淺談VDC機房高壓直流電源建設對投資、節能的影響

朱杰

摘 要 中國電信作為發展網絡基礎設施的主要建設者，肩負著建設網絡強國的歷史使命。伴隨著提速降費政策的貫徹執行、人民對信息消費需求的日益增長，電信運營商正緊鑼密鼓轉型升級、謀求新的發展路徑。而在謀求發展的同時，控制成本放在了突出的位置，順理成章，節能減排就被寄予了厚望，控制空調溫度、老舊設備拆除、新風改造等做了很多工作，但每年的5%節能指標任務還是蠻艱巨的，道遠且長。本文以中國電信上海崇明新河電信局新建工程為例，分析如何從源頭上節能減排、降本增效、節約投資。

關鍵詞 二套電信高壓直流;投資;節能

引言

隨著信息化建設戰略地位的不斷穩固，上海作為乃至全世界的信息交換和傳輸中心的重要性日益凸顯。上海電信積極參與社會信息化進程，在基礎設施、應用推廣等方面助力上海經濟可持續發展的同時，銳意創新，不斷滿足伴隨經濟發展而越來越多樣化的信息和通信服務需求，進而建立自身的可持續發展模式。隨著業務的發展，機房緊缺、配套設施能力欠缺的問題日漸顯現，業務發展與運維保障間的矛盾也越顯尖銳，配套設施能力欠缺極大的掣肘了業務的發展，亟待改善。為此，公司決定對各局站現有配套資源進行篩選，選取部分節點對其配套設施能力進行擴容改造，以滿足不斷增長的業務需求。故對崇明新河機房實施擴容改造，從而改善配套能力的瓶頸，支撐后續業務的發展。故在一層電力室安裝兩套240V高壓直流電源。

1高壓直流簡介

高壓直流在電信進行規模商用也不過從2013年開始，剛開始使用的時候都是為了替代UPS的效能低和安全性，這個比較在網絡和權威雜志上都有發表，這里就不一一列出。高壓直流（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信設備供電，同時也給蓄電池充電。當交流輸入發生故障時，直流由蓄電池給通信設備供電。就拿崇明新河中達240V高壓直流為例：它的特點是容許電網電壓變化寬，電壓可以在260Vac～530Vac變動，整流模塊具有休眠節能功能，有效降低機房綜合運行成本，數字化均流技術，均流性能穩定，采用先進的移相諧振高頻軟開關技術，系統效率大于等于94%，并具有絕緣監測功能，單套設備相比UPS確實具有能耗效率高，安全性強的優勢，逐漸受到重視，但當兩套設備主備用運行時，運用到重要機房，節能上還是顯露了一定的弱勢。，本文主要講的是240V高壓直流如何做到少投資、多節能，在保證安全的情況下使效能達到最大化。

崇明新河新建VDC配套項目中電力室采用兩套中達240V高壓直流配電系統，兩套系統都同時輸出到VDC機房的各列的直流配電單元的400A開關，經過直流配電單元開關的分配，兩路高壓直流系統輸送到各服務器機架的插座，用電設備服務器內有零轉換開關，實現兩套系統無縫隙切換。當主系統由于市電掉電、短路故障、電池放電低等問題時自動切換到備用系統，實現負載不間斷供電。

而且在高壓系統前面還有兩路高壓市電、一臺1600kW佛光發電機，可以說這套系統是相當安全的了。但是我們要想一個問題，這個系統有必要配兩套高壓直流系統嗎？不免給人一種過度配置的感覺。在節能減排、節約投資的當下，確實是過渡了。這種方式我們可以發現，當一路高壓直流對設備進行供電時，另外一路高壓直流處于備用狀態，但還是處于對備用系統蓄電池充電狀態，換句話說能耗消耗還是非常大的，而且夏天對空調的功耗也大大增加，本機房內裝有3臺P1040功率為40kW的專用空調機（二主一備），機房面積150平方，用電量還是蠻大的，這種損耗是顯而易見的。

下面我們不妨采用一路采用240V高壓直流系統，一路采用直接市電引入，看看安全性能如何。系統拓撲圖如下：

從圖可以看出，一套高壓系統和原來一樣通過高壓直流配電屏直接送到VDC機房的配電單元400A開關，而另外一路市電直接從高低壓配電室低壓輸出柜送到VDC機房配電單元400A開關，經過直流配電單元開關的分配，一路高壓直流系統和一路市電都被輸送到各服務器機架的插座，用電設備服務器內有零轉換開關，實現一套高壓系統一路市電無縫隙切換。平時高壓直流主系統對設備供電，當主系統由于市電掉電、短路故障、電池放電低等問題時自動切換到另一路市電供電，實現負載不間斷供電。而且一路高壓直流系統輸入電和另一路市電都可以實現兩路市電自由切換，并由油機電進行后備保障，因此這種模式也是非常安全的[1]。

