面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計與實現(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)過高/低壓供配電設(shè)備到負(fù)載止的整個電路系統(tǒng)，將主要包括：高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、自動轉(zhuǎn)換開關(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)計與實現(xiàn)。

1.1 高壓變配電系統(tǒng)

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

1.2 柴油發(fā)電機系統(tǒng)

主要是作為后備電源，一旦市電失電，迅速啟動為后級低壓設(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 機架配電系統(tǒng)

主要作用是機架內(nèi)的電能分配。

2 總體設(shè)計原則

面向5G 的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計應(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、一臺變壓器的10kV 主接線典型方案

圖3：一路供電電源、兩臺或以上變壓器的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、可擴展、可管控、綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心；

（2）規(guī)范性：符合國家部委相關(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)，充分考慮將來的各種要求，選用市場壽命長的產(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、鼠蟲害等的能力。

表1

圖5：柴油發(fā)電機組組件示意圖

圖6：基本型柴油發(fā)電機組

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

（6）合理性：空間布局合理、美觀。

（7）經(jīng)濟性：設(shè)備及材料的選型遵守性價比原則及市場上容易采購的原則并綜合考慮維護和運行成本。

（8）安全性：在安全設(shè)計上應(yīng)滿足相關(guān)機房安全規(guī)定要求，機房對設(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，又要考慮其實現(xiàn)的可行性和經(jīng)濟性。

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。從電壓等級而言，該系統(tǒng)主要會涉及到35kV/10kV/6kV/3kV 等電壓等級。主要的主接線方案如下：

3.1 一路供電電源、一臺變壓器的10kV主接線典型方案

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

（1）設(shè)計專用電能計量柜，柜中設(shè)計專用的、精度等級為0.2 級的互感器（CT）。（注：該互感器不得與保護、測量回路共用）。

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

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

（4）低壓進(jìn)線總開關(guān)和低壓出線開關(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)荷無功補償采用低壓母線集中補償方式，選用低壓成套無功自動補償裝置，與其他低壓開關(guān)柜并排安裝。

3.2 一路供電電源、兩臺或以上變壓器的10kV主接線典型方案

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

（1）10kV 側(cè)設(shè)計采用單母線接線。

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

（3）高壓側(cè)設(shè)有專用電能計量柜和電壓測量柜。

（4）低壓側(cè)采用單母線分段接線。

（5）低壓開關(guān)柜采用GCK低壓抽出式柜。

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

3.3 兩路供電電源的10kV主接線典型方案

方案說明：變電所有兩路外供電源供電。

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

（2）兩路電源均設(shè)置電能計量柜。

（3）備用電源的投人方式可采取手動投入，也可采取自動投入。

（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)，以便于擴建時添加出線柜。

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

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

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)電機組采用自動轉(zhuǎn)換方式時，蓄電池組后備時間按15min 配置；采用手動切換方式的，后備時間可按15 ～30min 配置。

5 數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組系統(tǒng)

機組選型建議：

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)中心備用油機選擇用低壓油機還是高壓油機需結(jié)合高低壓配電系統(tǒng)綜合考慮，兩者間造價區(qū)別主要在于機組差價與電纜差價。高壓油機特別適合大容量、遠(yuǎn)距離供電，適合整個系統(tǒng)分散化。

綜合低壓油機和高壓油機的特點（表1），總結(jié)如下：

（1）油機容量在1200KW 以下不建議用高壓油機；

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

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

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

6 面向5G的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計需注意的幾個問題

6.1 供配電系統(tǒng)設(shè)計、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)備正常運行。

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

6.2 注重數(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，因為隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，機房隨時可能進(jìn)行改建和擴建。數(shù)據(jù)中心的建設(shè)不僅僅是服務(wù)器、存儲等設(shè)備的性價比問題，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

在新的發(fā)展時期，隨著5G 技術(shù)的高速發(fā)展，通信運營商把工作重心從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴展轉(zhuǎn)移到多功能業(yè)務(wù)擴展和質(zhì)量提升并重的道路上來，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)支柱和利潤支柱。這就要求運營商不斷加強基礎(chǔ)性資源建設(shè)，數(shù)據(jù)中心是提高市場占有率的有力手段，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，才能保障整個數(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。