論240V高壓直流供電技術在油田信息機房中應用的可行性分析

齊國富 田雨 杜玉剛 王斌

［摘要］ 隨著IT行業的高速發展，信息機房的規模越來越龐大，設備越來越復雜，用電安全以及節能問題日益凸顯。相對于UPS電源，高壓直流供電技術以其安全性、可靠性以及節能方面的巨大優勢已經在國內機房供電方面嶄露頭角。本文通過對高壓直流供電技術的介紹，結合油田信息機房的現狀，討論高壓直流供電技術在油田信息機房中應用的可行性。

［關鍵詞］ 高壓直流；供電技術；信息機房；可行性

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 13. 033

［中圖分類號］TP308［文獻標識碼］A［文章編號］1673 - 0194（2014）13- 0052- 02

據江蘇鹽城電信試點得出的數據，用高壓直流替代傳統的ＵＰＳ供電，整個生命周期內平均節能２０％~３０％，相對于新建ＵＰＳ系統則可平均節省投資超過４０％。另外高壓直流供電系統從根本上克服了ＵＰＳ存在的單點故障問題，且維護操作方法簡便，使得系統的安全性、可靠性大大提高，在節能減排方面也有著優異的表現。

１通信用高壓直流技術簡介

通信用高壓直流電源（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ，HVDC），是一種新型的直流不間斷供電系統，這里說的高壓是相對傳統的－４８Ｖ直流通信電源而言。２００９年１２月，工信部推出了通信標準類技術報告《通信用２４０Ｖ直流供電系統技術要求》。ＨＶＤＣ系統主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監測單元及監控模塊組成。正常工作情況下，整流模塊將交流配電源輸出的３８０Ｖ交流轉換成２４０Ｖ高壓直流，高壓直流經直流配電單元給通訊設備供電，同時也給蓄電池充電。當交流輸入發生故障時，由蓄電池給通訊設備供電。

２高壓直流在油田信息機房應用的可行性分析

隨著電源技術的發展，高壓直流供電模式由于其拓撲簡單、擴容方便等特點引起了人們的關注。高壓直流供電方式逐步從實驗室走向市場，雖然其技術和應用還需和實際設備進一步磨合，但高壓直流供電代表了技術發展的一種趨勢。

２．１ 高壓直流供電的優點

（１）可靠性高。主要有兩個方面：一是直流供電蓄電池的輸出和電源整流模塊的輸出并聯在負載端，當外電停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，母線電源是不間斷的，確保供電的連續性。二是采用直流輸出，無諧波干擾。

（２）效率高，能耗低。和交流ＵＰＳ系統相比，直流供電省掉了逆變環節，而一般逆變的損耗在５％左右，同時又沒有諧波損耗，因此電源的效率得以提高。據實驗證明，可節能１０％~１５％。其次，由于直流電源采用了模塊化的設計，并聯輸出，使每個模塊的使用率可達到７０%～８０％，比交流ＵＰＳ系統提高了很多。

（３）擴容便捷。首先，由于直流供電采用模塊化結構，單機擴容容易實現，只要增加相應的模塊即可。其次，由于是直流輸出，不存在相位和頻率的問題，多機并聯變得簡單易行，電源并機容易實現。

（４）不存在“零地”電壓等不明問題的干擾。因為是直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明的故障。

２．２ 為什么直流電源可以替代交流電源

首先看負載設備內部，一般來說，設備的電源部分為獨立的電源模塊。雖然設備的輸入電源是交流的，但是設備電源的最終輸出還是直流，其核心部分還是ＤＣ／ＤＣ變換，只要我們輸入一個合適的直流電壓給變換部分，設備就可以正常工作。

３高壓直流應用中存在的問題

高壓直流供電雖然有以上列舉的種種優點，但也存在著缺點和面臨的問題：

（1）配電開關性能要求高，對于交流電，電流在周期內會有過零點，當短路時，過零點的存在使開關斷開時產生的電弧容易滅弧。而如果是直流電，不存在過零點，滅弧相對困難。

（2）現在市場上選用的開關器件大都按照２２０ＶAC／３８０ＶAC來設計，但直流開關器件和交流開關器件在要求上是不同的，所以在直流供電系統中，必須采用符合安全要求的直流配電器件，這會相應增加建設成本。

（3）高壓直流供電大規模市場運用還需要很長一段路要走。油田信息機房設備種類繁多，雖然機房大部分使用開關電源的設備都可以用直流電源供電，但也有很多設備不能直接使用。如：①少數設備的電源輸入端有工頻變壓器，輸入直流會產生短路。②具有輸入端頻率檢測啟動的設備不能直接進行使用。③具有啟動過壓保護功能的設備，不能直接進行使用。④部分電源對地設計有電感濾波，雖然不影響使用，但會造成正極接地。⑤風扇類設備要區別對待，交流輸入的風扇使用直流電源會產生短路。⑥顯示器設備區別對待，ＣＲＴ（陰極射線管）顯示器，內部有交流激勵回路的，不能使用直流供電。

４高壓直流供電應用建議

高壓直流雖然有諸多優勢，也是未來ＩＤＣ機房供電系統的主流方向，但目前國內機房中，高壓直流應用處于起步階段。未來幾年將出現高壓直流與傳統交流ＵＰＳ混合并存過渡時期。

建議如下：

（１）新建ＩＤＣ機房、以ＩＴ系統主機類為主的機房以及數據設備機房建議采用高壓直流供電系統。

（２）原有機房擴容，對擴容更新設備應采用高壓直流供電系統，原有ＵＰＳ損壞或到壽命到期時，應改造為高壓直流供電系統。

（３）對于核心ＩＴ網絡設備、集中計費系統設備、重要客戶ＩＴ設備，應采用備份雙母線高壓直流供電系統，過渡期機房可采用交直流備份供電系統。

（４）對于ＵＰＳ供電系統負荷白晝變化較大的，如各類呼叫中心、各類申告受理中心等ＩＴ系統，這類系統能耗特大，從節能角度考慮，宜盡早采用高壓直流供電系統取代ＵＰＳ供電。

（５）對于需要不間斷供電的網絡末端通信設備，如高層樓宇ＥＰＯＮ設備、二層和三層交換機等，宜采用高壓直流供電而不應考慮-４８Ｖ電源系統或交流ＵＰＳ系統。

隨著長慶油田油氣上產和數字化、信息化建設的不斷推進，以及企業對于生產節能減排要求的逐步提升，作為交換和傳輸油田的鉆探、采油、輸油、煉化作業以及辦公、社區服務等數據信息的關鍵節點，數字化信息機房的電源安全保障以及節能減耗無疑成為提高工作效率的重要工作。高壓直流供電技術以其低投資、高可靠性、低運營成本、低耗能的優勢，成為一種ＵＰＳ替代技術和很好的解決手段。