浅析移动通信基站节能降耗的几种技术方案.doc

浅析移动通信基站节能降耗的几种技术方案.txt看一个人的的心术，要看他的眼神；看一个人的身价，要看他的对手；看一个人的底牌，要看他的朋友。明天是世上增值最快的一块土地，因它充满了希望。摘要：本文通过对近几年实际工作中的经验的总结，归纳了在合理利用蓄电池和空调节能这两大问题上所采取的各种技术手段，在延长蓄电池的寿命、加强电池回收和如何使用空调进行节能降耗等方面作了比较详细的介绍。

　　关键词： 蓄电池 空调 节能降耗

　　随着通信建设的发展,移动通信基站数量的增多,基站耗电总量的需求越来越大,降低电能消耗、减少电费的支出,成为移动通信公司所关心的问题。主设备方面，越来越多的使用低能耗产品，高能耗老型号的产品即将被低能耗产品替代。在配套设备方面，湖南移动亦注重节能降耗，主要从蓄电池、空调及动力环境监控等三方面“节约能源、保护环境”，具体方案如下：

　　一、合理利用蓄电池

　　由于湖南属于亚热带季风气候、多山地丘陵，气候环境比较恶劣，不利于蓄电池的长期正常工作，因此，如何有效管理蓄电池，怎样再利用蓄电池同样是通信网络节能降耗一个方面。

　　首先，有效管理维护修复在网容量下降的蓄电池。

　　蓄电池现在都由集团公司采购，采购对蓄电池的质量、性能要求十分严格，目前国内几家大型阀控式密封电池厂家生产电池的质量来讲应都能满足各运营商要求，虽然各厂家生产蓄电池质量性能上有所差别，但从现网调查使用情况来看，我们认为厂家生产蓄电池的质量因素应不是影响目前各运营商基站蓄电池容量下降过快、使用寿命缩短的主要原因。因为从阀控式密封电池产品结构、产品性能与基站蓄电池使用过程现场勘察情况等综合因素来看，结合交换局站使用情况，阀控式密封电池在正常情况下使用1～4 年后其容量下降应不会太快。因此我们认为造成基站蓄电池容量下降过快、使用寿命缩短的主要原因应在于其基站本身蓄电池使用特点及维护的理论及方法有关，传统的蓄电池维护理论和方法已不适合移动通信基站蓄电池维护。我国采用的蓄电池额定容量是10小时率标称值，即在环境温度为25℃蓄电池以10小时率电流放电、在放电终止电压为1.80V/只时蓄电池放出的容量为其额定容量.并且对环境比较严格要求。蓄电池各项参数设定按照各电池生产厂商的充电要求进行蓄电池充电参数的设置和进行日常维护,但是大多数移动通信基站蓄电池以20,30,40小时率电流放电,并且使用环境差。如果以常规维护理论和手段来进行移动通信基站蓄电池维护将必然造成蓄电池容量下降。我们知道影响基站电池使用寿命的原因后，在目前市电供应不能改善的前提下仍可采取相关措施来弥补或改善，从而延长蓄电池使用寿命。我们认为可从以下几个方面着手。

　　A) 基站开关电源和蓄电池是一个有机的系统，密不可分。很多开关电源具有完善的电池管理功能，充分利用开关电源的功能来保护蓄电池

　　开关电源有蓄电池低电压保护功能，但是部分基站蓄电池低电压保护设置为关闭状态，容易引起蓄电池过放电而严重损坏蓄电池。因此禁止开关电源关闭低压脱离功能，所有基站蓄电池低电压保护设置应设置为正常工作状态。一般电池放电中止电压应当设置在1.85V/单体左右。具体设置要求如下，开关电源一次下电设置电压要求不低于46V，二次下电设置电压必须要求大于44V( 建议设置在44.4V)。

　　B) 蓄电池组浮充电压应根据蓄电池温度变化进行修正，很多开关电源均有自动修正蓄电池组浮充电压的功能，但是很多基站在安装开关电源时没有将温度传感器正确安装至蓄电池处，导致开关电源无法正确修正蓄电池组浮充电压。应该将温度传感器正确安装至蓄电池处。

