某機房配電系統設計

文｜北京誠高科技發展有限公司 田博光

機房工程中配電系統是非常重要的，如果機房內不能保證正常供電，設備也不能很好地工作，甚至發生事故，進而損壞設備或傷人。所以保證機房內設備的正常供電是機房配電系統要實現的最終目的或根本宗旨。

在機房配電系統的設計和實施中執行相關國家標準為實現機房正常供電提供了基本保證。按照國家標準，機房配電系統應滿足保障人身安全、配電可靠、電能質量合格、節能、技術先進、經濟合理、安裝和維護方便的要求。實際情況是比較復雜的，如何實現上述要求，常常需要反復進行方案設計；設計中還要不斷地與用戶溝通，消除誤解，最后做出可行的用戶滿意的方案。設計這一步非常關鍵，因為設計指導施工，也決定驗收標準。當然做出滿足要求的設計不是唯一的；但最佳方案應是唯一的。一般來說，設計者個人處于局部位置，其知識水平、經驗都是有限的，找到宏觀上的最佳方案是較難的，或者說，你認為是最佳方案了，可在別人看來并不是最佳方案，可能還有更好的。所以，設計方案的交流與討論很重要，它可以使我們的設計不斷向最佳接近。

為此，本文介紹某公司托管機房工程配電系統設計方案，希望與同行討論并得到專家的指教。

1 總體情況

機房總面積：600m2（其中機房430 m2）；

機柜數量：50個；

UPS 系統：80kVA×2，雙母線；

接地系統：本樓層原有；

供電路數及每路最大供電量：二路分別來自1250kVA、1600kVA變壓器，200A/3P斷路器/路，要自動切換且該兩路電源需定期維護；供電距離：380m；

機柜是否雙路供電：每個機柜雙路供電；

空調設置：商用 3臺，精密 2臺 舒適性3臺，新風機 2臺；

照明設置：嵌入式反射燈 3×40W：31盞；3×20W：46盞；

插座設置：五孔（10A/250V）43個，地插 5個；

應急燈方式：抽管方式，5×36W，UPS供電；

緊急出口、疏散標志方式：自發光；

備用電源：暫無油機但以后要配置，方案中需預留接口。

2 機房配電柜（SRPD）

大樓配電室只能給該機房兩路供電且每路由200A空開控制，每路分別來自一個大變壓器（1250kVA、1600kVA）；大樓配電室在地下二層，機房在三層。這樣就從地下二層引兩路供電到三層，線纜長度380m/路，進入《機房供電柜SRPD》，分別接到空開GD2和GD3輸入端上；稱為“配電室電源1”和“配電室電源2”，GD2和GD3的下端分別接到自動轉換開關ATS2的輸入端上，GD2下端同時接到ATS2的一個輸入端上，GD2和GD3的下端分別設有兩路電源的電能計量，如圖1所示。

圖1

ATS2的輸出經空開FGD2加到圖中的右側母排上，動力部分，向空調、新風機、照明供電。“配電室電源1”也通過GD2加到自動轉換開關ATS1的輸入端上，平時通過ATS1經FGD1向圖中左母排供電，即向UPS系統供電；另設油機接口，可在特殊情況下通過空開GD1、ATS1和FGD1向UPS系統供電和GD4、FGD2向動力部分供電。ATS1和ATS2 都可設定在自動狀態，ATS2優選“配電室電源2”供電；ATS1優選“配電室電源1”供電。

當大樓配電室維護“配電室電源1”時，即停止“配電室電源1”供電時，UPS系統通過自身的后備電能（在滿載下，近70分鐘/臺）繼續向負載供電，或啟動柴油發電機連續供電。當大樓配電室維護“配電室電源2”時，即停止“配電室電源2”供電時，ATS2自動切換到“配電室電源1”供電，但在此之前，系統自動將空開 FGD1跳開，以保證“配電室電源1”不超載；此時UPS系統由電池放電維持向負載供電，并由ATS1發出信號，啟動柴油發電機供電。

市電完全停止時，可啟動油機，閉合GD1，斷開 GD2、GD3，再閉合GD4、FGD1、FGD2，油機向左側母排和右側母排供電；如果油機容量不足，可斷開FGD1，只向動力部分供電，UPS系統由電池供電。空開FGD2內設有脫扣器，可與消防系統聯動。空開GD1、GD2、GD3、FGD1、FGD2可 在 ATS1或ATS2 故障時，使其完全斷電，進行檢修或更換。

圖1中左側母排和右側母排上分別設有一級防雷保護。

該柜在使用中不能超載，兩路電源，每路供電量132kVA。

在A、B點間設一個200A斷路器，內置交流220V欠壓線圈；線圈的一端接A點（單相），另一端通過斷路器GD2、GD3的串聯的常閉輔助觸點接N，當GD2、GD3主觸頭任一個閉合時，通過其輔助觸點斷開欠壓線圈的供電通路，從而使GD4不能閉合，保證在B點有電時GD4合不上。

