［劉斌 黃自強(qiáng)］

1 引言

某運(yùn)營(yíng)商通信生產(chǎn)樓為2000年建成，相關(guān)電源配套設(shè)備均于2001投產(chǎn)運(yùn)行。局房分為通信主樓，共27層，其中地下1層，主要為低壓配電室，地上26層為生產(chǎn)用房，其中3層空置，可作為本期IDC機(jī)房，其他樓層沒(méi)有空置房間；高壓配電室、變壓器室、柴油發(fā)電機(jī)房均設(shè)置在附屬樓。

大樓從兩個(gè)獨(dú)立變電站分別引入兩路10 kV電源，高壓配電室設(shè)置1套高壓配電系統(tǒng)，共13臺(tái)高壓配電柜，主供和備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)具備機(jī)械和電氣聯(lián)鎖，用一備一，每路引入容量為4 000 kVA；配置4臺(tái)1 000 kVA干式變壓器，其中1#、2#主要為通信負(fù)荷供電（兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，峰值負(fù)荷為935 kVA），3#、4#主要為空調(diào)負(fù)荷供電（兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，峰值負(fù)荷為478 kVA）；每臺(tái)變壓器輸出通過(guò)2 500 A密集母線連接至低壓配電設(shè)備，現(xiàn)有低壓配電設(shè)備無(wú)可用輸出端子。大樓低壓配電室和油機(jī)室平面如圖1所示，大樓供電系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖1 大樓低壓配電室和油機(jī)室平面圖

圖2 大樓供電系統(tǒng)圖

2 現(xiàn)狀分析

根據(jù)大樓供電現(xiàn)狀，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)分析大樓電力系統(tǒng)存在以下問(wèn)題需整改。

（1）中性線截面積不應(yīng)小于相線截面積。供電系統(tǒng)圖（現(xiàn)狀）中有油機(jī)到油機(jī)輸出柜的電纜，油機(jī)輸出柜到低壓柜的電纜，3#、4#變壓器器輸出柜到低壓柜的電纜，這幾段的電纜的零線線徑小于相線線徑。根據(jù)GB 50174-2017要求配電線路的中性線截面積不應(yīng)小于相線截面積[1]，建議增加零線電纜根數(shù)，使相線和零線電纜線徑至少同截面積。因?yàn)楣╇娋€路中易產(chǎn)生諧波電流及三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象，而中性線含三相諧波電流的疊加及三相負(fù)荷不平衡電流，實(shí)測(cè)往往等于或大于相線電流，故中性線截面積不應(yīng)小于相線截面積。

（2）設(shè)備與標(biāo)識(shí)不匹配。供電系統(tǒng)圖（現(xiàn)狀）中，高壓柜AH6（4#變壓器）連接的是2#變壓器，高壓柜AH9（2#變壓器）連接的是3#變壓器，高壓柜AH10（3#變壓器）連接的是4#變壓器；造成設(shè)備名稱與標(biāo)識(shí)指向?qū)?yīng)不上，容易使人混亂，易發(fā)生誤操作。應(yīng)將高壓柜變壓器編號(hào)與之所接入的變壓器編號(hào)一致。

（3）主備電源同源。1#和2#變壓器、3#和4#變壓器為并列運(yùn)行，聯(lián)入的是同一路市電而且所帶的也是同一種設(shè)備負(fù)荷。該局房為雙路市電供電，這種配電架構(gòu)沒(méi)有體現(xiàn)出雙路市電可靠性和優(yōu)越性，極易造成主、備兩路同時(shí)停電的現(xiàn)象；建議將2#和3#變壓器進(jìn)線開(kāi)關(guān)互換，即2#變壓器接高壓AH9柜，3#變壓器接高壓AH6柜；將3#變壓器輸出柜到4#低壓進(jìn)線柜的電纜拆除，所有聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。這樣1#和2#變壓器、3#和4#變壓器分別引入不同的兩路市電，對(duì)于說(shuō)接入的低壓配電系統(tǒng)上通信或空調(diào)設(shè)備來(lái)說(shuō)才是真正意義上的雙路供電。正常工作時(shí)1套低壓系統(tǒng)的兩臺(tái)變壓器各帶一段，有一路停電或檢修時(shí)，另一路的變壓器帶全部，當(dāng)兩路都停電時(shí)，油機(jī)帶全部[1]。

（4）變壓器和高低、壓設(shè)備存在超期服役現(xiàn)象。局房為2000年建成，相關(guān)電源配套設(shè)備均于2001投產(chǎn)運(yùn)行，根據(jù)《中國(guó)聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程（2013年修訂版）》規(guī)定，本局房的高低壓和變壓器運(yùn)行超過(guò)20年，構(gòu)成超期服役，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備更新。鑒于1#和2#變壓器負(fù)荷率較高（接近變壓器容量95%），又超期服役，安全隱患較大，建議先對(duì)這兩套變壓器進(jìn)行更新擴(kuò)容，其他設(shè)備應(yīng)制定更新計(jì)劃和割接方案，分步驟按計(jì)劃進(jìn)行更新。