　　C) 由于部分基站停电过于频繁，蓄电池频繁充放电导致蓄电池经常欠充，对于这种基站可以考虑对目前基站组合开关电源中对蓄电池充电限流值参数进行调整，将开关电源中对蓄电池充电限流值由0.1C10A调整为0.15～0.2C10A(应根据季节做响应调整)，以缩短蓄电池充电时间，但最大充电电流不能超过0.25C10A，增加蓄电池充电前期充入的电量。根据该基站停电次数及时间，如果停电次数多且停电时间长，建议对开关电源中均衡充电时间判别参数(充电时间和充电电流值判别)进行调整，延长均衡充电时间，可比原设定延长20%～30%;另外建议调整开关电源均衡充电时间周期设置，把原设置一般3个月时间周期调整为1个月或更短，对蓄电池进行均衡充电。但这种调整只适合停电过于频繁，蓄电池连续欠充的基站，并不适合于所有基站。

　　D) 部分基站将动力环境监控设备电源直接接在蓄电池母排上面，小电流长时间放电容易导致蓄电池组过放电严重损坏蓄电池。应此动力环境监控设备电源应该接开关电源直流输出单元上的输出熔丝，对于有二次下电功能的开关电源动力环境监控设备应该与传输设备处于同一级。

　　第二、利用电池活化、修复仪等对蓄电池离网修复

　　现在，由于环境的恶劣导致了较多的蓄电池没有达到设计的寿命，而蓄电池容量急剧下降，象这种电池绝大部分是可以修复的，所以，湖南移动部分分公司利用电池修复仪对蓄电池离网修复。正常的免维护铅酸蓄电池设计寿命为(完全充满、放电350-700次)3-5年以上，而90%的铅酸蓄电池都是在放电过程和充电过程时过充或欠充导致生成硫酸铅结晶( 硫化物)，阻碍铅酸反应而降低蓄电量,致使蓄电池缩短寿命.蓄电池一般在使用1年后(完全充满、放电不到200次)蓄电量很低，充电不足，基本上不能使用了。而电池修复仪利用间歇脉冲可变电压电流技术、谐波磁振扫频充电等多项技术，具有分解硫酸铅结晶(硫化物)，还原铅、硫酸的功能，彻底清除硫化物的阻碍，让铅、硫酸充分发生电化反应，达到修复电池变新的目的，恢复蓄电池原有的容量90%-110%。可见,蓄电池活化液修复仪对容量落后蓄电池的修复有一定的效果,但我们发现有的蓄电池经过修复仪修复能够长时间正常使用,也有的短时间内效果不错但长时间后容量下降亦不能正常使用,可能这种蓄电池在修复前就存在缺陷, 或者修复没有彻底清除硫化物、铅、硫酸没有充分发生电化反应。因此，这些情况仍然需要我们继续动态跟踪和探讨。

　　第三、请原蓄电池厂家回收利用

　　湖南移动向通信行业的合作蓄电池厂商发出“节约能源、保护环境”的倡议,切实履行创建节约型社会的重要责任。对于达到报废年限，而且核实确实可以报废的蓄电池，湖南移动督促厂商切实履行集团采购的框架协议，引导厂商与分公司签订合同：用废旧电池换新电池。在回收再利用报废蓄电池方面对于我们来说刚刚起步，一个怎样的机制、平台来创建节约型社会、节约型企业是需要我们不断思考。

　　二、空调节能

　　根据资料统计分析，平均每个基站空调的电费支出约占整个基站电费支出的54%左右，空调成为基站机房中的主要用电设备。因此，降低空调的能耗是基站节能的主要工作。湖南移动在空调节能作了以下几方面的尝试：

　　第一、 直接自然通风

　　随着通信建设的发展,移动通信基站数量的增多，基站建设越来越偏远，对于气候条件为冬暖夏凉，昼夜温差不大个别高山偏远基站，这种基站空气湿度适中、洁净度好，因此可以直接开窗，采用活动的页片自然通风(取消空调)，当通风时页片开启，不通风时页片自动关闭，这种百页窗形式有效的隔离了室外空气，对防尘、防鼠有一定的效果。根据怀化公司今年夏天基站运行情况来看，配置小、偏远高山站采用了直接自然通风后，机房温度基本能满足无线设备的正常运行，同时由于取消了空调还节约了运行成本。这种方式适合于设备发热量小的小容量边际网基站，边际网基站本身可以建造在室外，可见对环境的适应性强。对于气候条件适宜、空气湿度适中、洁净度好的边际网基站，可以考虑直接采用自然通风方式。

