一种通信基站的电压安全提升和稳定系统的制作方法

1.本实用新型涉及供电技术领域，尤其涉及一种通信基站的电压安全提升和稳定系统。


背景技术：

2.随着我国5g网络的建设和发展，通信基站在原有2g、3g、4g设备的基础上还要增加5g设备；由于5g设备用电功率是2g、3g、4g设备的3
‑
6倍，所以很多供电线路较长（500米以上）的通信基站受外电线路容量限制无法开通5g设备，或开通5g设备后交流电压过低导致通信基站不能正常运行。
3.对于通信基站交流电压过低导致通信基站不能正常运行问题，当前的解决方案主要有以下两种：
4.方案一、重新敷设更大线径的供电电缆
5.该解决方案采用的措施是：重新敷设更大线径的供电电缆。其原则为：按照国家相关低压配电规范，一定的用电功率需要使用相应型号的电缆，但是这个规范有一个前提，即：供电变压器的供电半径为200米。当用电功率一定的情况下，供电半径较长时，即电缆长度增加到200米的m倍，电缆的线径应比规范中规定的电缆线径增大m倍；当用电功率增大的情况下，电缆长度为200米时，用电功率增大k倍，电缆的线径应比规范中规定的电缆线径增大k倍。所以，如果电缆长度是200米的m倍，同时用电功率增大k倍，则电缆线径应比规范中规定的电缆线径增大m*k倍。
6.该方案存在的问题主要有：1、成本过高，敷设大线径电缆的成本一般是每百米达到1万元~2万元（人民币）甚至更高，2、施工困难，电缆较长的情况下，采用太大线径的电缆不仅成本急剧上升，更存在很大的施工困难，例如：电缆太粗导致管道空间不足、转弯困难、无法架空安装等。
7.方案二、增设变压器
8.该解决方案采用的改造措施是：向供电公司申请增设变压器。该方案由供电公司勘查并确认可行性后，敷设高压电缆并在通信基站附近安装配电变压器，专门为通信基站提供稳定的电力供应。
9.该方案存在的问题主要有：1、改造成本非常昂贵，每个通信基站的改造成本一般为30万元（人民币）以上。2、改造周期很长，一般每个通信基站的改造时间不少于3个月。
10.综上所述，由于通信基站供电线路长且用电功率较大导致通信基站交流电压过低不能正常运行，如果采用重新敷设更大线径的供电电缆的改造措施，不仅成本急剧上升，更存在很大的施工困难；而如果采用向供电公司申请增设变压器和敷设高压电缆的改造措施，改造成本更是非常昂贵，改造周期很长，所以当前的两种解决方案存在成本提高、施工困难、周期太长等缺陷。都不能在合理成本范围内有效解决问题，更不能充分利用原有电缆的线路容量和减少线路损耗，造成了现有通信设备和社会资源的浪费。


技术实现要素：

11.本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种通信基站的电压安全提升和稳定系统，以达到在安全提升电压的基础上兼顾改造成本的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。
12.一种通信基站的电压安全提升和稳定系统，包括升压设备、降压设备；所述的升压设备设于电缆的交流市电连接端，所述的降压设备设于电缆的通信基站连接端；升压设备将交流市电的电压升高，电压升高后的交流电通过电缆输送至降压设备，降压设备将升压后的交流电电压降为设定电压的交流电以为通信基站供电。本技术方案可增设在现有通信基站的供电线路上，充分利用现有低压电力电缆的耐压特性，通过升压、降压的方式，保证了通信基站的供电电压，并提高原有供电线路的容量，大幅降低线路压降和减少线路损耗，从而实现通信基站交流电压提升并达到正常工作要求的供电稳压目的，且能充分利用通信基站原有的供电电缆（低压电力电缆），减少改造成本，同时也可以为后期增加用电设备预留很大的功率余量，具有性能稳定、改造成本低、施工难度小、节能减排、大幅降低电费支出等明显优势。改造方便灵活，在具体的工程施工安装过程中，可以灵活设计成星型、链型、混合型等结构，以适应不同的通信基站低压问题改造工程项目需求。
