通信基站电源系统的分析及维护

摘要：本文从通信基站电源系统的分析，了解其构成入手，深入分析基站电源维护现状，并提出提升通信基站的维护效率及提高通信网络质量的办法。

关键词：通信基站电源系统、整流，交、直流配电与监控设备、市电引入

近几年，在电话网、移动网、互联网高速发展的带动下通信基站电源（含动力设备及环境监控系统）的产品品种、规格、系列、质量及产品新技术的采用，导致了基站电源系统复杂化，随着3G业务在各大运营商中实现商用，通信基站的数量又有了非常大的增涨，分布范围较几年前也产生了明显的扩大，同时基站中的设备种类和数量也有了很大的增加。

这些给广大通信基站维护的从业人员造成了很大的压力，从各专业维护工作量在总维护量中的占比来分析，其中电源专业设备故障引发的相关维护工作量约占六成以上，寻找基站电源系统故障发生的规律，寻求快速有效的故障解决办法，提升通信基站的维护效率，提高通信网络质量已成为各大运营商运维部门和通信服务企业亟待解决的问题。

一、通信基站电源系统的组成

目前通信行业移动基站（以下简称基站）中的主设备大多依靠直流不间断供电系统（UPS）提供能源保障。供电系统由整流，交、直流配电与监控设备、组合式开关电源和铅酸蓄电池组组成，业界主流的额定供电电压等级为-48V。系统设计时会根据负载的容量、市电可用度、保障时间、基站的重要程度综合考量开关电源和配套蓄电池组的容量。已经要做好维护工作，必须了解这些相关电源设备

（一） 整流，交、直流配电与监控设备

整流，交、直流配电与监控设备是局站电源系统的核心部分，担负着将交流电转换成通信设备基础电压所需的直流不间断电源。而且都能做到高稳定、高可靠、高智能化与扩容方便。

这种大容量电源系统的整流架上可安装监控模块，其最重要的特点之一是按国内运营商要求设计，可实现三级监控，能收集、处理、上送配电、模块等监控板数据，还能根据电源系统当前数据对蓄电池进行智能化管理，有温度补偿、充电电流限制、电池容量计算、在线电池测试等功能，也能通过后台实现“三遥” 功能。与整流架配套的交流配电柜、直流低阻配电柜也很有特色，都经过智能化设计，自带CPU和智能接口，前者可检测交流电压、电流、频率、防雷器状态等参数，后者可检测直流电压、负载及蓄电池电流、熔丝状态等参数，两种机柜分别有输入过欠压、频率异常、防雷器故障或输入过欠压、充电过流、熔丝断等声光告警。

（二）UPS

我国各类通信网装备的程控化以及网络管理、运营维护、计费等大幅度应用计算机，加之数据通信与互联网的大面积普及，对UPS类产品提出了许多特殊要求，新一代国产UPS就是在这种背景下产生和得到发展，成为通信电源的一种重要产品。国内已可生产出质量高、品种与规格齐全的UPS产品，单机容量可涵盖，回顾20世纪80年代中UPS品种单一，功率小，不间断供电时间短，可靠性差的情况已不可同日而语。

目前国内UPS产品都具有优良的防雷装置和防浪涌冲击与EMC性能。有高强的网络管理功能，提供RS232、RS485、Modem、SNMP网卡等多种接口，监控软件具备电源事件记录和分析功能，支持TCP/IP协议，可灵活组网，可通过Internet或Intranet实现远程监控。操作简单“一键开机”，操作维护具有友好人机界面，全中文大屏幕显示，可查询各项电气参数、UPS功能设置、电源事件告警提示和故障定位。UPS系统具备自诊断、自保护功能，当市电出现故障或电池即将用尽时可通过监控软件自动存储用户计算机数据、笆蓖出操作系统，安全关闭计算机和服务器。

（三）阀控式密封铅酸蓄电池

众所周知，蓄电池在通信局站电源系统中具有举足轻重、不可替代的地位，全国范围内的使用量属海量级，蓄电池的质量，充放电效率和耐久性（寿命）直接影响网络畅通与高效运行，具有重要的经济意义。蓄电池经历了固定型防酸铅蓄电池、早期阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）和近年新一代阀控蓄电池三个阶段。

目前市场上常见的阀控蓄电池，由于采用特种铅钙合金作板栅，或铅钙锡铝四元合金板栅，具有较强耐腐蚀、抗伸延性能，同时提高了负极析氢过电位，在充电后期有效抑制氢气析出，保持电解液水份不被分解，另通过超细玻璃纤维作隔板，利用气体再化合技术，实现内部氧的循环复合，再加上端头柱用多层特殊密封，确保了密封与无泄漏，在整个寿命期间无须定期补水或补酸等维护。

