通信核心機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備應(yīng)急供電解決方案

江 殊

【摘要】文章針對核心通信機房交流供電現(xiàn)狀,提出了關(guān)鍵交流用電設(shè)備應(yīng)急供電對策,重點就固定油機直供方式進(jìn)行了探討,以期對通信核心機房的供電建設(shè)和維護(hù)工作有所裨益。

【關(guān)鍵詞】油機直供核心機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備 應(yīng)急供電

核心機房交流負(fù)荷均屬于保證交流負(fù)荷,即在市電停電后油機供電時,必須保證供電的用電負(fù)荷。在實際應(yīng)用中,核心機房保證交流負(fù)荷按照重要性可以分為關(guān)鍵交流負(fù)荷和一般交流負(fù)荷,而關(guān)鍵交流負(fù)荷主要包括設(shè)備保證負(fù)荷(直流電源系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)等)、建筑保證負(fù)荷(機房專用空調(diào)系統(tǒng)、照明等)等核心電源和空調(diào)設(shè)備的用電負(fù)荷,其他交流負(fù)荷則為一般交流負(fù)荷。

1 核心機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備供電存在的

安全隱患

以某地核心機房160KVA 1+1 UPS電源系統(tǒng)宕機造成部分通信業(yè)務(wù)中斷為例。該UPS電源系統(tǒng)交流輸入柜從低壓室低壓輸出饋電柜空開接入一路保證交流電源,由于數(shù)據(jù)網(wǎng)等設(shè)備擴容,導(dǎo)致UPS電源總負(fù)荷常載下超過80%額定容量。故障處理時,卸載部分負(fù)荷仍然無法合閘,將原有連接電纜改接到旁邊的同型號輸出空開,仍然無法投合送電。經(jīng)檢查低壓空開的整定值僅僅設(shè)置為30%額定容量,而負(fù)荷容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該整定值,低壓配電空開跳閘無法投合,造成UPS電源系統(tǒng)交流供電中斷。由于負(fù)荷較重,后備電池在10多分鐘后也停止供電,系統(tǒng)完全癱瘓。

該樞紐樓低壓配電系統(tǒng)到主機房樓層的交流供電路由只有唯一的一路,沒有備份的或旁路的交流路由。當(dāng)唯一交流供電路由(包括開關(guān)元件和供電線路)發(fā)生故障時,樓層電源系統(tǒng)無法得電,必然造成電源系統(tǒng)癱瘓。此時,如果UPS電源系統(tǒng)具備油機直供接入路由,則可立即恢復(fù)供電,大大縮短交流中斷或故障恢復(fù)時間。

從目前在網(wǎng)運行的通信供電系統(tǒng)調(diào)查得知,核心機房關(guān)鍵交流負(fù)荷通常的供配電方式一般采用在配電室設(shè)置配電柜(箱)或主機房樓層設(shè)置交流二次分配柜(箱)來實現(xiàn)。這種供電方式的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,容量和端口具備一定冗余性,在一定程度上可以保證系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性。但其顯著缺點在于供電系統(tǒng)的設(shè)備側(cè)缺少供電路由的冗余性,供電網(wǎng)絡(luò)存在單節(jié)點瓶頸和運行隱患,主要表現(xiàn)在:

(1)高低壓配電系統(tǒng)需要停電檢修時,如主進(jìn)線開關(guān)、市電/油機ATS、低壓輸出饋電柜故障或進(jìn)行維護(hù)作業(yè)檢修等,將導(dǎo)致后級交流負(fù)載全部停電。對直流電源系統(tǒng)而言,其后備蓄電池組一般可延續(xù)數(shù)小時供電時間;但對于UPS電源系統(tǒng)而言,特別是大型樞紐使用的大容量UPS電源,其后備電池在額定功率條件下延續(xù)供電時間一般只有0.5～1小時,根本無法滿足配電系統(tǒng)維護(hù)或故障檢修的時間需要。