13.作为优选技术手段：升压设备、降压设备包括变压器；其中升压设备的变压器为升压变压器，降压设备的变压器为降压变压器。变压器技术成熟，有利于提高本系统的工作稳定性、可靠性。
14.作为优选技术手段：所述的变压器类型为单相或三相变压器；升压设备的变压器类型与降压设备的变压器类型相对应。升压设备的变压器和降压设备的变压器同为三相变压器或单相变压器；当一个三相电表同时为若干个单相通信基站和三相通信基站同时供电的情况下，升压设备的变压器为三相变压器，而其中单相供电的通信基站可以使用单相降压设备，其降压变压器为单相变压器，此时单相降压变压器的降压倍率应与三相升压变压器的升压倍率一致。
15.作为优选技术手段：单相变压器的升压/降压倍率为3、4、或5，三相变压器的升压/降压倍率为2或3。在有效保证对通信基站供电的电压的同时，兼顾用电的安全性，并满足国家的标准。在要求压降相同情况下，采用升压倍率n为3、4、5，对应的单相线路容量分别是市电220v时的9倍、16倍、25倍。用电功率相同情况下，与三相市电380v相比，采用升压倍率n为2、3时，线路压降减小为1/2、1/3，通过三相变压器设备降压后，系统压降进一步减小为1/4、1/9，用电处的电压可以得到明显提高；在要求压降相同情况下，采用升压倍率n为2、3，对应的三相线路容量分别是市电380v时的4倍、9倍。
16.作为优选技术手段：一升压设备通过电缆与一个或多个降压设备相连。可以一对多，有利于降低成本，提高改造的灵活性，减少结构上、空间上的限制。
17.作为优选技术手段：所述的升压设备的输入端与电能表相连。接线更为方便，由于不影响电能表的进线，可以避免电力公司的介入，加快改造的进度流程。
18.作为优选技术手段：所述升压变压器和/或降压变压器的输入侧和/或输出侧设有多个抽头以对应调整通信基站的供电电压。对于不同的通信基站，其供电电缆传输距离、电缆型号、通信基站最大用电功率、单相或三相供电方式都存在很大差异，通过升压设备、降压设备的升压和相应的降压处理后，能够大幅度减小系统压降，配合抽头进行精调后，使系
统输出到通信基站的电压更接近市电电压，进一步确保通信基站稳定运行，在单相/三相降压变压器的输入侧或输出侧设置若干抽头，能够更精细地抵消系统压降。由此可知，该供电稳压系统在实现通信基站交流电压提升的同时，能有效控制系统输出电压精度，提升通信基站的运行稳定性。
19.作为优选技术手段：所述的抽头通过分接开关与电缆连接，通过调节分接开关位置对通信基站的供电电压进行调整，以保证通信基站的供电电压达到设定范围内。采用分接开关进行调压，调压灵活方便，有利于增加不同功率基站设备使用范围，提高变压匹配性。
20.作为优选技术手段：一变压器的抽头的数量小于或等于3个。在满足使用要求的前提下，限制抽头的数量有助于减少结构的复杂性，减少接线，避免因接线而出现的问题，如脱开等情况的发生，提高产品的工作可靠性。降压设备的抽头电压设定原则是：应当保证在通信基站的用电负荷达到最大用电功率时，使本方案的系统输出电压接近市电电压，而且在不调整抽头的情况下，当基站用电功率降为0时，系统输出电压不高于通信基站允许最高电压；如果不能满足这个条件，应提高倍率参数n的取值或降低最大用电功率设计值。
21.作为优选技术手段：降压变压器的输入侧设有三个抽头，三个抽头的抽头位置按电压要求确定；当为单相变压器时，三抽头的电压分别为n*220v、 n*220
‑
n*b、 n*220
‑
n*2b；当为三相变压器时，三抽头的电压分别为n*380v、 n*380
‑
n*b、 n*380
‑
