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论网络能源系统精细化维护
—-基于基站巡检的案例分析
艾默生网络能源有限公司 章异辉
内容提要：当前基站动力系统日常维护工作以保障直流供电不间断和环境达标为目标，不考核动力维护的经济性，也不评估系统风险，是一种粗放型维护.本文对随机选取的一个基站进行检查分析,提出网络能源精细化维护的重要性。精细化维护不但有助于节能减排、延长设备使用寿命，还能降低网络运行风险。精细化维护是新竞争格局下的必然选择，通过梯队建设、监控手段、量化考核和咨询合作等措施能够实现网络能源精细化维护。
关键词:网络能源、精细化维护、运行成本、监控、梯队建设、量化考核

一、 前言
通信动力系统更合适的名称是网络能源系统,保障主设备正常运行是网络能源维护的关键目标，动力维护管理部门对基站维护的考核目标就是供电不间断、环境达标,更直接的目标就是直流不停电、温度达标.采取冗余配置油机、整流器、蓄电池和空调等主要设备的措施，可以显著提升达成考核目标的可能性。对于现有系统，则以保障蓄电池容量、保障空调工作、及时发电为手段，其它可维护内容被忽略。不考核动力维护的经济性，也不评估系统风险，是一种粗放型维护，粗放型基站维护非常普遍.
在2008年新一轮电信重组后，5大运营商重组为新移动、新电信和新联通三大运营商，三大运营商实力相当,各有优势，可以预料未来竞争将更为激烈,价格战不可避免，降低运营成本成为运营商的基本要求。网络能源系统维护部门属于成本中心,降低网络能源运维成本，精细化维护是必由之路。
二、 基站检查分析实例
为了研究基站精细化维护的必要性与可行性，随机选取一个基站进行考察。该基站安装在一栋大楼内,设备包括：低压配电柜、智能消防柜、直流开关电源、基站、SDH传输设备、动环监控采集器与协议处理器、空调、蓄电池.主要的网络能源设备包括：由4个50A模块组成的额定容量为200A的直流开关电源，2组各300AH的AGM蓄电池，2台3P柜式空调。所有设备运行正常无告警，环境整洁，维护日志记录正常，在目前的考核方式下，可以认为该基站维护质量优秀。仔细检查，发现有以下五个问题，反映出基站动力维护仍是粗放型的.
1、 电池管理参数设置不合适
检查该基站直流开关电源的电池管理参数，发现转浮充电流设置为1A，恒压均充时间设置为18小时。AGM蓄电池充满电的标志是：以2.35V的均充电压（免均充电池取浮充电压）进行充电，如果充电电流下降到0。01C10后,再充3个小时电流不变（即不高于0。01C10)，即认为电池已充满，充满电后电池转浮充。由于该基站配置的电池为每组300AH,转浮充电流一般应设置为3A。由于均充电压较高，在电池均充时电流高于1A（相当于0.0033C10,AGM电池正常浮充电流约为0。5~1mA/AH，温度升高或浮充电压升高将显著增大浮充电流［1])的可能性非常大，导致转浮充电流参数失效，停止均充的条件只有唯一的恒压均充时间。每次短时停电或均充周期到时，电池将被连续均充18小时，过充电引起电池失水，减小电池容量并缩短电池寿命.
2、 气流组织不正确
一台GSM基站主设备背向一台空调安装,间距0。6米。设备散热出风口与空调出风口相对，造成空调不能有效对设备散热.
3、 空调过度冗余
基站机房内安装有两台3P空调，同时制冷工作.基站总直流电流为57A,输出电压54V，即直流输出功率为3KW，考虑电源效率及消防设备待机损耗，机房总发热量不超过4KW.该基站位置高原，年最高气温不高于25℃，围护结构对热量的导入影响几乎都是正面的,而机房密封较好，潜热引入也不大，空调转移的最大热量应为设备最大发热量。一台2P空调制冷量即可达5KW，配置2P空调1+1备份已经够用。安装3P空调1+1备份可以应付未来扩容需要，但完全不需要两台同时运行，并机运行极大地浪费了电能。
4、 温度设置不合适
进入机房，感觉非常寒冷，测量室内温度为18℃。检查空调温度设置,两台都为21℃，模式为制冷，由于气流组织不佳，回风温度高于机房温度.当时正值夏季，外界气温为23℃,机房温度低于外界，使外界的热量得以传入,增加了空调的负荷，浪费了电能.