3 建設(shè)需求

把大樓3層改造成IDC機(jī)房，機(jī)房按照T3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[2]。機(jī)房建筑面積701平米，層高4米，梁下凈高3.5米。機(jī)房采用微模塊建設(shè)方式，單機(jī)架尺寸（寬*深*高）600 mm*1 200 mm*2 200 mm，單機(jī)柜平均功耗4 kW，電池后備時(shí)間15分鐘，樓板均布活荷載10 kN/m2。

本期建設(shè)需求160個(gè)服務(wù)器機(jī)架，其中120個(gè)為機(jī)架租賃，40個(gè)為自有業(yè)務(wù)，并考慮一定的發(fā)展冗余。

4 機(jī)房規(guī)劃

3層機(jī)房采用微模塊建設(shè)方式，列間空調(diào)制冷，上走線；機(jī)房共規(guī)劃6個(gè)雙列微模塊，2個(gè)單列微模塊，共計(jì)267個(gè)機(jī)位，規(guī)劃成為3個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)：自用業(yè)務(wù)區(qū)、機(jī)架租賃區(qū)和業(yè)務(wù)發(fā)展區(qū)。

其中自用業(yè)務(wù)區(qū)可提供41個(gè)機(jī)柜，機(jī)架租賃區(qū)可提供130個(gè)機(jī)柜，可滿足近期業(yè)務(wù)需求；業(yè)務(wù)發(fā)展區(qū)預(yù)留96個(gè)機(jī)柜，給業(yè)務(wù)的發(fā)展需求做預(yù)留。3層IDC機(jī)房平面規(guī)劃如圖3所示。

圖3 3層IDC機(jī)房平面規(guī)劃圖

由于通信用變配電系統(tǒng)基本滿載，不能滿足新增機(jī)房負(fù)荷需求，需要對(duì)這套變配電系統(tǒng)擴(kuò)容；而因機(jī)房改造新增的電源系統(tǒng)也需要安裝場(chǎng)地。因此將地下室低壓配電室旁邊的3處空置房分隔改造成新低壓配電室、UPS室和電池室，具體布局如圖4所示。

圖4 地下室分隔改造布局圖

5 IDC機(jī)房設(shè)計(jì)方案

5.1 機(jī)房配套

將機(jī)房重新粉刷，鋪設(shè)防靜電地板，架空高度20 CM，一方面用于空調(diào)管路布放，另一方面可滿足日后機(jī)房等保認(rèn)證的條件。

機(jī)房采用微模塊布置，冷通道封閉。主列假設(shè)雙層走線架，兩層走線架之間設(shè)置尾纖槽道，做到電源線、數(shù)據(jù)線和尾纖三線分離，設(shè)備列采用微模塊的架頂走線槽。左、右側(cè)微模塊各確定一個(gè)機(jī)柜安裝ODF子框，作為此區(qū)域的光纜接入及跳纖使用。

UPS室及電池室架設(shè)走線架采用上走線，并與低壓配電室及三樓機(jī)房打通相連。

在機(jī)房新建一套接地系統(tǒng)，通過(guò)接地銅排與大樓地網(wǎng)相連。

5.2 機(jī)房電源

由于服務(wù)器的電源對(duì)高壓直流不是100%兼容，所以還是選用UPS電源為本機(jī)房的供電電源。本機(jī)房選用模塊化UPS電源，應(yīng)具備ECO模式，功率模塊具備休眠工作模式，并具有手動(dòng)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能，有效提高設(shè)備帶載率，整機(jī)效率大于96%。

本期工程機(jī)房電源采用UPS(N+1)+市電直供的供電方式。機(jī)房近期機(jī)柜新增171個(gè)，單機(jī)柜平均功耗4 kW，共計(jì)新增設(shè)備功耗684 kW，根據(jù)公式E≥1.2P（功因取0.9）計(jì)算[1]，計(jì)算得出UPS容量為912 kVA，根據(jù)UPS帶載率不超過(guò)90%的原則，配置3臺(tái)450 kVA模塊化UPS電源，采用N+1運(yùn)行方式。UPS電源輸出配置4臺(tái)抽出式開(kāi)關(guān)柜，內(nèi)設(shè)3個(gè)800 A/3P框架斷路器作為3臺(tái)UPS的輸出，1個(gè)1 250 A/4P框架斷路器作為這套UPS外部維修旁路（掛鎖），配置12個(gè)200A/3P抽出式開(kāi)關(guān)作為列頭柜輸出開(kāi)關(guān)；配置2個(gè)市電直供柜，內(nèi)設(shè)1個(gè)1 250 A/3P框架斷路器，12個(gè)200 A/3P抽出式開(kāi)關(guān)作為列頭柜輸出開(kāi)關(guān)。UPS電源接入新1#低壓配電系統(tǒng)，市電直供柜接入新2#低壓配電系統(tǒng)。