(2)核心機房交流割接(如UPS電源和機房空調(diào)更換配電柜,配電柜擴容開關(guān)、更改低壓母線、低壓交流負(fù)荷調(diào)整等)時,如果沒有油機直供回路,就需被迫采用帶電割接,既增加了割接難度,割接安全也無法充分保障。

通信供電網(wǎng)絡(luò)的具體實際對我們的規(guī)劃設(shè)計提出了新的要求。為此,如何建立核心機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備的應(yīng)急供電路由,提供更加符合維護(hù)實際需求的供電系統(tǒng),以確保關(guān)鍵交流用電設(shè)備最短的停電時間,就成了一個迫切需要解決的問題。

2 核心機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備優(yōu)化供電方式

2.1 基本思路

核心機房關(guān)鍵交流負(fù)荷通常的供配電系統(tǒng)必須進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,建立應(yīng)急供電機制。同時,作為解決核心機房供電系統(tǒng)單節(jié)點瓶頸的有益補充,有必要建立一個端到端的獨立的應(yīng)急供電路由,即主供路由之外的交流旁路供電路由。其主要包括:為后級交流接入設(shè)備特別是關(guān)鍵交流用電設(shè)備提供路由和端口的冗余或備份,克服供電網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點瓶頸隱患;充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)資源,以最小的投入實現(xiàn)系統(tǒng)配置(包括常用和應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò))的冗余。

2.2 應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)電源的容量核定

核心機房應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包括機房固定油機和外接油機車電源供給。已經(jīng)在網(wǎng)運行的供電系統(tǒng)應(yīng)予改造,以滿足兩種油機后備電源的接入。固定油機配置容量按照相關(guān)規(guī)范和集團(tuán)公司企標(biāo)配置,油機車配置容量按照需要實際接入的關(guān)鍵交流用電設(shè)備負(fù)荷量及一定冗余量計算。

應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)交流后備電源來自于上述兩種電源,它僅僅考慮配電系統(tǒng)停電或故障檢修等非常狀況時的應(yīng)急供電問題,在實際應(yīng)用中,主要考慮機房直流電源系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)和部分機房空調(diào)的應(yīng)急接入。

2.3 應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用原則

應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)的配置在配電系統(tǒng)中應(yīng)具有相對獨立性。即采用應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)供電時,應(yīng)確保正常供電時的配電系統(tǒng)設(shè)備(如進(jìn)線、轉(zhuǎn)換、補償、輸出等設(shè)備)不帶電,便于維護(hù)和檢修。

要做到應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)配置的獨立性,就需要提出油機直供的概念。

2.4 油機直供的概念

顧名思義,油機直供是指機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備的后備交流電源直接來自于機房固定的或外接的油機電源,油機電源經(jīng)由簡單配電(油機直供柜)直接送達(dá)機房樓層配電設(shè)備側(cè),并采用手動切換、人工職守等原始簡單的操作運行維護(hù)模式,實現(xiàn)機房關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)急供電。顯然,這種供電模式是臨時的、相對短暫的。

2.5 油機直供的應(yīng)用原則

油機直供電源,是在整個配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要全面停電檢修的緊急情況下才使用,是一種非正常狀態(tài)下的應(yīng)急預(yù)案,必須正確使用,嚴(yán)防兩種不同的電源進(jìn)入同一大樓,造成電源短路或倒灌事故;其次,油機直供電源的使用,必須是人工職守的,總路控制最好采用手動切換方式;再次,不是所有機房設(shè)備電源都需要油機直供保證,油機直供電源只針對部分關(guān)鍵負(fù)載,特別是后備供電時間短暫(如UPS電源、開關(guān)電源等系統(tǒng))的交流用電設(shè)備。如果要接入部分空調(diào),應(yīng)該考慮設(shè)置啟動時延。另外,配電系統(tǒng)越復(fù)雜,節(jié)點越多,故障概率越高,不要人為地把配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜化。