蓄电池的安全性有明显改进与提高，安全阀能自动调节内压，内置的滤酸片具有阻液和防爆功能，加之安全阀、滤酸片、密封圈、密封套、隔板、密封胶等关键零部件与材料全部采用优质件，保证了电池的安全、可靠使用。从运行现场见到，目前国产阀控蓄电池已可自由安装，不要求蓄电池单体端头柱非得冲上不可，面对维护人员侧置也可，一组蓄电池靠墙侧立，大幅度地减少占用机房面积，为电池组进机房以最短馈电连接至通信设备的分散供电创造了条件。

（四）组合式开关电源

组合式开关电源是一种电压转换电路，主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态，所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点，缺点是功率相对较小，而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路，能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路，变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。

二、基站电源系统维护的现状

近年来通信高频开关电源的技术已非常成熟，主流厂家的设备在功能、技术指标和可靠性方面都取得了非常大的进步，在环境的适应性、节能、可维护性、智能化、数字化方面有了显着的提高。基站用的组合式开关电源的使用越来越简单，需要维护和调整的项目越来越少，维护人员在现场往往只是看看参数，量量电压，似乎觉得没没什么可做的。但是基站电源系统的故障发生频率并没有随着开关电源质量的提升而减少，故障维修所需要的技能也并没有随着设备的智能化和可维护性的提高而相应降低。反而有相当数量的电源系统故障需要维护人员有更加扎实的基本技术和丰富的经验才能顺利完整维护任务。

三、基站电源系统的特点

（一） 基站数量巨大，分布范围极广

电信重组使主要运营商相继成为全业务运营商，重组后的三家运营商在3G网络建设上投入巨资。据统计，截至2010年4月，三大运营商的基站数量分别约为：中国移动55万个，中国联通40万个；中国电信30万个（数据来源于中国通信网）。通信行业的基站数量超过120万个，如此庞大的网络规模分布在广阔的土地上，使基站设备的维护面临空前的压力。

（二）基站环境恶劣，交流供电复杂

网络的全覆盖是各大运营商竞争的焦点，运来越多的基站建在偏远的郊外、公路的两侧、高山的顶上，有些基站使用农电、小水电或是借用矿山的工业用电，经常出现电压异常波动、停电等故障，使得基站的供电容量和供电质量都无法保证，市电的可用度非常低，给基站设备的维护造成了很大的困难。

（三）铁塔居高临下，雷击灾害频发

高山、野外基站的大量建设，使得雷击灾害造成的基站通信事故频发。铁塔一般都是基站附近位置最高的建筑物，并且铁塔具有良好的电荷输送本领，所以在雷云形成的过程中，铁塔顶端的电场畸变最严重，铁塔最容易引雷。强大的雷电流通过铁塔流入地下，在铁塔周围形成巨大的电磁场，感应出的过电压通过各种途径耦合到设备端，基站交流供电线路、射频引线、3G 的塔放电源线、光缆的加强筋等都是感应过电压的入侵渠道。同时雷电流释放形成的地电位抬高而进行的反击放电也是基站设备遭受雷击损坏的主要原因之一。

四、 基站电源系统维护

以下我们将分别从市电引入、防雷系统、开关电源主机、蓄电池、环境与监控系统五个方面来提供一些维护建议，希望能对广大基站维护人员有所启发和帮助。

（一）市电引入

基站建设尽量考虑专线引入，避免在路由中加入漏电保护开关，如低压引入距离较长则建议架设基站专用变压器。对于市电故障频发的基站，应当果断进行市电整改，这是所有基站电源系统维护的前提。基站市电引入若与矿山、工厂共用线路则在维护中需要关注供电线路中操作过电压和电压异常波动的情况。曾经发生过由于采石场电锯的启动造成基站SPD和开关电源设备的频繁故障。维护中若发现基站平时市电情况良好，但前级设备经常不明原因的损坏，维护人员需要检查用电环境的影响，这点在我们目前的维护中做得还不够。

市电的零线必须保证可靠接入，相当一部分基站的市电故障是由零线的故障引起的。架空线路和引入铜电缆之间的连接必须使用专用接头压接，并做好防腐处理，这样可以防止接头长期在户外遭腐蚀形成零线虚接，避免零线接触不良影响基站供电安全。