n*2b；其中：n为升压/降压倍率，b为系统输出电压允许偏差。
22.作为优选技术手段：降压变压器的输出侧设有三个抽头，三个抽头的抽头位置按电压要求确定；当为单相变压器时，三抽头的电压分别为：220v、220v b 2v、220v 2b 2v；当为三相变压器时，三抽头的电压分别为：380v、380v b 3v、380v 2b 3v；其中：n为升压/降压倍率参数，b为系统输出电压允许偏差。
23.有益效果：
24.1、有效解决通信基站因供电线路长并且用电负荷大而导致的低压问题，保证通信基站正常工作。
25.2、在实现通信基站交流电压提升的同时，能有效控制系统输出电压精度，从而保证了通信基站的运行稳定性。
26.3、本创新技术方案大幅度提高了原有低压供电电缆的线路容量，不仅保障了现有设备的正常用电，而且使现有供电电缆的线路容量得到4倍~25倍的提升，也为后期增加用电设备预留了很大的用电余量。
27.4、通过本创新技术方案的实施，能充分利用原有电缆为一个或多个通信基站提供稳压供电，可同时满足多个基站的用电功率需求，并可以灵活组成星型、链型、混合型等拓扑结构；甚至还可以组成由一个三相升压变压器通过原有电缆连接多个单相或三相降压变压器的结构，从而为多个单相或三相通信基站供电。
28.5、本创新技术方案大幅度降低了供电电缆的线路压降，同时也大幅度减少了线路损耗，可以节省用电，大幅降低电费支出，具有节能减排的社会效益。
29.6、充分利用原有供电电缆，不需要重新敷设大线径电缆或向供电公司申请增设变压器，改造成本得到了大幅度降低，采用本创新系统具有明显的成本和性能优势。
30.7、改造工程实施速度快，能及时解决通信基站电压过低或电压不稳定问题。
31.8、大幅度降低了改造工程施工难度。
32.9、后期遇到拆迁等情况时，升压和降压设备可重复利用。
33.10、采用本创新技术方案，即使后期低压电力电缆受外力损坏，电缆修复后对系统稳定性影响仍然很小，因为经过本方案对供电电压的合理升压处理，电缆中电流大幅减小，电缆接头处压降也很小，而且电缆接头处不易发生氧化、过热导致的电缆烧断等问题，大大提升了供电线路的安全性能。
附图说明
34.图1是本实用新型的结构原理图。
35.图2是本实用新型的单相供电方式下的结构示意图。
36.图3是本实用新型的三相供电方式下的结构示意图。
37.图4是本实用新型的单相供电方式下的升压设备结构示意图。
38.图5是本实用新型的三相供电方式下的升压设备结构的示意图。
39.图6是本实用新型的单相供电方式下的降压设备结构示意图。
40.图7是本实用新型的三相供电方式下的降压设备结构示意图。
41.图8是本实用新型的工程施工时的仅连接一个通信基站的电缆结构示意图。
42.图9是本实用新型的工程施工时的链型电缆结构示意图。
43.图10是本实用新型的工程施工时的星型电缆结构示意图。
具体实施方式
44.以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
45.本实用新型包括升压设备、降压设备；所述的升压设备设于电缆的交流市电连接端，所述的降压设备设于电缆的通信基站连接端；升压设备将交流市电的电压升高，电压升高后的交流电通过电缆输送至降压设备，降压设备将升压后的交流电电压降为设定电压的交流电以为通信基站供电。
46.本技术方案增加在现有通信基站的供电线路上，通过提高原有供电线路的容量，大幅降低线路压降和减少线路损耗，从而实现通信基站交流电压提升并达到正常工作要求的全新的供电稳压系统，该供电稳压系统在实现通信基站交流电压提升的同时，能有效控制系统输出电压精度，提升通信基站的运行稳定性，并充分利用了通信基站原有的供电电缆（低压电力电缆），同时也可以为后期增加用电设备预留很大的功率余量，具有性能稳定、改造成本低、施工难度小、节能减排、大幅降低电费支出等明显优势。
