面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文/胡鵬濤 高雅

1 面向5G的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)定義

考慮到5G 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)內(nèi)容的復(fù)雜性和多樣性以及敘述的方便，本文所闡述的“面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)”是從電源線路進(jìn)用戶起經(jīng)過(guò)高/低壓供配電設(shè)備到負(fù)載止的整個(gè)電路系統(tǒng)，將主要包括：高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)系統(tǒng)（ATSE，AutomaticTransferSwitchingEquipm ent）、輸入低壓配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)（UPS，UninterruptiblePowerSystem）系統(tǒng)、UPS列頭配電系統(tǒng)和機(jī)架配電系統(tǒng)、電氣照明、防雷及接地系統(tǒng)，如圖1所示。本文重點(diǎn)介紹高壓變配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)及柴油發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1.1 高壓變配電系統(tǒng)

主要是將市電（6kV/10kV/35kV，3 相）市電通過(guò)該變壓器轉(zhuǎn)換成（380V/400V，3 相），供后級(jí)低壓設(shè)備用電。

1.2 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

主要是作為后備電源，一旦市電失電，迅速啟動(dòng)為后級(jí)低壓設(shè)備提供備用電源。

1.3 輸入低壓配電系統(tǒng)

主要作用是電能分配，將前級(jí)的電能按照要求、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范分配給各種類型的用電設(shè)備，如UPS、空調(diào)、照明設(shè)備等。

1.4 UPS輸出列頭配電系統(tǒng)

主要作用是UPS 輸出電能分配，將電能按照要求與標(biāo)準(zhǔn)分配給各種類型的IT 設(shè)備。

1.5 機(jī)架配電系統(tǒng)

主要作用是機(jī)架內(nèi)的電能分配。

2 總體設(shè)計(jì)原則

面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下原則：

圖1：面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)示意方框圖

圖2：一路供電電源、一臺(tái)變壓器的10kV 主接線典型方案

圖3：一路供電電源、兩臺(tái)或以上變壓器的10kV 主接線典型方案

圖4：兩路供電電源的10kV 主接線典型方案

（1）根據(jù)國(guó)家、行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，建設(shè)安全、可靠、高速、可擴(kuò)展、可管控、綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心；

（2）規(guī)范性：符合國(guó)家部委相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、符合行業(yè)慣例；滿足消防驗(yàn)收及使用要求；不得改變建筑結(jié)構(gòu)和承重件；

（3）先進(jìn)性：選用先進(jìn)的方案和技術(shù)，充分考慮將來(lái)的各種要求，選用市場(chǎng)壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品。

（4）可靠性：應(yīng)具有抵御自然災(zāi)害如地震、火災(zāi)、水害、鼠蟲(chóng)害等的能力。

表1

圖5：柴油發(fā)電機(jī)組組件示意圖

圖6：基本型柴油發(fā)電機(jī)組

（5）環(huán)保：所選用材料應(yīng)環(huán)保、阻燃，無(wú)有害氣體，耐用,并考慮將來(lái)的環(huán)保要求。

（6）合理性：空間布局合理、美觀。

（7）經(jīng)濟(jì)性：設(shè)備及材料的選型遵守性價(jià)比原則及市場(chǎng)上容易采購(gòu)的原則并綜合考慮維護(hù)和運(yùn)行成本。

（8）安全性：在安全設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足相關(guān)機(jī)房安全規(guī)定要求，機(jī)房對(duì)設(shè)備、管理和網(wǎng)絡(luò)要具備很高的安全性。

總之，面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)中應(yīng)充分考慮和利用現(xiàn)有各種資源，既要考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性和有效性，又要考慮其實(shí)現(xiàn)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

3 高壓變配電系統(tǒng)

面向5G 的數(shù)據(jù)中心高壓變配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)聯(lián)系市電供電網(wǎng)絡(luò)和用戶的中間環(huán)節(jié)，它起著變換和分配電能的作用。從電壓等級(jí)而言，該系統(tǒng)主要會(huì)涉及到35kV/10kV/6kV/3kV 等電壓等級(jí)。主要的主接線方案如下：