　　第二、使用空调机双机切换器

　　目前，基站设备较多的基站配置了两台空调，怎样合理使用两台空调成了运维人员思考的问题，长沙移动分公司在长沙、浏阳、望城、宁乡四县陆续安装了ATC-2空调机双机切换器，解决了空调不合理运行的难题。

　　经过实际运行和维护人员的跟踪测试，该空调机双机切换器运行情况良好，控制可靠。

　　1、空调自动切换可靠、有一定节能效果

　　这种空调双机切换器是根据空调的好坏、机房室内环境温度逻辑关系自动控制两台空调。切换器根据温度不断调整空调的开关机，当环境温度只需要一台或不需要空调的情况下，能够起到一定的节电功能。

　　2、提高了基站设备的安全性

　　建设时配备两台空调机的原因之一是防止空调机出现故障后有备机可用，通常采取双机同时运行或者由维护人员到现场倒换机器，非常被动、不及时。安装了双机切换器后，双机切换器的故障倒机功能能够确保运行的空调机出现故障后及时启动备用空调机。另一方面，双机切换器的温度控制功能保证当一台空调机制冷能力不够时备用空调机能自动启动。因此，双机切换器使基站设备运行的环境更加有保障，提高了设备的安全性。

　　3、降低了空调机的故障率、延长了空调机的使用寿命

　　双机切换器使空调机由长时间连续运行变成间歇式工作，明显降低了空调机的故障率，使空调机的实际使用寿命接近设计值。

　　第三、空调压缩机内使用添加剂

　　从空调系统的工作过程看出，为了使制冷剂由低温低压气态状变成高温高压气态状，压缩机需要做功，系统内部需要高速运转，因此压缩机内必须有润滑油(通常称为冷冻油)，主要润滑压缩机的机械部分，使之降低磨损，有益于压缩机的运行。但润滑油的使用也带来不利的一面，会有部分冷冻油与制冷剂一起进入到循环系统中，这样将导致：

　　1、液态状的制冷剂与冷冻油混合物循环经过蒸发器开始蒸发时。制冷剂变成气态蒸发了，而冷冻油此时会生成大量的油泡，而油泡不载冷，且阻碍制冷剂的循环，使空调系统的热交换效率降低，出风口温度升高。

　　2、冷冻油与制冷剂进入到循环系统后，冷冻油会黏附在管道内壁上，由于冷冻油的导热性差，只有铜的1%，这就像给管壁加入一层隔热膜，使热交换性能大大降低，空调效果就会变差。随着使用年限的增加，油膜越积越厚，空调的效果也就越用越差。

　　3、空调运行时，压缩机内部高速运转，冷冻油在压缩机内的流失使磨损不断增加，造成压缩机的密封性能变差，使压缩机输出气态制冷剂的输出量变少，压力变低，冷量输出减少，为了弥补制冷量的不足，压缩机要不停地做功，造成空调用电(油)量增大。

　　4、随着空调系统使用时间增加，系统内普遍存在腐蚀性酸，这是由于长期高温工作使油氧化引起的，它使制冷系统的组件被腐蚀，衰耗增加，使用寿命缩短。

　　因此，在压缩机使用一种添加剂能有效的解决以上四个问题，使空调能长效运行。具体表现在以下四个方面。

　　1、添加剂加入到空调系统后，会与制冷剂及冷冻油混合，它所含特有的表层活化剂，能抑制冷冻油产生油泡，解决制冷剂循环过程中油泡阻碍热交换的问题，提高系统的制冷效果，降低出风口的温度2-8℃。

　　2、添加剂的出现使得空调系统能效不再明显衰减。添加剂加入到空调系统后，它与制冷剂一起循环，达到系统的各个部分。添加剂的活性极化分子带有负电荷，与金属表面的正电荷有很强的结合力，会穿透管道内的油膜组织，嵌入金属表面晶格间隙中，逐渐分解并取代沉积在金属表面的油膜，让原来附着在管道内壁的油膜重新回到压缩机中，并且在空调系统内的冷凝器、蒸发器、压缩机管路等组件内表面形成一层添加剂永久性保护膜，提高热传导效应，恢复和提高系统的热传递效率。

