开关电源低成本改造方案

张法进

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230001）

当前已进入5G商用部署期，作为移动通信基础设施建设运营的主体，中国铁塔股份有限公司承担了5G基础设施建设重任，全量承接5G基站建设需求。5G建设需要巨大的投资，如何尽可能降低5G建设运营成本成为摆在行业面前的重要课题。开关电源改造作为配套改造中重要的一环，其方案制定对于整体造价有着重要影响[1]。在不新增开关电源的前提下对存量开关电源的扩容改造问题进行探讨，针对几种特定情况的开关电源研究相应的低成本改造方案。

开关电源系统一般指在一个机架（箱）或多个机架中，由交流配电单元、整流模块、直流配电单元以及监控单元组成的电源系统。结合开关电源的基本情况，为了提升开关单元的服务能力，需要注意对开关电源的合理分析，使其在工作中发挥相应的功能和作用。开关电源主要包括主电路、检测电路、控制电路以及辅助电源等。

主电路主要实现冲击电流限幅、输入滤波、整流与滤波、功率转换以及整流滤波等作用。

检测电路主要负责采集分析数据，提供开关电源运行中的各种参数和仪表数据[2]。控制电路一方面从输出端进行取样，将其与定值进行比较分析，根据比较结果对逆变器进行控制，促使脉宽和脉频都在合理的范围内，确保输出稳定；
另一方面根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，对整机采取各种保护措施。辅助电源能够远程操作软件，为控制电路和保护电路提供持续的电力供应。

2.1 利用冗余整流模块扩容

5G开关电源改造时会遇到少数站点开关电源型号老旧、使用的整流模块停产等情况，此时若选择替换或新增开关电源，则方案造价较高。此类站点均为铁塔成立时运营商资源注入站点，而运营商建设基站时开关电源多按照“N+1”冗余容量配置，随着蓄电池性能下降，浮充电流早已低于电池满容量时的理论值。通过查找使用同型号整流模块的站点，重新计算开关电源的容量，然后拆除冗余模块，利旧到5G改造站点上来，从而大大降低开关电源改造成本。

结合冗余整流模块的基本情况，整流模块的需求量计算公式为

以安徽省马鞍山市某劳保楼基站为例，拆除冗余模块利旧到5G站址。现网安装机架容量为300 A的开关电源设备，配置5个50 A整流模块，模块已停产，配置2组500 Ah铅酸蓄电池共1 000 Ah（核容容量为800 Ah），存量负载电流66 A。利旧冗余整流模块扩容前、后效果如图1所示。

图1 利旧冗余整流模块扩容

测算整流模块需求数量，即（66 A+800 Ah/10 h）/50 A≈3，按照整流模块“N+1”配置原则，劳保楼基站配置4个模块即可满足需求。本次拆除1个50 A整流模块，利旧到5G需求站点。效益分析如表1所示。

表1 存量开关电源拆除冗余模块利旧到5G站址的效益分析

2.2 开关电源插框改造

对于存量开关电源为组合式开关电源且无法继续扩容满足新增需求的场景，可以通过插框改造的技术方案充分利旧存量开关电源配电、防雷等相关部件，利旧线缆布放，简化施工，降低改造成本并满足实际需要。对开关电源进行插框改造前，需要明确具体改造作业的开关电源需求容量，计算公式为

以安徽省马鞍山市第八中学某基站为例，采用插框改造方案。存量直流电流为144 A，开关电源总容量为300 A，配置4个50 A模块，2组500 Ah铅酸电池共1 000 Ah（核容容量为800 Ah）。插框改造后前、后的效果如图2所示。

图2 开关电源插框改造

本次新增5G设备一套（最大功耗为3 500 W），经核算存量蓄电池满足整站3 h备电需求，存量开关电源整流模块容量不满足整站需求，但由于同型号整流模块（ZXD2400）已停产，且无备品备件，应用插框改造方案来满足客户需求[3-5]。

测算开关电源所需容量，即144 A+3 500 W/48 V+800 Ah/10 h=297 A，高于现有开关电源模块容量200 A。插框改造效益分析如表2所示。

表2 插框改造效益分析

2.3 开关电源单相改三相

5G改造中存在部分室外机柜站点开关电源原为单相电接入，但外市电需要更改为三相电，导致原单相电开关电源无法使用，若替换开关电源则成本过高。为降低改造成本可保持原整流模块、直流配电单元和监控单元不变，只更改交流配电单元，从而使之满足三相电接入。

以安徽省马鞍山市丹阳镇某政府基站为例，对开关电源单相改三相方案进行分析。存量直流电流为50 A，开关电源总容量为200 A，配置4个50 A模块，4组200 Ah铅酸电池共800 Ah（核容容量为750 Ah），外市电接入原为220 V，本次改造为380 V。开关电源单相改三相前、后效果如图3所示。

图3 开关电源单相改三相

经核算存量蓄电池满足整站3 h备电需求，开关电源容量满足本次新增5G需求，但不满足三相电接入需求。测算开关电源所需容量，50 A+3 500 W/48 V+750 Ah/10 h=198 A，低于现有开关电源模块容量200 A。本次将原开关电源单相断路器改为三相断路器，使之能够接入三相电。单相改三相方案的效益分析如表3所示。

表3 单项改三相的效益分析

铁塔公司存量站点的开关电源种类多样，存在模块已停产、容量不足、单相电接入等问题的开关电源较多，在5G开关电源改造时，针对特定情况制定特定的改造方案可以有效降低建设成本，同时避免资源浪费，符合通信行业降本增效的大趋势。在此趋势下，电源厂家也不断推陈出新，陆续研发了新的低成本开关电源产品，推动开关电源的低成本改造。

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