3.1 一路供電電源、一臺(tái)變壓器的10kV主接線典型方案

方案說(shuō)明：變壓器一次側(cè)設(shè)計(jì)采用線路-變壓器組單元接線，二次側(cè)設(shè)計(jì)采用單母線接線。

（1）設(shè)計(jì)專用電能計(jì)量柜，柜中設(shè)計(jì)專用的、精度等級(jí)為0.2 級(jí)的互感器（CT）。（注：該互感器不得與保護(hù)、測(cè)量回路共用）。

（2）高壓側(cè)設(shè)計(jì)電壓測(cè)量柜以測(cè)量、監(jiān)視電壓，并提供交流操作電源。

（3）變壓器的控制及保護(hù)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)與熔斷器組合電器，而未采用高壓斷路器，以降低投資和簡(jiǎn)化二次接線。

（4）低壓進(jìn)線總開(kāi)關(guān)和低壓出線開(kāi)關(guān)均采用低壓斷路器，可帶負(fù)荷操作且恢復(fù)供電快。

（5）變電所的負(fù)荷無(wú)功補(bǔ)償采用低壓母線集中補(bǔ)償方式，選用低壓成套無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，與其他低壓開(kāi)關(guān)柜并排安裝。

3.2 一路供電電源、兩臺(tái)或以上變壓器的10kV主接線典型方案

方案說(shuō)明：變壓器一次側(cè)設(shè)計(jì)采用單母線接線，二次側(cè)設(shè)計(jì)采用單母線分段接線。

（1）10kV 側(cè)設(shè)計(jì)采用單母線接線。

（2）高壓開(kāi)關(guān)柜采用戶內(nèi)金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜，柜內(nèi)配置真空斷路器。

（3）高壓側(cè)設(shè)有專用電能計(jì)量柜和電壓測(cè)量柜。

（4）低壓側(cè)采用單母線分段接線。

（5）低壓開(kāi)關(guān)柜采用GCK低壓抽出式柜。

（6）兩臺(tái)變壓器為互為備用運(yùn)行方式，正常運(yùn)行時(shí)，低壓母聯(lián)斷路器斷開(kāi)。

3.3 兩路供電電源的10kV主接線典型方案

方案說(shuō)明：變電所有兩路外供電源供電。

（1）變壓器一次側(cè)設(shè)計(jì)采用單母線分段接線，二次側(cè)也設(shè)計(jì)采用單母線分段接線。

（2）兩路電源均設(shè)置電能計(jì)量柜。

（3）備用電源的投人方式可采取手動(dòng)投入，也可采取自動(dòng)投入。

（4）低壓進(jìn)線柜放置在中間，而低壓出線柜則放置在兩側(cè)，以便于擴(kuò)建時(shí)添加出線柜。

4 低壓配電系統(tǒng)

4.1 低壓設(shè)備配置原則

（1）中心的變壓器及低壓配電設(shè)備集中部署，靠近負(fù)荷中心，縮短電力路由，減少有色金屬用量，降低能量損耗；

（2）變壓器容量應(yīng)選用≥2000kVA 大容量變壓器，便于調(diào)配容量；

（3）采用2N(1+1)運(yùn)行方式的變壓器，每套高壓系統(tǒng)的兩段高壓母線段可不設(shè)置母聯(lián)柜。

4.2 UPS系統(tǒng)配置原則

（1）根據(jù)后端負(fù)載的需求，通信電源可采用UPS 系統(tǒng)。UPS 系統(tǒng)推薦采用3N 雙總線運(yùn)行方式 ，提高設(shè)備利用率，節(jié)省設(shè)備配置數(shù)量。

