聯給通信設備提供交流電源。同時，整流器也給蓄電池充電，蓄電池處于并聯浮充狀態。當市電中斷時，蓄電池通過逆變器給通信設備提供交流電源。

從上面關于通信電源系統的簡要分析來看，核心網機房電源配套設施能力提升主要從下面幾個方面實施：核心網低壓配電系統的部署，啟用新機房新增基礎配套設施，直流電源系統的新建和擴容，對超期服役、設備老化、故障頻發、能耗增加的電池、空調等配套設備進行更新改造。下面從這幾個方面進行分析和說明。

二、低壓配電系統的部署

結合我公司第二樞紐樓三層機房啟用的事例進行分析和說明。二樞紐樓于2013年開始使用，一樓是高低壓機房，二樓機房包括電力室、交換機房、傳輸機房、數據交換中心IDC機房，經歷了3G和4G網的運行發展時期，現在機房配置已滿，低壓配電系統，輸出開關不足，無法滿足新建設備的用電需求，啟用三樓綜合機房，進行配電設備的新建擴容。具體實施步驟為：

1.電力室機房電力環境設施的改造

1.1 在地板磚上面敷設一層防靜電地板膠，保證設備運行安全。

1.2 動力機房照明改造，照度按照400lx設計，光源采用T5三基色熒光燈，雙管底座，例如：機房面積350平方米，設計安裝數量為55套。

1.3 新建設備接地通過電纜接入室內接地母線，實現設備等電位連接。

1.4 安裝電力室走線架，核心機房電力電纜數量多，線徑粗，重量大，嚴重考驗走線架的承載能力，在安裝走線架應特別加固。要求其吊掛支撐點盡量布置在建筑橫梁或頂板實體上（在不影響設備布置和維護通道時，甚至可以采用下支撐方式），間隔控制在1.2米左右，型材厚度2.5mm，走線架接頭的扣件和吊掛接頭的三角板等配件及吊掛的螺栓必須按規定足額安裝，并保證全部受力。

2.電力室新增樓層配電屏

為保證整個樓層電力室、交換機房、傳輸機房、數據交換中心IDC機房的用電需求，減少后期反復替換以及改造，電力機房新增設置5架1250A樓層配電屏，主備兩路進線，由低壓配電室2段低壓母線供電，可以滿足現在和今后的用電需求。從三樓電力室到一樓高低壓室連接安裝密集型母線槽（三相四線制）。

電力電纜外皮顏色選擇：交流電纜外護套宜為黑色，內絕緣層分別為A相黃色、B相綠色、C相紅色、中性線淺藍色；-48V直流電纜，正極電源線宜采用紅色，負極電源線宜采用淺藍色，工作地電源線宜采用黑色；保護接地電纜宜采用黃綠色。

施工完成后，樞紐樓的管道井、電纜井應在每層樓板處用耐火極限的不燃燒體做防火分隔，樓板或墻上的預留孔洞用耐火不燃燒材料做好封堵。

3.動環監控系統的配置

對IDC 機房、交換機房、傳輸機房、電力室新增視頻監控系統，實現機房環境、消防聯動等智能監控，新建的電源設備、空調設備等動力配套設備都采用智能設備，均按要求接入動環監控系統之中。

4.綜合機房基礎配套設施方案

交換機房、數據交換中心IDC機房、傳輸機房在使用前需要進行基礎配套設施改造，包括：機房地面進行防靜電環氧地坪漆處理；機房內安裝的防靜電地板的規格為600mmх600mmх35mm，架空高度為500mm，面層燃燒性能等級為A；導電地網采用銅箔，銅箔厚度應不小于0.2mm，寬度30mm，鋪設方法縱橫組成，600*600 網格并與豎井地網在不同2點相連形成可靠接地；地板下方鋪設厚度為20mm的保溫層；機柜的正面與正面之間鋪設可調節的通風地板，其余部分鋪設普通防靜電地板。

機房進行照明改造，主機房照度按照500lx （lx是照度單位，射到物體表面的光通量與物體表面積的比值）設計，光源采用T5三基色熒光燈，雙管底座。

機房內走線架和尾纖槽一次性布置完成，新增水平走線架設置單層和雙層，寬度均為800mm，材質為鋁合金。為保證走線架的支撐力度，走線架垂直吊掛件間距為1m，走線架均需要可靠接地。機房內布置尾纖槽采用240mm 型號。環網銅排安裝在底層走線架下方，為了安全可靠接地，環網銅排需從2個不同的接地點位與地網連接，環網銅排銅排尺寸為40mmх4mm。

5.數據交換中心IDC機房配套電源設備配置情況

IDC機房300平方米，新增交流列頭柜4 架，配置均為：輸入配置2 路250A 熔斷器；新增 56 架標準機柜，112 個PDU（電源分配單元或電源分配器插座端子）。

數據交換設備計算量大，功耗發熱量大，新增新增2套封閉冷通道組件和3臺100KW機房專用空調（下送風式）。

6.UPS 系統建設

動力機房設置1套“2N”UPS系統，共配置2臺400kVA主機。根據實際需求，配置2組480V/1500W 蓄電池組，蓄電池組后備時間按滿足UPS放電30分鐘考慮配置。

UPS電源系統蓄電池組后備時間是指一套UPS電源系統中每個UPS單機最大允許負載時所需配置的蓄電池組應滿足的后備時間要求。2N雙總線UPS電源系統是指每套UPS系統的負載率不應超過額定容量的45%，當其中1套UPS系統退出時，另外1套UPS系統的最大負載率不應超過額定容量的90%。