机房温度对蓄电池也有一些影响，AGM蓄电池额定容量是指25℃时的10小时率放电容量,当温度升高或降低时，蓄电池容量也降低，机房温度为18℃,电池容量只有额定容量的93％[2]。
5、 接地线问题
机房所有设备的PE线在桥架旁汇流排汇接后，用一根接地线接入大楼总接地线，该接地线与电池电缆交叉紧靠。当发生雷击事件或接地故障时，雷电流或故障电流通过接地线流入大地，与之紧靠的电池电缆将产生过电压.电池电缆通过直流开关电源的直流配电部分与负载连接，直流侧防雷器的防护等级较低，过电压可能直接作用于所有直流负载,增加了基站设备的风险。
三、 常见粗放型维护案例
由于粗放型维护也能基本保障网络不中断，不仔细检查和分析，通过现状很难发现粗放型维护和精细化维护的不同。这里再举一些常见的例子，说明粗放型维护无处不在。这些例子多数与蓄电池相关，而蓄电池正是网络能源维护工作的重中之重[3]。
1、 电池浮充电压统一设置为53。5或54V，电池保护电压设置为43。2V
事实上，不同蓄电池要求的浮充电压并不相同，浮充电压与酸密度直接相关，在成本压力及普遍要求100％电池出厂额定容量的今天,酸的密度普遍提高，浮充电压要求也提高。如果浮充电压设置不正确，将影响电池的使用寿命.
不同基站负载不相同，配置的电池或有差异，电池放电电流相差可能很大。如果放电电流为0。1C10，单体电池放电终止电压为1.8V，整组为43。2V。放电电流不同，电池保护电压的设置也不应相同,较长延时的系统应设置较高的电池保护电压，否则也会影响电池使用寿命.
2、 电池充电限流统一设置为0。1C10；均充保护时间设置为12小时
不同基站停电频率不同，停电频繁的基站应设置更高的充电限流值,使电池可能快速充电，应付下一次停电的到来。
此外，当电池充电限流设置为0.1C10时，按96％或更低的容量系数,恒流充电需要10小时左右,加上需要3小时的稳流均充,从充电开始起计时，均充时间至少需要13小时以上才能保证充满，均充保护时间应大于“电池额定容量×1.1/充电限流设置+3”.式中1。1是考虑电池容量系数后的放大系数。
3、 基站电流只有40A，直流开关电源额定容量300A
如果直流开关电源配置2组300AH蓄电池组，最大充电电流在60～120A之间,电源最大输出电流为100~160A。如果采用30A模块,按N+1模式,需要配置模块数为5~7个,直流开关电源容量按150~210A配置即可。多余的模块不但导致能量的浪费,而且每个模块电流很小,负载率低，所有模块都工作在低效率区间,进一步浪费了电能。
4、 配置长延时电池，电池可放电50小时以上
电池过放电对电池来说是最坏的情况之一。长延时配置带来的风险包括:由于电池小电流深放电带来的难以恢复的损伤、电池长时间亏电状态（充电也需要很长时间)带来的硫酸铅重结晶硫化、空调不能工作带来的温度升高等。因此非特殊情况不应配置后备时间超过24小时的长延时电池。
5、 定期更换空调过滤网
定期更换过滤网是空调维护的基本工作，但它本身就是一种粗放型维护方式。空调过滤网是否需要更换,取决于过滤网脏堵情况。如果洁净度很好，可以降低空调过滤网的更换频次.对于过滤网脏堵情况可能进行智能监控，只有当监控系统预警，过滤网确实脏堵后才予以更换，减少人力投入和过滤网本身的成本［4].
6、 更换电池后不检查或修改电池管理参数
按规范48V电池的使用寿命为6年，维护得好可以使用更长时间.新更换的电池出厂时间在原来电池出厂时间的6年之后，随着电池技术的发展以及电池类型的不同，电池管理参数已经有所变化，需要根据新电池的参数和使用环境对电池管理参数逐一检查核对，继续直接使用原来的参数，将不利于电池的使用寿命。
四、 网络能源精细化维护的主要措施
由上面所述可知,目前的网络能源系统仍处于粗放型维护阶段.网络能源精细化维护的基础仍是动力和环境保障，在此基础上降低运行成本，延长设备使用寿命,降低系统风险，提高可靠性。精细化维护的内容存在着一定的优先级关系（如图1所示）,这个优先级仅针对现状设定，并不表明降低成本比降低网络风险更重要,而是指当前应优先采取精细化维护手段降低运行成本.