UPS電源后備時(shí)間不少于15分鐘，根據(jù)公式Q=1.25×W/0.9/240/N（W為負(fù)載功率，N為2），根據(jù)每臺(tái)UPS電源配置4組550W/480V的高倍率電池。

遠(yuǎn)期新增96個(gè)機(jī)柜，新增負(fù)荷384 kW，配置2臺(tái)500 kVA模塊化UPS電源，建議采用2N雙母線的運(yùn)行方式，UPS電源后備時(shí)間15分鐘，每臺(tái)UPS電源配置4組550 W/480 V的高倍率電池。每臺(tái)UPS電源輸出配置2臺(tái)抽出式開(kāi)關(guān)柜，內(nèi)設(shè)1個(gè)800A/3P框架斷路器作為UPS的輸出，1個(gè)800A/4P框架斷路器作為UPS外部維修旁路（掛鎖），配置8個(gè)200A/3P抽出式開(kāi)關(guān)作為輸出開(kāi)關(guān)；這部分電源設(shè)備需在UPS室和電池室做場(chǎng)地預(yù)留。

5.3 機(jī)房空調(diào)

機(jī)房左右跨度34米，送風(fēng)距離超過(guò)15米，不建議采用房間級(jí)空調(diào)，建議采用列間空調(diào)。微模塊選用制冷量48kW的列間空調(diào)，且有柱子的微模塊空調(diào)也不減配。雙列微模塊空調(diào)采用4主1備的運(yùn)行方式，單列微模塊空調(diào)采用2主1備的運(yùn)行方式?？照{(diào)系統(tǒng)應(yīng)選用帶氟泵功能的雙循環(huán)空調(diào)，并采用蒸發(fā)冷凝的輔助措施將空調(diào)能耗降至最低。

本期工程選用的列間空調(diào)帶雙電源自動(dòng)切換模塊，機(jī)組具備氟泵雙循環(huán)功能采用集中式風(fēng)冷冷凝器，減少室外占地面積。機(jī)組DX能效3.5氟泵0℃能效比>13.6（純泵模式），-5度能效比>20.4。本期共新增制冷量48 kW的列間空調(diào)23臺(tái)，其中主用18臺(tái)。配置兩臺(tái)630 A/380 V空調(diào)配電柜，作為空調(diào)主備電源，在空調(diào)側(cè)自動(dòng)、手動(dòng)切換，一臺(tái)空調(diào)配電柜接入3#低壓配電系統(tǒng)，另一臺(tái)接入4#低壓配電系統(tǒng)。機(jī)房微模塊配置見(jiàn)表1所示。

表1 機(jī)房微模塊配置統(tǒng)計(jì)

按照UPS轉(zhuǎn)換效率95%計(jì)算，配置2臺(tái)制冷量30 kW的氟泵雙循環(huán)空調(diào)放置于UPS室。電池室在地下室可不配置空調(diào)，設(shè)置一套換氣扇，通過(guò)風(fēng)管引至室外。

5.4 變配電系統(tǒng)的改造方案

大樓為2000年建成，相關(guān)電源配套設(shè)備均于2001投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行年限超20年，存在超期服役，需要對(duì)這些設(shè)備有計(jì)劃地、逐步、分批更新。

首先將1#、2#和3#、4#低壓系統(tǒng)解列，改為2N結(jié)構(gòu)，按一主一備方式。平時(shí)低壓母聯(lián)斷開(kāi)，兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行各帶一段。其中有一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）由另外一臺(tái)變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷。將2#和3#變壓器進(jìn)線開(kāi)關(guān)互換，即2#變壓器接高壓AH9柜，3#變壓器接高壓AH6柜，這樣1#和2#變壓器、3#和4#變壓器分別引入不同的兩路市電，組成真正意義上的2N結(jié)構(gòu)[1]。

（1）1#、2#變配電系統(tǒng)

本期變壓器1#、2#系統(tǒng)新增設(shè)備負(fù)荷805.5 kW，補(bǔ)償后847.89 kVA，遠(yuǎn)期（機(jī)房終局）變壓器1#、2#系統(tǒng)新增設(shè)備負(fù)荷1 257 kW，補(bǔ)償后1 323.16 kVA。1#、2#變配電系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 1#、2#變配電系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