7.空調建設方案

IDC 機房、交換機房、傳輸機房、電力室機房專用空調的配置主要是根據機房機房設備的數量、發熱量以及機房制冷量需求來設計的，標準工況下能效比（ERR）≥3.0；標準工況下顯熱比≥0.9；要求標準工況下冷風比＜4.5。

根據實際設備的配置數量，數據交換中心IDC機房配置3臺100KW 風冷型專用空調（下送風），動力機房配置1臺80KW風冷型專用空調（上送風），傳輸機房配置2臺80KW風冷型專用空調（下送風）。

低壓配電系統部署完成后，根據新增直流負荷的情況進行直流電源系統地新建和擴容工作。

三、直流電源系統的新建和擴容

結合公司5G核心網、傳輸、數據等專業對局房增加設備的用電需求，以二樞紐樓核心機房為例，電源配套設備容量滿足至2022年年底前的用電需求，來介紹和分析如何配置直流電源系統設備。

考慮以下幾個方面：

一是原有直流供電系統不能滿足需要，需要新建直流開關電源系統；

二是新增5G核心網設備需要的直流引電端子，按設備需求配置新增直流列頭柜；

三是根據交換機房新增設備的數量，其中包括直流電源設備，需要考慮替換或新增專用空調。

1.新配置直流開關電源

在需求期限內，根據核心網新增設備的用電量測算，例如：新增直流負荷24kW，直流電源采用-48伏電源，電流約495.00安培。

核心網專業在2樓交換機房新增直流負荷495.00A，按照核心網專業要求：核心網設備分為2列安裝，2列的列頭柜必須從不同的開關電源引電，新增列頭柜分別從2樓動力機房原1號開關電源系統和2樓交換機房新增的2號開關電源系統引電，預計原有1號系統利用率60.71%，新增2號系統利用率34.50%。（見表1）

表1 直流電源配置和系統利用率情況

根據上述分析，新增1套2000A直流開關電源系統，能夠滿足到2022年年底新增直流負荷需求。

2.安裝直流列頭柜

配置2個直流輸出屏，新增直流列頭柜2架，配置均為：輸入配置2 路500A熔斷器，輸出A、B路，各配置10 路100A熔斷器、24 路63A熔斷器和6 路32A熔斷器。為便于新增數據設備、交換設備、傳輸設備引接電源方便，直流列頭柜和開關電源和安裝在交換機房。

3.新配置蓄電池組

預計新增開關電源系統后期負載為1000A，電池按照60%的放電效率來計，配置2組2000Ah的蓄電池，后備時間可達到2.4小時，完全滿足核心網后備時間0.5個小時的要求。蓄電池組安裝在電力機房，用240mm2電力電纜與直流開關電源連接，每組蓄電池采用2正2負的連接方式。

4.配置機房專用空調

按照機房新增設備的數量和功耗，以及機房制冷量需求，在二樓交換機房新增2臺80KW專用空調。

以上直流電源系統擴容是滿足到2022年底的用電需求，根據未來3年的規劃，電源需求還會繼續增加，再新增直流設備就要安裝到新啟用的3樓機房了。新增電源設備的需求，可以還按照上面的方法進行分析和規劃。

5.動環監控

動力和環境監控是網絡維護的重要維護手段，新建的電源設備、空調設備、以及機房都要安裝動環監控系統，新增的動力配套設備都采用智能設備，均接入動環監控系統中。所有配置的監控設備都接入集中監控中心，進行統一管理和維護。

四、核心網配套電源設備的更新改造

現在的核心網綜合機房運行時間大都在十多年以上了，電源等動力配套開始出現超期服役、設備老化、故障頻發、能耗增加等問題，為解決這些問題隱患，保障網絡穩定運行，需要對這些配套電源設備進行更新改造。

本著動力配套使用周期最大化和生產節約原則，對現網運行的電源設備進行核實和篩選，根據電源設備維護規程，制定更新改造原則：

1.完成容量不足老舊蓄電池的替換

全浮充供電方式的48V系統2V閥控式密封蓄電池，使用8年以上或容量低于80%額定容量，后備放電時間不足30分鐘的，統一進行更換。全浮充供電方式的6V、12V閥控式密封蓄電池，使用6年以上或容量低于80%額定容量的，統一進行更換。

2.不間斷電源UPS超期服役的替換

2.1 運行10年以上，設備性能下降、故障率較高，市電停電切換存在隱患的UPS；

2.2 已超過報廢年限、性能嚴重下降、故障率高、廠家已不再提供備品備件和服務、不能維修的UPS進行更換。

3.核心機房制冷不足且超期服役的機房專用空調的替換

對于風冷專用空調運行時長大于8年，機房普通空調運行大于6年且無法維修和維修費用較高，不能滿足機房制冷需求的空調進行更換，保證機房內不出現溫度紅色預警區域。

4.開關電源的替換

對于運行時長超過12年，機柜老化，設備性能下降、設備內部壓降過高發熱導致故障率高、無備品備件的開關電源，統一進行更換。

對于新替換設備的要求，一是要符合規范性，嚴格遵循相關技術規范和業務規范要求；二是要選擇較為成熟的技術，對技術的可靠性及投資回報進行充分評估；三是要對現網進行的配套設備改造優先選擇具有節能技術的產品和方案；四是要對系統預留一定容量，能夠保證各業務的持續發展。

以上是對核心網電源配套設施能力提升方案的分析和說明，希望能夠對大家的工作有所幫助。