那么下面我們來分析一下采用第二種方式到底能節約多少投資，節約多少電能：

少一套高壓直流系統從上面這個結構可以看出，首先從設備成本可以節約的費用為一套交流配電屏（380V/630A）、一套高壓直流屏（240V/1600A）、二組蓄電池（240V/500AH）、一套整流設備（240V/800A機架兩個、模塊32個）、電池開關柜（兩個）總共節約363660.88元，安裝費節省183678.24元。另外由于設備量減少電力電池室面積可以縮小差不多三分之一，也就是機房面積可以縮小到100平方米，這樣空調熱負荷明顯減少，甚至可以減少一臺40kW的空調：

設備的使用年限、投資成本如下：

從上可以看出，總共設備和安裝費可以節省547339.12，這還不包括240平方的直流電纜300米，可見初期投資就可以節約很大一筆費用，那么我們再算算運行維護成本，一個VDC機房按照20年設計計算，從上表可以看出高壓直流配電屏和高壓直流開關電源都需要換一次，蓄電池需要換三次，按這個計算，設備和線纜增加的投資量和安裝費估計20年內還得增加150萬左右，再算上節省一臺空調27萬，20年內換一次，就是54萬，這絕對是一筆不小的開銷[2]。

下面我們再算一下運行成本，一個整流模塊空載運行損耗為60W，當一套系統處于備用空載狀態，中達可以實現兩個模塊空載，其他模塊都可以處于休眠，那么休眠的功耗為6W，本系統32個模塊功耗為60W*2+6*30=300W，一年的電費就是2628度，20年就是52560度，這個還不算蓄電池自放電充電成本，維護成本也沒有算在里面，通過以上計算新河一個局的節約能耗和成本就可以達到300多萬（另外監控節點減少都沒有算在里面）。那么對于整個電信集團來說，節約的費用將是天文數字。

那么有人肯定會問主系統用市電，備系統用高壓直流可以嗎，系統拓撲圖如下：

單從圖看也是可以的，而且比高壓直流主系統供電還要節能，因為市電直接輸入，能量轉換沒有損失，但是由于市電諧波成分高、停電次數多、夏天雷擊等，特別是二三類市電地區，容易造成服務器零轉換開關頻換轉換，一類市電地區相對好點，但還是有諧波干擾和雷擊等影響，服務器穩定性就變差了，這個具體分析網上有很多，這里不展開討論[3]。

案例應用：上海電信公司崇明信息大樓有三套獨立配套高壓直流系統，兩套是中達的直流高壓系統，在五樓。一套是維諦的高壓直流，在四樓。都采用一路高壓直流和一路市電供電，投資量明顯減少，節能也是看得見的，但是由于考慮承重性和崇明整體機房都比較寬裕，所以設計的電池還是都采用平鋪的方式，如下圖所示：

這樣雖然電池的安全性得到了提升，但是機房面積也隨之擴大，譬如五樓二套系統的電力機房面積為170平方，如果采用疊放的話，面積至少可以減少50多個平方，也可以節省一臺價值50kW的空調，四樓也是一樣，這樣對能耗的減少還是顯而易見的。至于樓板沉重問題可以采用槽鋼加固。

所以我的結論如下：在如今高壓直流大批量運用于電信的情況下，需要注意以下情況：①高壓直流組網模式采用一路市電和一路高壓直流模式，且高壓直流為主用。②蓄電池的疊放方式采用多層疊放，可以節約機房面積，更加節能。畢竟一組120節電池占用的面積還是蠻大一塊，如果一樓以上擔心樓板承重，可以用槽鋼進行加固，如果擔心疊放電池漏液，可以增加橡皮絕緣墊。③模塊配備根據實際業務量適當考慮遠期發展來配，配的太多影響投資成本和功耗（以后擴容可以再買）。④機房空調制冷量富裕的情況下，可以適當關閉備用空調，或根據要求提高空調溫度，從而使能耗比降低，滿足公司節能要求[4]。

參考文獻

[1] 張劍銘. 高壓直流系統在中國電信IDC機房的創新應用[J]. 電信技術，2014，1（8）：45-47.

[2] 呂威.通信行業節能減排工作的思考[J].郵電設計技術，2010， （10）：15-17.

[3] 金永生，應江勇.通信行業節能減排技術體系及電信運營商推進策略分析[J].移動通信，2012，36（9）：12-18.

[4] 呂威.通信行業節能減排工作的思考[J].郵電設計技術，2010， （10）：15-17.