47.在具体的工程施工安装过程中，可以灵活设计成星型、链型、混合型等结构，以适应不同的通信基站低压问题改造工程项目需求。下面以链型结构（一个电表后顺序连接两个通信基站）为例，详细叙述本技术方案的系统架构。
48.如图1所示：1#通信基站和2#通信基站原来通过一条低压电力电缆从电表处取电，由于电缆线路过长，导致通信基站出现低压问题，无法正常运行。为了解决低压问题，在电表处安装一台升压设备，将市电进行合理升压，再通过低压电力电缆输送出去；1#和2#通信基站处各安装一台降压设备，将低压电力电缆输送过来的电压较高的交流电降压为稳定的市电，分别为1#和2#通信基站进行稳压供电。
49.本技术方案充分利用了通信基站原有的供电电缆，由于通信基站的供电电缆普遍采用低压电力电缆，根据国家标准，低压电力电缆耐压为相电压660v/线电压1140v，但是市电电压仅为单相220v/三相380v，为了提升通信基站供电线路容量，可以充分利用低压电力电缆的耐压特性，先通过的升压设备进行合理升压，大幅度提高供电线路容量，电压较高的交流电经过远距离传输后，只产生了很小的损耗和压降，在通信基站处，通过的降压设备将低压电力电缆输送过来的电压较高的交流电降压为市电（单相220v/三相380v），提供给通信基站使用。
50.由于低压电力电缆传输距离、电缆型号、通信基站最大用电功率、单相或三相供电方式的不同，本技术方案对系统所使用的升压和降压设备进行了专门的技术参数设计，以完全适应通信基站长期稳定供电的需求。下面对本创新技术方案中包含的升压设备和降压设备的工作原理、性能参数和设计方法进行详细描述，本创新技术方案的系统结构可以为：单相供电方式、三相供电方式，系统结构举例如图2和图3所示，其中，图2为单相供电方式，图3为三相供电方式。
51.1、升压设备工作原理和性能参数设计
52.在通信基站的取电位置（供电电缆前端）增加一台单相/三相升压变压器，根据国家相关规范及低压电力电缆耐压指标，设计本系统时需要使用升压/降压倍率参数n（n为整数），n的取值要求如下：
[0053][0054]
如上表所示，单相/三相升压变压器将电表输出的市电（交流单相220v/三相380v）电压升压至单相（660v或880v或1100v）/三相（760v或1140v）；
[0055]
2、降压设备工作原理和性能参数设计
[0056]
在供电电缆后端（接近通信基站处）增加一台单相/三相降压变压器，该单相/三相降压变压器将供电电缆输出的单相（660v或880v或1100v）/三相（760v或1140v）电压降压至市电（交流单相220v/三相380v）电压。
[0057]
3、线路压降计算及升压对线路容量的提升效果如下：
[0058]
1）在单相用电情况下，线路压降计算公式为v=（ρ*1000/s/0.93*l/1000）*（p/u）*2/φ，其中：
[0059][0060]
根据计算公式，在其他条件不变时，用电功率相同情况下，与单相市电220v相比，采用升压倍率n为3、4、5时，线路压降减小为1/3、1/4、1/5，通过单相变压设备降压后，系统压降进一步减小为1/9、1/16、1/25，用电处的电压可以得到明显提高；在要求压降相同情况下，采用升压倍率n为3、4、5，对应的单相线路容量分别是市电220v时的9倍、16倍、25倍。
[0061]
2）在三相用电情况下，线路压降计算公式为v=（ρ*1000/s/0.93*l/1000）*（p/u/1.732/φ），其中：
[0062][0063]
根据计算公式，在其他条件不变时，用电功率相同情况下，与三相市电380v相比，采用升压倍率n为2、3时，线路压降减小为1/2、1/3，通过三相变压器设备降压后，系统压降进一步减小为1/4、1/9，用电处的电压可以得到明显提高；在要求压降相同情况下，采用升压倍率n为2、3，对应的三相线路容量分别是市电380v时的4倍、9倍。