图1 精细化维护内容与进阶关系
1、 动力和环境保障
动力和环境保障的目标是确保通信动力系统和环境无告警，蓄电池容量充足，温湿度和洁净度达标。工作内容包括处理监控系统上报的告警,巡检基站并处理发现的异常情况,按照维护规程维护空调系统和蓄电池,如定期进行蓄电池容量测试、发现蓄电池容量不足额定容量的80％时更换电池、定期保养空调等。动力和环境保障不属于精细化维护范畴.
2、 降低运行成本
降低运行成本是精细化维护的重要内容。例如:在保障设备正常运行条件下优先采用节能的空调设备，应用新风、热交换或气流组织等不同节能方案降低空调运行费用，利用整流模块休眠功能进行电源节能，设置较宽且设备允许的温湿度范围以减少空调压缩机工作时间等，机房围护结构的检查与维护也是降低运行成本的一个环节，这些都属于降低运行成本的精细化维护工作内容.
3、 延长设备使用寿命
通过维护手段延长设备使用寿命，间接地降低总成本。例如:设置合适的蓄电池管理参数（如根据电池出厂说明和环境温度设置浮充电压，根据负载电流大小设置合适的电池保护电压、根据停电频率设置大小合适的充电限流值，根据充电限流值调整合适的均充保护时间,根据电池使用时间长短调整均充周期等），安装温度传感器使电源能对电池自动进行温度补偿，根据过滤网状况不定期更换过滤网保持机房洁净度等，这些都属于延长设备使用寿命的精细化维护工作内容。
4、 降低系统风险
在采取降低运行成本的措施过程中，不能增加可能造成网络中断的系统风险概率，还需要通过精细化维护,降低通信系统的风险。例如：检查防雷地与接闪器入地点是否有规范规定的5米以上距离，将墙上安装监控设备（包括传感器等)的方案改为机架安装方案，检查电池和其它接线端子紧固程度,检查接地系统完整性和接地电阻等，这些都属于降低系统风险的精细化维护工作内容。
5、 提高可靠性
通信动力系统可靠性是网络高可靠性的前提。例如：设置并检查电池定期自动在线测试功能与结果,检查油机实际容量，测试转换开关可靠性，定期进行监控系统告警功能测试，检查断路器和熔丝容量、配置一致性，测试防雷器件有效性等，这些都属于提高网络能源系统可靠性的精细化维护工作内容。
五、 实现精细化维护的途径
为了实现网络能源精细化维护目标，要求维护人员在通信动力系统综合知识与技能上不断深入和扩展,更需要在管理上进行改进，通过维护人员梯队建设使精细化维护成为可能、通过动环监控手段辅助完成精细化维护工作、通过绩效考核达成精细化维护结果、通过咨询合作把握正确的精细化维护方向。实现精细化维护的要素如图2所示。

图2 实现精细化维护的要素
1、 梯队建设
要实现网络能源精细化维护，必须有一支技术全面的维护队伍，即组织落实。精细化维护并不要求所有动力维护人员都具有很深的专业知识，通过梯队配置，一个运营商在一个省的范围内配置1~2名动力专家，5~10名技术支援工程师，并配置一定数量的现场维护工程师.技术支援工程师的工作重点是指导现场维护人员进行设备维护，执行精细化维护的要求.专家则是精细化维护措施的制定者，负责制定、审核、检查和优化精细化维护方案.