現(xiàn)1#、2#變壓器峰值負(fù)荷為935 kVA，機(jī)房終期設(shè)備最大負(fù)荷1 323.16 kVA，共計(jì)2 258.16 kVA。將現(xiàn)有1#、2#變壓器更換成2500 kVA的容量，變壓器到輸出柜的母線做相應(yīng)更換。變壓器峰值帶載率90.3%，小于95%，滿足變壓器安全帶載要求，方案可行。

在新低壓配電室設(shè)置2套低壓配電系統(tǒng)，將自1#、2#變壓器輸出柜各引1路母線至新建的2套低壓配電，每個(gè)變壓器各帶一套低壓配電系統(tǒng)，采用2N架構(gòu)，按一主一備方式。平時(shí)低壓母聯(lián)斷開(kāi)，兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行。其中有一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）由另外一臺(tái)變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷。每套系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)市電油機(jī)切換柜，接入油機(jī)電源[1]。

本期中1#、2#的新舊低壓系統(tǒng)同時(shí)存在，因?yàn)楦罱邮且粋€(gè)耗時(shí)而又細(xì)致的工作，需要逐步進(jìn)行。

（2）3#、4#變配電系統(tǒng)

本期變壓器3#、4#系統(tǒng)新增空調(diào)負(fù)荷250.28 kW，補(bǔ)償后263.45 kVA，遠(yuǎn)期（機(jī)房終局）變壓器1#、2#系統(tǒng)新增空調(diào)負(fù)荷484.23 kW，補(bǔ)償后407.77 kVA。3#、4#變配電系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3所示。

表3 3#、4#變配電系統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

現(xiàn)3#、4#變壓器峰值負(fù)荷為478 kVA，機(jī)房終期空調(diào)最大負(fù)荷407.77 kVA，共計(jì)885.77 kVA?，F(xiàn)3#、4#變壓器容量1 000 kVA，變壓器峰值帶載率88.58%，小于95%，滿足變壓器安全帶載要求。但這兩臺(tái)變壓器超期服役，需要逐一更新替換。

將3#變壓器輸出柜到4#低壓進(jìn)線柜的電纜拆除，3#、4#變壓器將聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，平時(shí)各帶一段，若一路市電中斷，將聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，一臺(tái)變壓器帶全部。新增兩臺(tái)抽出式開(kāi)關(guān)柜，分別連接23#柜和33#柜的母排（可短時(shí)停電進(jìn)行操作），用于3樓機(jī)房空調(diào)主、備配電使用。

日后（本期不進(jìn)行這部分的工作），在1#、2#的舊低壓系統(tǒng)負(fù)載割接到新增的低壓系統(tǒng)上后，將舊低壓系統(tǒng)拆除。在其位置上新建2套低壓系統(tǒng)用于空調(diào)及建筑負(fù)荷，將3#、4#低壓系統(tǒng)負(fù)載割接到新建的這兩套低壓系統(tǒng)上。新建的這套低壓系統(tǒng)采用2N 配電結(jié)構(gòu)按一主一備方式，平時(shí)低壓母聯(lián)斷開(kāi)，兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行。其中有一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）由另外一臺(tái)變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷。每套系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)市電油機(jī)切換柜，接入油機(jī)電源。原低壓系統(tǒng)負(fù)載割接完成后拆除。

（3）油機(jī)供電系統(tǒng)

大樓設(shè)置2臺(tái)1 100 kW和1臺(tái)800 kW的油機(jī)，采用N+1運(yùn)行方式；3樓機(jī)房終局后通信設(shè)備最大負(fù)荷1 323.16 kVA，空調(diào)設(shè)備最大負(fù)荷885.77 kVA，共計(jì)2 208.92 kVA。因此需要新增一臺(tái)油機(jī)1 100 kW油機(jī)形成3+1的運(yùn)行方式。從2臺(tái)油機(jī)輸出柜各引出1條密集母線分別到新建的1#、2#低壓系統(tǒng)的市電油機(jī)切換柜，將油機(jī)電源引入低壓系統(tǒng)。

采用電纜布放的油機(jī)輸出電纜，零線線徑小于相線，建議增加零線電纜，使零線和相線的電纜線徑一致[1]?？紤]油機(jī)也存在超期服役現(xiàn)象，建議根據(jù)情況逐步替換。

6 結(jié)束語(yǔ)

IDC機(jī)房應(yīng)以“保證近期需求、適度控制規(guī)模、兼顧遠(yuǎn)期發(fā)展”為原則開(kāi)展建設(shè)。建設(shè)規(guī)模應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，考慮外市電容量、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力等因素進(jìn)行定性、定量分析后確定機(jī)架數(shù)和電力系統(tǒng)的改造。

大樓電力系統(tǒng)改造應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)業(yè)務(wù)需求分期分批啟動(dòng)建設(shè)，可合理儲(chǔ)備，在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上按照較高等級(jí)數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留。