　　3、添加剂含有两种抗摩成分。一种是黏附活性抗摩剂;另一种是摩擦活性抗摩剂。黏附活性抗摩剂是压缩机的第一层保护，它能吸附在金属表面上，形成一层强抗压保护薄膜，就像操作部件之间的一个润滑垫子，减少金属之间的摩擦和表面损耗。摩擦活性抗摩剂是压缩机的第二层保护，它能够在温度和压力的作用下，对被磨损的表面进行填补和修复，并且在黏附活性保护膜失效时，提供保护作用，形成新的保护膜，使压缩机的密封性能大大提高，延长了压缩机的使用寿命。

　　4、添加剂中还添加特殊的防腐抗氧化剂来保护压缩机组件。如前所述，添加剂加入空调系统中，与制冷剂一起循环，到达系统的各个部分，并且在组件表面形成一层保护膜，这种保护膜含有防腐抗氧化成分，使金属不被腐蚀及氧化。降低系统的衰耗，提高空调系统的使用寿命。

　　因此，湖南移动较多基站空调使用了添加剂，具体情况如下：

　　益阳、长沙、常德、湘潭、郴州、衡阳、永州、株洲等八个移动通信分公司从05年7月到06年12月安排了一定数量的空调使用了添加剂。使用添加剂效果怎么样呢?为此，我们组织厂商和分公司进行了现场测试，具体方法为：对空调不加添加剂的使用情况和加添加剂后使用的用电情况进行对比。这种方法在实际操作中有一定的误差，因为使用前和使用后机房周围环境温度是不一样的，但也有一定的参考价值。从大多数分公司反映的情况来看，还有一定的节能效果的，但也有分公司表示节能效果不是特别明显。该添加剂使用时间不长，对长时间使用的效果仍然有待观察。

　　三、利用动环监控节能

　　第一、直接利用动环监控系统控制空调

　　湖南移动进行动环监控系统工程三期，其中较多基站采用了完全独立监控。完全独立监控系统可以对基站的监控量进行遥测和遥控。因此监控人员可以根据环境温度，对基站的空调开关机。所以减少了维护人员的维护工作量，同时亦可以节电节能。这种方式对节能有一定的作用，但人为方式较多，不够智能化。

　　第二、 利用动环监控系统智能通风

　　动环监控系统通过检测室内外的温湿度的变化，利用室外低温空气(经过过滤)给机房设备散热，关闭空调达到节能的目的，并大幅度降低电能消耗和运行成本，延长空调使用寿命。

　　假定机房设置温度Ts，湿度为RHs，则系统工作原理如下所述：当Te-Ti、RHe落在通风机组可以工作的范围时，则开启通风机组，关闭空调(e表示外部，i表示内部);否则，关闭通风机组开启空调。 当室内温度仅需一台空调可以降温时，则只开启一台空调，然后按规定的时间轮流倒换。系统采用优先降温原理设计，采用模糊控制理论控制，保证设备运行的安全性。系统留有2个隔离的标准RS232/RS485接口，一方面保证与SC的联网及提供SC的全程实时联网监控。另一方面，系统可以级联多个带有接口的智能空调，充分利用智能空调的资源实现对空调的控制、温度调整、设置等。对于已建动环系统的本地网，则可以利用接口协议及对多种连接方式的支持，很容易接入到监控系统中。

　　在一年四季中，由于机房热源的发热量基本恒定，而环境温度变化较大。可供室外空气交换的热量随季节不同而变化，因此，使用动环监控系统智能通风后，除开天气炎热的夏季白天之外，几乎一年四季的其它时间都有机会利用通风来降温。在中秋到春末基本上可以不使用空调而只使用通风机组工作。在夏季的早晚时段，很多地区仍可以使用通风机组工作。由此可见，在使用动环监控系统智能通风后，一年四季开启空调的时间会大大降低，由于动环监控系统智能通风耗电非常低(一般基站为200W左右)，由此带来的电能损耗则大大下降。

　　环监控系统智能通风对节能降耗有较好的效果，但由于在基站直接开口安装智能通风设备，改变了基站的土建结构，导致了室内室外空气同为一体，空气的湿度、洁净度得不到保证，同时这种直接通风有可能遭鼠害。所以为基站移动通信设备带来了更多的维护量，不宜大规模使用。气候条件适宜、空气湿度适中、洁净度的基站可以尝试。

　　(作者：湖南移动公司 彭建伟 刘学红)