人才培养是网络能源维护梯队建设的重要手段,动力维护人员需要接受专业的技术培训。以前动力专业提供的培训都是厂家提供的产品培训,而动力维护人员需要的是整个通信动力系统的综合技术培训，有必要选择具有综合技术培训实力的公司进行人才培训合作,建设理想的动力维护队伍。
2、 绩效考核
精细化维护的核心是保障网络安全，降低运维成本。通过量化考核动力系统运维效益,不但可以考核动力系统有效电度成本，也可以考核网络风险损失[5］。俗话说,考核什么就得到什么，通过绩效考核管理手段，可以快速推进网络能源系统维护的精细化管理水平。
3、 动环监控
动力环境监控系统是一种维护手段、是一种维护工具、是一种维护模式,甚至是一种管理模式［6］.目前动环监控系统应用程度不高,但网络能源维护模式终将因为监控系统的广泛应用而改变，通过远程监控，可以实现动力系统故障告警、智能监控、故障预测、专家决策和成本管理功能.通过监控手段可以完成很多精细化维护工作，如自动根据温度对空调进行开启和关闭；预测可能发生的故障，提前进行处理；通过费用报表发现可以降低运行成本的环节，维护队伍可以重点跟踪处理.总而言之，监控系统的广泛与深入应用，是实现精细化维护的技术手段和前提。
4、 咨询合作
有些问题看似简单，实际需要很强的技术实力和广泛的知识面,同时还需掌握前沿技术。例如新型直流开关电源可以启用整流模块休眠功能并允许设置模块的最佳效率点。直流开关电源自动根据最佳效率点、输出电流决定工作模块数量，如果最佳效率点设置过高，可能导致工作模块偏少，在负载突变时休眠模块缓启动过程引起电池放电。由于基站负荷的非均衡性，尤其是基站可能同样采用了具有先进的休眠技术的载频模块，休眠载频的开启可能导致负载突变，加剧了电池放电的可能性。因此设置最佳效率点需要专业的、全新的技术知识，这些新技术新知识难以很快地为用户了解并掌握.
目前以艾默生网络能源有限公司为代表的行业内大型设备制造与服务提供商掌握网络能源最新技术发展方向，动力系统维护管理咨询业已然发展,使运营商动力维护团队与设备制造商咨询服务相结合成为可能。大型设备制造商的技术能力是全方位的，除提供维保、代维服务外，还提供机房评估、技术培训、维护管理咨询业务，通过咨询合作,充分运用制造商的技术实力，不但可以把握精细化维护方向，使精细化维护事倍功半，还能透过咨询合作的第三方优势有效地回避管理和技术上存在的风险.
六、 精细化维护的风险控制
实现精细化维护本身就有降低网络风险、提高系统可靠性的内容,但在具体实施精细化维护过程中，尤其是针以降低运行成本采取措施的决策中，如果考虑不周，可能带来一定的网络风险，也可能得不偿失。
例如，某公司为了降低基站能耗，只保留极少整流模块工作，其它拆下作为维修备件.该公司典型基站直流负载电流24A，采用由30A模块构成的直流开关电源,电池为2组各500AH蓄电池.按配置规范应至少配置6个模块，但现在只保留2个。系统正常时设备均能正常工作，但停电恢复后蓄电池充电电流很小，只能涓流充电,蓄电池容量不能快速恢复,也会严重影响蓄电池的使用寿命.事实上，按照精细化维护思路，电池后备时间不宜起过24小时，配置2组200~300AH的电池即可，如果配置2组200AH的蓄电池，配置2个30A模块虽不符合规范,但在高可靠的动环监控环境下是可行的选择。
再如空调节能,通过提高机房温度达到节能目标时,可能有设备局部过热导致主设备停机的风险；通过新风方案来进行空调节能时,也可能因为过滤网维护工作量增大导致维护成本提高或因粉尘过多缩短主设备使用寿命。因此制定空调节能措施时，一定要同时考虑网络风险，空调节能措施宜以乙二醇热交换或优化气流组织等方案为佳。
七、 结语
网络能源精细化维护是企业竞争新格局的必然要求，也是实现国家节能减排要求的必然选择.运营商通过对网络能源系统精细化维护，可以获得更加坚强的动力环境保障，更加优质的网络，并具有更低的成本，必将在竞争中获得优势。精细化维护本身是一个循序渐进的过程，同时也是一种手段，使网络能源维护队伍有更强的使命与成就感,通信动力维护事业将蒸蒸日上.

参考文献：
1、 刘希禹，VRLA蓄电池运行维护和试验数据分析，《邮电设计技术》2007年01期
2、 唐明跃,环境温度对VRLA电池性能的影响，《电信技术》2002年05期
3、 李克民 蓄电池是通信技术维护工作的重中之重，《电信技术》2003年第5期
4、 章异辉，空调精益监控与故障预警，《艾默生网络能源技术》第66期 2007年10月
5、 章异辉，论动力系统运维效益的量化方法,《通信电源技术》2008年第3期
6、 王泽，移动通信电源系统集中维护，《电源世界》2007年第04期
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