只有當GD2、GD3主觸頭都斷開時，才能使欠壓線圈通電，從而可閉合GD4。這樣油機就可向 UPS和動力部分同時供電或只向其中之一供電，最好只向動力部分供電，UPS系統由電池放電。這種方式能避免油機供電與電網供電相遇的危險。

由于平時GD4內的欠壓線圈是不通電的，所以用欠壓線圈方式比脫口器方式更節能、更安全；且220V取自A點也增加了GD4閉合的條件，即發電機正常供電，如圖2所示。

圖2

盡管大樓配電室的供電空開已是200A，為了充分利用供電容量，系統的主進開關及其以下的空開也選擇了200A，這樣，它們的選擇性只能靠上下級斷路器的短延時動作時間差來解決。

3 UPS輸出配電柜（SCPD）

兩臺UPS 輸出分別通過柜中的200A斷路器加到A電源和B電源的主母排上。每個主母排上帶有四組分母排，它們分別向機房1、機房2、機房3 和網絡機房供電；在各機房的分母排上設有電能計量表，以檢測三個機房的用電量。

主母排上設有三級防雷保護，如圖3所示。

機房1內有17個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

圖3

機房2內有15個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

機房3內有18個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

網絡機房內的6個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A。

B電源的主母排上還設有5路用于地插的微斷（16A），地插分別設在辦公室1、辦公室2、辦公室3和值班室內。

該柜由UPS系統供電，在使用中不能超載，UPS系統額定輸出80kVA。

4 分析UPS輸出配電柜（SCPD）向各機柜的供電情況

（1）對于A電源

網絡機房機柜耗電16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜，應急照明用電36W×5=180W，180/0.65=276VA，給3個機房機柜的供電為80-21.12-0.28=58.6kVA，平均每個機柜可得58.6/（17+15+18）=1.17kVA/柜。

（2）對于B電源

網絡機房機柜耗電16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜， 地 插用 電 16×5=80A，80×220=17.6kVA，給3個機房機柜的供電為80-21.12-17.6=41.28kVA，平均每個機柜可得41.58/（17+15+18）=0.83kVA/柜。

由于每個機房（A或B）電源主開關容量足夠大（63A或100A），即使到機柜的每路（16A）都達到16A，它們也不會跳開，而此時 UPS早已過載，所以使用中，除要保證本路不過載（16A）還要注意UPS不超載，如圖4所示。

根據經驗數據，上下級斷路器容量比大于1.6倍即可滿足選擇性。系統中，除配電柜內的8個200A空開外，由于上下級空開容量相差很大，所以都具有選擇性。

精確計算系統中各級的預期短路電流是很繁瑣的，一般通過經驗或簡便算法得出。本方案中，主進斷路器所需的分斷容量是這樣考慮的：兩路供電的上級變壓器容量分別是1250kVA和1600kVA，各自通過一個200A斷路器向三層機房供電；由于每路負荷已接近滿額，為了充分利用容量，機房的主進斷路器也用200A的。大樓配電室內的兩個斷路器的分斷容量應能承受預期的變壓器短路電流，如果按簡便算法I≈1.44×P/UK（P為變壓器功率，kVA；UK為阻抗電壓百分數，本例中可取6%），其值約為1.44×1600/0.06=38.4kA，這種分斷容量的選擇不在本方案范圍內。機房的主進斷路器的預期短路電流應為上級斷路器的瞬時脫扣電流，一般為6～16In，取最大值為16×200=3.2kA，另外，由于供電距離較長（380m），實際可達到的預期的短路電流應小于3.2kA；實選NS250NTMD/3P 200A/36kA，36kA＞＞3.2kA，完全滿足要求。以下各級的預期短路電流也會小于3.2kA，而施耐德微斷C65N型的分斷容量為6kA，也完全滿足要求。

圖4

圖5

圖6

另外，目前節能燈具用的電子鎮流器功率因數有的較低，例如：某專用電子鎮流器：20W～24W，功率因數：0.65。這樣一來，實際耗電就要比標稱功率大得多，如按功率計算為0.11A，考慮功率因數后為0.17A，相應斷路器的容量就要加大，不能只按其標稱功率計算電流。

UPS系統選擇兩臺艾默生80kVA的，后備時間70分鐘/臺，兩臺UPS的輸出形成雙母線，向雙電源負載供電。如見圖5所示。由于資金關系，致使所選UPS容量是偏小的。

每臺UPS配三組電池，即三個電池柜，除總電池開關外，每組電池設置一個空開，這樣使用維護都很方便；電池柜內配置如圖6所示。三組電池電纜同時接到UPS設備的總電池開關下口不易連接，所以特設了一個匯流排箱。