[0064]
4、升压设备的特殊硬件设计：升压设备的结构部件包含有升压变压器、抽头、机械分接开关，以及输入、输出端口。
[0065]
因为电网的市电电压存在一定的偏差，为了适应不同的电网电压，确保通信基站供电电压的长期稳定性，在单相/三相升压变压器的市电电压输入侧，设置若干抽头（例如单相210v、220v、230v、240v/三相363v、380v、398v、415v等），在后期电网电压变化的情况下可以通过机械分接开关进行抽头调整，以保证升压变压器的输出电压接近设定值。
[0066]
单相供电方式下的升压设备结构举例，如图4所示；三相供电方式下的升压设备结构举例，如图5所示。
[0067]
5、降压设备的特殊硬件设计：降压设备的结构部件包含有降压变压器、抽头、机械分接开关，以及输入、输出端口。
[0068]
对于不同的通信基站，其供电电缆传输距离、电缆型号、通信基站最大用电功率、单相或三相供电方式都存在很大差异，虽然通过本方案的供电稳压系统进行合理升压和相
应的降压处理后，能够大幅度减小系统压降，但是为了使本方案系统输出到通信基站的电压更接近市电电压，确保通信基站稳定运行，在单相/三相降压变压器的输入侧或输出侧设置若干抽头，能够更精细地抵消系统压降。
[0069]
降压设备中的抽头可以仅设置在输入侧、或仅设置在输出侧，也可以同时设置在输入侧和输出侧。在实际应用过程中，降压设备中的抽头一般设计在输入侧，并且，通过机械分接开关可以灵活进行抽头调整。
[0070]
单相供电方式下的降压设备结构举例：抽头设置在输入侧，如图6所示；三相供电方式下的降压设备结构举例：抽头设置在输入侧，如图7所示。
[0071]
6、降压设备的抽头电压设定原则是：（1）、应当保证在通信基站的用电负荷达到最大用电功率时，使本方案的系统输出电压接近市电电压，而且在不调整抽头的情况下，当基站用电功率降为0时，系统输出电压不高于通信基站允许最高电压；如果不能满足这个条件，应提高倍率参数n的取值或降低最大用电功率设计值；（2）、抽头数量一般不超过3个。
[0072]
7、降压设备的输入侧抽头设置方法
[0073]
如果在降压变压器输入侧设置抽头，抽头电压一般设定为三档：n*220（380）v、 n*220（380）
‑
n*b、 n*220(380)
‑
n*2b，n为升压/降压倍率参数，b为系统输出电压允许偏差，b=（通信基站允许最高电压
‑
市电电压
‑
2v（3v））/2。
[0074]
对于单相供电的通信基站，一般允许最高电压为242v（市电220v 10%），所以，b=（242v
‑
220v
‑
2v）/2=10v，那么，当n=3时，可以设置抽头660v、630v、600v，当n=4时，可以设置抽头880v、840v、800v，当n=5时，可以设置抽头1100v、1050v、1000v。
[0075]
对于三相供电的通信基站，一般允许最高电压为418v（市电380v 10%），所以，b=（418v
‑
380v
‑
3v）/2=17.5v，那么，当n=2时，可以设置抽头760v、725v、690v，n=3时，可以设置抽头1140v、1088v、1036v。
[0076]
8、降压设备的输出侧抽头设置方法
[0077]
如果在降压变压器输出侧设置抽头，抽头电压一般设定为三档：220（380）v、220（380）v b 2v（3v）、220（380）v 2b 2v（3v），n为升压/降压倍率参数，b为系统输出电压允许偏差，b=（通信基站允许最高电压
‑
市电电压
‑
2v（3v））/2。
[0078]
对于单相供电的通信基站，如果通信基站允许最高电压为242v，b=（242v