（2）自用機(jī)房根據(jù)業(yè)務(wù)需求等級(jí)，可采用3N 或“N+1” 并聯(lián)冗余UPS 電源系統(tǒng)。

（3）采用高頻機(jī)UPS，單機(jī)額定容量采用400kVA（綜合經(jīng)濟(jì)性高）。

4.3 蓄電池組配置原則

（1）蓄電池按六層雙列臥式擺放，減少占地面積，鐵架高度不宜>1.7 米

（2）當(dāng)市電與市電、市電與發(fā)電機(jī)組采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式時(shí)，蓄電池組后備時(shí)間按15min 配置；采用手動(dòng)切換方式的，后備時(shí)間可按15 ～30min 配置。

5 數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)

機(jī)組選型建議：

為確保面向5G 的數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通信設(shè)備能得到不間斷的電源供電，供電系統(tǒng)通常采用“市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用”所組成的電源供電系統(tǒng)。具體選型建議如圖5、圖6所示。

數(shù)據(jù)中心備用油機(jī)選擇用低壓油機(jī)還是高壓油機(jī)需結(jié)合高低壓配電系統(tǒng)綜合考慮，兩者間造價(jià)區(qū)別主要在于機(jī)組差價(jià)與電纜差價(jià)。高壓油機(jī)特別適合大容量、遠(yuǎn)距離供電，適合整個(gè)系統(tǒng)分散化。

綜合低壓油機(jī)和高壓油機(jī)的特點(diǎn)（表1），總結(jié)如下：

（1）油機(jī)容量在1200KW 以下不建議用高壓油機(jī)；

（2）數(shù)據(jù)中心若有大量的高壓負(fù)載和高壓冷水機(jī)組，建議選用高壓油機(jī)；

（3）需油機(jī)保證的負(fù)載分布在不同樓層或不同機(jī)樓，且變壓器臨近負(fù)荷中心，供配電距離較長(zhǎng)，同時(shí)油機(jī)機(jī)組需集中設(shè)置時(shí)，建議采用高壓機(jī)組；

（4）油機(jī)系統(tǒng)需采用多臺(tái)大容量機(jī)組并行方式，考慮到公共母排載流量的限制，建議采用高壓機(jī)組。

6 面向5G的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需注意的幾個(gè)問(wèn)題

6.1 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝合理

（1）數(shù)據(jù)中心應(yīng)配置保證電源，確保市電中斷以后能確保設(shè)備正常運(yùn)行。

（2）供配電系統(tǒng)進(jìn)行專門的規(guī)劃。要根據(jù)機(jī)房進(jìn)行全面的規(guī)劃，然后根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要分步實(shí)施。

6.2 注重?cái)?shù)據(jù)中心的整體成本，達(dá)到最大效用比

面向5G 的數(shù)據(jù)中心更應(yīng)該注重節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，因?yàn)殡S著業(yè)務(wù)的發(fā)展，機(jī)房隨時(shí)可能進(jìn)行改建和擴(kuò)建。數(shù)據(jù)中心的建設(shè)不僅僅是服務(wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備的性價(jià)比問(wèn)題，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的建設(shè)也要遵循環(huán)保規(guī)范。

7 結(jié)束語(yǔ)

在新的發(fā)展時(shí)期，隨著5G 技術(shù)的高速發(fā)展，通信運(yùn)營(yíng)商把工作重心從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展轉(zhuǎn)移到多功能業(yè)務(wù)擴(kuò)展和質(zhì)量提升并重的道路上來(lái)，提高5G 上下游業(yè)務(wù)的含金量，使其真正成為電信業(yè)的業(yè)務(wù)支柱和利潤(rùn)支柱。這就要求運(yùn)營(yíng)商不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)性資源建設(shè)，數(shù)據(jù)中心是提高市場(chǎng)占有率的有力手段，而數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)及有力保障就是供配電系統(tǒng)系統(tǒng)，這就要求前期供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段要做好各方面的調(diào)查及數(shù)據(jù)分析工作，只有供配電系統(tǒng)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)，才能保障整個(gè)數(shù)據(jù)的用電安全、穩(wěn)定及節(jié)能，從而有力推進(jìn)5G 技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。