冷站供配電系統(tǒng)與數(shù)據(jù)機(jī)樓需求的適應(yīng)性研究

鄭亞軒

摘要：參照供配電及數(shù)據(jù)中心規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合6號(hào)供冷站工程實(shí)例，具體闡述該項(xiàng)目變配電系統(tǒng)的解決方案，并進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性及風(fēng)險(xiǎn)分析。

關(guān)鍵詞：可靠性;經(jīng)濟(jì)性;數(shù)據(jù)機(jī)樓;供冷站

1.前言

區(qū)域供冷憑借其特有的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)及歐美發(fā)達(dá)國(guó)家得到大力推廣，并已獲得廣泛應(yīng)用。另一方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用深入，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也在國(guó)內(nèi)從逐步興起到進(jìn)入快隨發(fā)展的階段。無(wú)論是區(qū)域供冷還是數(shù)據(jù)中心，在國(guó)內(nèi)都有很多成功的案例，有成熟的供配電方案可以借鑒，但采用區(qū)域供冷方式為數(shù)據(jù)中心提供冷量，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。區(qū)域冷站供配電系統(tǒng)如何在滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心對(duì)供配電可靠性要求的同時(shí)，又要兼顧冷站其它用戶(hù)的需求，滿(mǎn)足運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、分期建設(shè)等要求，是需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

2.項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于深圳市前海深港合作區(qū)第九開(kāi)發(fā)單元06街坊09地塊，為一類(lèi)高層民用建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)，總建筑面積68265m，地上18層，地下3層。該建筑主要由兩部分功能單元組成，一是作為前灣信息樞紐中心的功能定位，包括運(yùn)營(yíng)商及廣電的自用的傳輸交換機(jī)房、數(shù)據(jù)服務(wù)外租機(jī)房、政企單位數(shù)據(jù)機(jī)房、郵政用房等功能;二是作為前海6號(hào)冷站的區(qū)域供冷功能，為包括本樓信息樞紐中心及周邊地塊提供冷量。信息樞紐功能房間位于地上各層，地下一層、二層局部為信息樞紐的設(shè)備用房，包括柴油發(fā)電機(jī)房、變配電室、消防水泵房、光纜進(jìn)線(xiàn)間等。6號(hào)冷站位于地下一至三層，其中地下三層為制冷設(shè)備用房及自控值班室，地下一層、二層為冷站配套的變配電室、柴油發(fā)電機(jī)房、UPS室、水泵控制柜室等，冷卻塔設(shè)在屋頂層。

前灣信息樞紐中心定位為A級(jí)數(shù)據(jù)中心，一旦供電中斷，會(huì)造成重大損失，還會(huì)引起嚴(yán)重社會(huì)混亂，因此供配電系統(tǒng)需按一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷進(jìn)行供電，按容錯(cuò)系統(tǒng)進(jìn)行配置。設(shè)計(jì)需要從供電電源、備用電源、設(shè)備配置、線(xiàn)路敷設(shè)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保供電的可靠性。6號(hào)冷站的主要用電負(fù)荷分為兩類(lèi)，即信息樞紐供冷負(fù)荷和區(qū)域供冷負(fù)荷，信息樞紐供冷負(fù)荷的供配電措施必須和信息樞紐電子信息設(shè)備的供配電措施保持一致，而區(qū)域供冷負(fù)荷可以按二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行供電，兩類(lèi)負(fù)荷對(duì)供電要求的差異需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

3.設(shè)計(jì)原則

3.1需要滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)GB 50174中A級(jí)數(shù)據(jù)中心對(duì)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用雙重電源供電，變壓器為2N配置，柴油發(fā)電機(jī)采用N+X（X=1）冗余配置，不間斷電源系統(tǒng)采用一路（N+1）UPS和一路市電直供，并有自動(dòng)和手動(dòng)旁路裝置。變配電設(shè)備布置在不同的物理隔間內(nèi)。

3.2需要滿(mǎn)足信息樞紐及區(qū)域供冷設(shè)備分期建設(shè)、分批投入運(yùn)行的要求，避免出現(xiàn)前期變壓器負(fù)載率很低卻需要交納很高的基本電費(fèi)的情況。

4.供電電源

采用雙重市政電源供電，柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

4.1 正常電源

深圳前海地區(qū)為20kV供電，6號(hào)冷站總用電裝機(jī)容量為15768kW，根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)及南方電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，考慮從上級(jí)城市220kV區(qū)域變電站引來(lái)2路相互獨(dú)立的20kV專(zhuān)線(xiàn)電源回路，電源引至本樓首層20kV公共開(kāi)關(guān)房。兩路電源同時(shí)工作，互為備用，滿(mǎn)足信息樞紐一級(jí)及一級(jí)中特別重要負(fù)荷的市電供電要求，以及供冷站二、三級(jí)負(fù)荷的供電要求。

雙重電源需確保兩路電源來(lái)自不同的220kV區(qū)域變電站，以確保電源的可靠性。另外需要和供電部門(mén)協(xié)調(diào)，確保盡可能為專(zhuān)線(xiàn)供電，以便每路電源的供電容量滿(mǎn)足項(xiàng)目的的用電需求，減少其他用戶(hù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響。