同樣,需要外接應(yīng)急油機車的情況是在出現(xiàn)比上述任何應(yīng)急供電更加緊急的情況時。油機車目前限于功率和機動性,功率不會做得太大(比相應(yīng)固定油機小很多)。因此,雖然配電系統(tǒng)可提供外接油機車的緊急接口,但一定要事先制定應(yīng)急預(yù)案,確定現(xiàn)網(wǎng)重要負(fù)荷分級(比如一級交換、傳輸,二級網(wǎng)管數(shù)據(jù)計費等設(shè)備用電,相關(guān)空調(diào)等級可略低一擋,等等)。屆時可以按照預(yù)先設(shè)定的分級限電預(yù)案逐級供電,而首先應(yīng)以確保語音等業(yè)務(wù)正常為最低目標(biāo)。

2.6 應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

應(yīng)急供電網(wǎng)絡(luò)原理如圖1所示。

專用油機直供配電柜設(shè)置的相關(guān)要求:

(1)直供柜安裝位置:宜選擇油機室或靠近油機室的機房,如低壓室等。

(2)直供柜安裝方式:落地安裝。

(3)直供柜輸入:直接從油機輸出斷路器屏取電。根據(jù)油機容量設(shè)置一個與之匹配的斷路器或閘刀開關(guān),當(dāng)油機容量較大,輸出斷路器屏輸出母排接入電纜有限,無法直接接入油機直供柜時,可以從油機斷路器柜后的轉(zhuǎn)接分配柜接入;當(dāng)有兩臺油機時應(yīng)設(shè)置油機手動轉(zhuǎn)換柜。

(4)直供柜輸出:輸出分路應(yīng)根據(jù)機房關(guān)鍵交流用電設(shè)備的容量和數(shù)量,并考慮容量(根據(jù)規(guī)范確定)和端口的適度冗余(1～2個端口余量)。系統(tǒng)容量較小時可以將油機手動轉(zhuǎn)換和輸出回路合并在一個機柜配置。

(5)直供柜接地:根據(jù)規(guī)范采用熱鍍鋅扁鋼就近接入機房聯(lián)合接地網(wǎng)。

2.7 技術(shù)可行性分析

對于新建交流供電系統(tǒng),在規(guī)劃及設(shè)計中應(yīng)考慮配置油機直供路由。

對于原有供電系統(tǒng)沒有設(shè)置油機直供系統(tǒng)的,應(yīng)予改造。在油機室或靠近油機室的機房只要可以提供安裝新建油機直供柜的空間,以及電纜連接布放通道,就該按照圖1所示建設(shè)方案實施簡單改造。

注意:對于機房關(guān)鍵交流設(shè)備側(cè)交流二次分配屏不具備雙電源接口的,應(yīng)予改造。該雙電源轉(zhuǎn)換設(shè)備一般選用手動切換為好,確?；芈酚忻黠@斷開點,也便于檢修維護(hù)。

2.8 投資及效益分析

以某通信樞紐2000KVA固定柴油發(fā)電機組建設(shè)油機直供系統(tǒng)為例,相關(guān)費用見表1:

表1某2000KVA固定柴油發(fā)電機組建設(shè)油機直供系統(tǒng)的費用

通信電源設(shè)備整治改造投入少、效果好、收益長,不過配套設(shè)備對于企業(yè)的效益是間接的,一般不會直接體現(xiàn)其經(jīng)濟效益和社會效益。通信電源整治改造提高了網(wǎng)絡(luò)安全可靠性,而安全就是企業(yè)最大的效益;企業(yè)為用戶提供高品質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)的同時,也提高了服務(wù)質(zhì)量和企業(yè)形象。

3 結(jié)束語

油機直供應(yīng)急供電系統(tǒng)在某通信運營商各種規(guī)模的機房實際應(yīng)用已達(dá)6年,包括在舉世震驚的“5?12”汶川大地震期間的應(yīng)急使用,其經(jīng)濟性好,技術(shù)成熟,運行穩(wěn)定可靠,尤其在交流設(shè)備割接工程和低壓系統(tǒng)ATS故障檢修等維護(hù)工作中發(fā)揮了巨大作用,大大降低了交流帶電檢修及割接風(fēng)險,避免了通信事故的發(fā)生。