‑
220v
‑
2v）/2=10v，可以设置抽头220v、232v、242v。
[0079]
对于三相供电的通信基站，如果通信基站允许最高电压为418v， b=（418v
‑
380v
‑
3v）/2=17.5v，可以设置抽头380v、400v、418v。
[0080]
以下就具体实施对本实用新型作进一步的说明：
[0081]
步骤1、在改造工程实施之前，应现场检查电表到通信基站的供电电缆是否为标准低压电力电缆（如该电缆的耐压等级低于低压电力电缆的耐压等级，则不能使用本方案）。
[0082]
步骤2、测试该电缆绝缘电阻是否符合安全运行要求（电缆绝缘电阻应大于10兆欧），并测试导线电阻是否与理论计算值（根据导体金属电阻率、电缆长度及环境温度计算）基本一致；如果绝缘电阻小于低压电力电缆运行规范要求的10兆欧，或导线电阻明显大于理论值，说明电缆存在故障或隐患，应先对电缆进行故障检查和处理，直到绝缘电阻大于10兆欧并且导线电阻已接近理论值后才能采用本技术方案。
[0083]
步骤3、对于电缆只接有一个通信基站的情况，利用前述电缆压降计算公式，计算
该电缆在最大用电功率的情况下，升压/降压倍率参数（n）值不同时的电缆压降；结合系统输出电压允许偏差参数b，可以确定n的取值以及变压器设备的各个抽头电压（抽头数量一般≤3）；一般来说，用电功率较大、电压变化范围要求小的话，n尽量取较大值；如果用电功率较小、电压变化范围要求不高的话， n尽量取较小值。
[0084]
如图8所示：通信基站采用单相供电方式，并使用单相2*25mm
²
铝缆进行电力传输，电缆长度1500米，基站最大用电功率为15kw，系统输出电压允许偏差b为（242v
‑
220v
‑
2v）/2=10v，采用在单相降压变压器输入侧设置抽头方式，根据电缆压降计算公式可以计算出n值取不同值时电缆的压降：
[0085][0086]
若n=3，则单相降压变压器设备的输入侧抽头电压应为660v、630v、600v，最大用电功率15kw时，单相变压设备输入侧电压580v已低于最低抽头电压，此时单相变压设备输出侧电压已低于220v，所以n=3不能满足系统要求。
[0087]
若n=4，则单相降压变压器设备的输入侧抽头电压应为880v、840v、800v，最大用电功率15kw时，单相单相降压变压器设备输入侧电压820v，接电压800v的抽头，此时单相变压设备输出侧电压高于220v；如果用电功率降为0，单相变压设备输入侧电压880v，此时单相变压设备输出侧电压为880v*220v/800v=242v，所以n=4并且使用变压设备的800v抽头即可满足要求。
[0088]
步骤4、如果电缆结构为链型，如图9所示，可以参照参照步骤3，利用压降计算公式，分别计算出倍率参数n值不同的情况下，电缆在各个通信基站处的的压降和电压（在利用压降公式进行计算时，应注意电缆在1#通信基站处的最大用电功率为p1 p2 p3、2#通信基站处的最大用电功率为p2 p3、3#通信基站处的最大用电功率为p3）；根据各通信基站对输出电压允许偏差参数b的要求，可以选定n值及各通信基站处降压变压器的抽头电压，升压变压器设备的容量原则上应为各降压变压器设备的容量之和。
[0089]
步骤5、如果电缆结构为星型，如图10所示，可以参照步骤3，直接计算n取不同值时各通信基站最大用电功率情况下的电缆压降，根据通信基站对输出电压允许偏差参数b的要求，可以选定n值及各降压变压器的抽头电压，升压变压器设备的容量原则上应为各降压变压器设备的容量之和。
[0090]
以上图1
‑
10所示的一种通信基站的电压安全提升和稳定系统是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。