4.2備用電源

信息樞紐供冷設(shè)備的備用電源采用獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組，由于供冷設(shè)備中10kV負(fù)荷占比較大，因此選用4臺(tái)10kV柴油發(fā)電機(jī)組，3+1冗余配置。另設(shè)置 3 組 UPS （2+1配置）供信息樞紐供冷設(shè)備使用，以保證故障情況下電源切換期間不間斷供冷的要求。

針對(duì)安防系統(tǒng)、消防區(qū)域報(bào)警控制器、電子信息設(shè)備機(jī)房等對(duì)自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間有特殊要求的場(chǎng)所就地設(shè)置UPS不間斷電源，UPS持續(xù)供電時(shí)間大于30min。應(yīng)急照明采用集中電源并滿(mǎn)足必要的供電時(shí)間要求。

5.供電方案

在6號(hào)冷站項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，隨著設(shè)計(jì)深入，項(xiàng)目參與各方的不斷磨合，信息樞紐供冷和區(qū)域供冷方案在不斷調(diào)整完善，電氣專(zhuān)業(yè)供配電系統(tǒng)方案也隨之不斷優(yōu)化。以下是形成的方案：

20kV中壓配電柜的接線(xiàn)型式為單母線(xiàn)分段型式，兩路電源互為備用。當(dāng)某路電源失電時(shí)，合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，單母線(xiàn)運(yùn)行，另一路電源保證所有二級(jí)以上負(fù)荷的運(yùn)行。平時(shí)由兩路20kV市政電源供電，當(dāng)兩路市政電源均失電后，信息樞紐供冷設(shè)備由柴油發(fā)電機(jī)組供電。考慮到電源轉(zhuǎn)換期間制冷設(shè)備會(huì)短暫停機(jī)，為保證重要負(fù)荷的供電可靠性和連續(xù)性，設(shè)置持續(xù)供電時(shí)間為15min的不間斷電源為冷凍水循環(huán)水泵、BA控制系統(tǒng)、電動(dòng)閥門(mén)、冷水機(jī)組控制屏及油泵加熱裝置等供電，配合蓄冷罐等工藝措施，可保證信息樞紐的不間斷供冷。

方案有20/10kV、10/0.4kV兩種變電方式。信息樞紐供冷設(shè)備的供電系統(tǒng)在10kV電壓等級(jí)與區(qū)域供冷設(shè)備的供配電系統(tǒng)完全分開(kāi)。

下表是將信息樞紐供冷供配電系統(tǒng)與國(guó)標(biāo)GB500174-2017附錄1中A級(jí)數(shù)據(jù)中心技術(shù)要求進(jìn)行了對(duì)比。

由上表可以得出方案可以完全滿(mǎn)足A級(jí)數(shù)據(jù)中心的技術(shù)要求。

本方案2臺(tái)6300kVA的變壓器（1TA、1TB）為信息樞紐供冷設(shè)備供電，1臺(tái)6300KVA變壓器（2TA）和1臺(tái)5000KVA變壓器（2TB）給區(qū)域供冷用戶(hù)供電。項(xiàng)目一期建設(shè)時(shí)，安裝1TA、2TA 2臺(tái)6300kVA的20kV變壓器，此時(shí)信息樞紐供冷供配電系統(tǒng)的第二路電源取自2TA變壓器的10kV側(cè)，為此需增加一條由信息樞紐供冷10kV配電柜到區(qū)域供冷10kV配電柜的聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)，如圖5-1所示。二期建設(shè)時(shí)，根據(jù)供冷設(shè)備的安裝情況，再安裝1TB、2TB兩臺(tái)變壓器，此時(shí)1TA、1TB和2TA、2TB各自組成變壓器組，分別為信息樞紐供冷和區(qū)域供冷設(shè)備供電，供配電系統(tǒng)從20kV電壓等級(jí)就完全分開(kāi)。

此方案需增加兩面10KV聯(lián)絡(luò)柜，總造價(jià)約28萬(wàn)元。但從運(yùn)行和管理的角度看更加經(jīng)濟(jì)合理，可以做到兼容并蓄，既滿(mǎn)足了信息樞紐供冷和區(qū)域供冷對(duì)供配電系統(tǒng)的不同要求，又兼顧了分期建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求，系統(tǒng)的可靠性也沒(méi)有受到影響。初步測(cè)算，此方案一期可少報(bào)裝一臺(tái)6300KVA變壓器，根據(jù)深圳市工商業(yè)電價(jià)價(jià)目表（2019年7月1日?qǐng)?zhí)行）每年節(jié)約基本電費(fèi)為0.63*22*12=166萬(wàn)元。

表5-2? 深圳市工商業(yè)電價(jià)價(jià)目表（從2019年7月1日起執(zhí)行）

6.結(jié)束語(yǔ)

供電方案的確定除了要滿(mǎn)足相應(yīng)的規(guī)范，同時(shí)還需要根據(jù)冷站的規(guī)模、工藝系統(tǒng)要求、當(dāng)?shù)氐墓╇娬叩纫蛩爻浞挚紤]變壓器分期，盡量減少過(guò)渡階段變壓器報(bào)裝容量，進(jìn)而提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。