交流配电箱要定期检查，防止接头松动，要定期检测基站交流负载电流，核对输入开关整定值的设置是否合理。

（二）防雷系统

基站是最容易遭受雷击侵害的通信网元，基站的防雷一直是通信行业雷电防护的重点和难点。由于基站的特点，直击雷对基站设备的损害极少，我们进行雷电防护的重点是防感应雷。雷击过程中，雷电过电压经过各种途径耦合到设备端，设备端口和线路间存在的雷电过电压超过设备的耐受水平，就会造成设备损坏。在基站的设计过程中会充分考虑雷电防护的需求，我们在后期维护中需要关注基站的防雷效果。若发现基站频繁遭受雷击损坏，需要请有资质的单位进行勘查和检测，提出针对性的解决方案，进行整改。防雷是系统工程，光靠SPD或是降低接地电阻是解决不了问题的。

维护人员需要按照维护规程定期测量接地电阻，目前的行业标准中对接地电阻的要求已放宽，事实证明一味降低接地电阻对提升基站防雷效果没有直接的帮助。

维护人员要定期检查等电位连结的规范性和可靠性，这点非常重要，却经常被忽视。另外基站维护中经常发生SPD烧毁造成严重的通信事故，维护中需要检查定期SPD的状态，有条件的话要用仪表定期检测SPD模块的性能，发现异常立即更换。

（三）开关电源

开关电源是整个基站供电系统的核心，通行行业入网的开关电源都具有很高的可靠度（MTBF），但是和网络安全息息相关的系统可用度，我们在维护中要同时关注系统的可靠性和系统的可修复性，努力降低系统的修复时间。开关电源的故障与市电质量、线路过电压、机房环境以及产品本身的质量都有很大的关系。日常维护中建议定期对基站电源进行检测，包括功能检查和性能检测，每年定期对风冷模块进行除尘处理，有效的日常维护可以大大降低电源设备的故障率。中达电通可以为客户提供类似的检测和保养服务。

抢修队伍要严格进行技术培训和考核认证，避免在抢修中造成二次故障和人身伤害。可以依托厂家建立24小时应急抢修联动机制，在专业厂家的指导下合理安排备件库存，制定严谨的故障（事故）应急预案做到科学管理。

开关电源是最容易遭受雷击的设备，3G基站要在原先防雷的基础上做好上塔电源线的防护。

2008年以来，电源厂家针对基站电源开发出了效能管理功能，值得注意的是这项功能的设计必须保证在任何状况下至少有两个模块在正常输出。中达电通在开关电源的效能管理软件上已做了此项设计，用户可以放心使用。

（四）蓄电池

蓄电池是基站电源系统的最后一道防线，其重要性不言而喻，但是基站蓄电池组的维护却一直是行业中的最大难题之一。蓄电池的维护以日常的检测和预测性维修为主。具体来说是对蓄电池组进行定期的核对性放电测试和容量测试，再根据测试的结果对蓄电池进行更换和维修处理。

蓄电池的健康状况与机房环境、开关电源的电池管理功能、市电可用度、蓄电池本身质量都有很大关系，维护中应同时关注上述环节。

蓄电池的使用中要严格防止过充和充电不足，对于有均充需求品牌的电池要按说明书的要求准确设置均充参数。

基站电源系统大多有二次下电的负载管理功能，应当结合基站传输复载的重要性、市电可用度、蓄电池组容量和次要负载容量来统筹考虑二次下电跳脱电压的数值，不建议全网按同一标准设置。

环境温度对蓄电池性能和寿命的影响举足轻重。由于基站的市电状况不好，往往在夏季用电高峰，市电电压不稳定造成空调无法正常运行，使得机房温度严重超标，环境温度升高10度，又不对充电电压进行调整，其电池使用寿命将缩短一半。所以，我们需要对充电电压设定温度补偿，以避免高温下的过充和低温下的欠充。补偿的基准温度为25摄氏度，补偿的参数需要参考电池说明书设定。

发现不良电池要尽快更换，否则会导致整组电池容量的下降进一步则会引发通信事故，更换时要尽量考虑使用相近批次的电池。备件电池可以在日常维护和设备的汰换中取得并进行统一管理，不同品牌、不同型号和不同容量的电池严禁混用。

（五）环境和监控系统

上面已经谈到机房温度的保持对蓄电池的重要性，机房灰尘同样也会对电源设备和主设备造成很大的影响，我们在做好维护工作的同时必须保持机房的清洁。

近年来基站监控系统的普及率有了很大的提高，维护人员应充分利用监控系统，保证监控系统的有效运行，使之成为一个有效的工具来减轻维护的压力。

五、 结束语

基站电源系统的维护是工作量很大而且异常枯燥的工作。应做到故障前维修与抢修相结合，隐患查找与整改相结合，在维护实践中锻炼维护队伍，提升维护人员的维护技能，才能轻松应对越来越繁重的基站维护要求。近年来，中达电通针对基站电源的维护特点推出了一系列的服务产品，我们将秉承主动维护、预防为主的维护理念全力为客户通信网络的可靠运行提供最有效的保障。