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淺談長江云數(shù)據(jù)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

更新時間:2021-01-27 點(diǎn)擊次數(shù): 1164次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011
摘  要:介紹了長江云互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)( IDC) 機(jī)房供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,分析了供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),闡述了 IDC 機(jī)房負(fù)荷計(jì)算和關(guān)鍵設(shè)備選型方法,可為類似數(shù)據(jù)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù);供配電設(shè)計(jì);負(fù)荷計(jì)算;設(shè)備選型
0引言
        近年來,隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的實(shí)現(xiàn),許多大型企業(yè)為滿足自身發(fā)展需要開始建設(shè)數(shù)據(jù)。集裝箱式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)( Internet Data Center,IDC) 機(jī)房具有占地面積小、布置靈活、建設(shè)周期短等特點(diǎn),越來越得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。本文結(jié)合湖北廣電長江云集裝箱式數(shù)據(jù)機(jī)房,詳細(xì)介紹 IDC 機(jī)房配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1項(xiàng)目概況 
        長江云集裝箱 IDC 機(jī)房占地面積僅為 100 m2, 由華為技術(shù)有限公司設(shè)計(jì),機(jī)房內(nèi)部安裝有32 臺標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜,并配備視頻監(jiān)控、消防報(bào)警等配套設(shè)施。空調(diào)室外機(jī)安裝在集裝箱頂部,應(yīng)急電源( UPS) 安裝在獨(dú)立的房間。機(jī)房建成后搭建湖北廣電新媒體融媒平臺,匯聚全省政務(wù)信息,實(shí)現(xiàn)頻道節(jié)目制作、新wen資源共享。 
2負(fù)荷分級 
        長江云數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)荷分為 IDC 設(shè)備、空 調(diào)、照明、消防等四類。根據(jù) GB 50174—2016《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》,數(shù)據(jù)機(jī)房可劃分為 A、B、C 三個級別,長江云集裝箱 IDC 機(jī) 房按照 A 級機(jī)房設(shè)計(jì),機(jī)房內(nèi) IDC 設(shè)備用電按照級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷設(shè)計(jì),空調(diào)、照明、消防用電按照級負(fù)荷設(shè)計(jì)。 
3設(shè)計(jì)原則
        數(shù)據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是、穩(wěn)定、可靠,并遵循如下原則: 
        ( 1) 單節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)不應(yīng)存在某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障,導(dǎo)致系統(tǒng)全部停電的事故。 
        ( 2) 故障容錯。系統(tǒng)具備容錯能力,即當(dāng)線 路發(fā)生部分故障或操作失誤時,不影響數(shù)據(jù)正常運(yùn)行。 
        ( 3) 可維護(hù)。需設(shè)計(jì)足夠冗余,保證設(shè)備檢修或維護(hù)時,不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。 
        ( 4) 可增容。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮今后事業(yè)發(fā)展、需求增加,便于今后擴(kuò)容。 
4供電方案 
4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)長江云集裝箱 IDC 配電系統(tǒng)如圖 1 所示。 

4.2供電電源
4.2.1 10 kV 供配電系統(tǒng) 
        長江云數(shù)據(jù)機(jī)房供電電源10KVIDC 配電系統(tǒng)配電室,相距約 150 m。配電室 10 kV供電系統(tǒng)分別從兩個不同變電站,沿不同的路徑引入兩路 10 kV 專線( 體視線和沙視線)至配電房的主備電源進(jìn)線柜,10 kV 母線采用單母線分段運(yùn)行。當(dāng)其中路市電發(fā)生故障,通過母聯(lián)開關(guān)切換,由另路市電承擔(dān)全部級負(fù)荷。 
4.2.2 380V低壓配電系統(tǒng) 
        10 kV 配電房配置有4臺變壓器,2 臺 500 kVA 工藝變壓器( 500-1 和 500-2) 通過單母線分段運(yùn)行,互為備用,級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。2臺1 600 kVA 動力變壓 器 ( 1600-1 和 1600-2) 通過單母線分段運(yùn)行,互為備用,主要供動力、照明。4 臺變壓器平時各帶 50% 的負(fù)荷,當(dāng)其中 1 臺變壓器發(fā)生故障,通過低壓母聯(lián)開關(guān)切換,由另 1 臺變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷。
        從 2 臺 500 kVA 的變壓器饋線柜各引回 380 V 電源至 IDC 機(jī)房,回送至 UPS 電源輸入柜,經(jīng)過 UPS 電源后送至集裝箱機(jī)房的 1#交流列頭柜,再分別送至各機(jī)架電源分配單元( PDU) ,向設(shè)備供電。另回直接送至交流列頭柜,再分別送至各機(jī)架 PDU,向設(shè)備供電。 
        從 2 臺 1 600 kVA 變壓器的饋線柜分別引 2 路獨(dú)立的 380 V 電源至 UPS 電源室的動力進(jìn)線 配電柜,再引 6 回低壓線路至 IDC 機(jī)房空調(diào)配電箱的 3 個 ATS 切換開關(guān),向 6 臺空調(diào)供電。 每個ATS 切換開關(guān)引入 2 回 380 V 電源,主備互為備用,ATS 開關(guān)切換時間小于 3 s。 
4.3 UPS 電源系統(tǒng)
        按照《廣播電視播出管理實(shí)施細(xì)則》規(guī)定: 省級廣播電視屬于級播出保障等級, 級主要播出負(fù)荷應(yīng)采用 UPS 電源供電。該項(xiàng)目配置臺模塊化 UPS 電源,后備時間為 30 min,向 IDC 機(jī)房設(shè)備供電。 
4.4 自備發(fā)電機(jī)系統(tǒng)
        配電房配置 2 臺 1 000 kW 柴油發(fā)電機(jī)互為備用,發(fā)電機(jī)輸出電源經(jīng)過 ATS 切換開關(guān)( 1#ATS 和 2#ATS) 分別接入 2 臺 500 kVA 變壓器的進(jìn)線柜。當(dāng) 2 路市電同時停電時,發(fā)電機(jī)可在 1 min 內(nèi)完成起動,原 2 臺 500 kVA 變壓器所帶全部負(fù)荷通過 ATS 切換開關(guān)切換到發(fā)電機(jī)電源,由發(fā)電機(jī)供電。 
5主要設(shè)備選型 
5.1 UPS 電源
        IDC 機(jī)房內(nèi)部共安裝 IT 設(shè)備機(jī)架 24 臺,每臺機(jī)架可提供 7 kW 功率輸出,需要系數(shù)取0.8,則計(jì)算額定功率為 134 kW。根據(jù) UPS 電源輸出有功功率≥額定容量 × 0. 7 kW,因此 UPS 電源容量≥192 kVA??紤]到今后擴(kuò)容需要,該項(xiàng)目選用1 臺 240 kVA 模塊化 UPS 電源,每個模塊為 40 kVA,共 6 個功率模塊。 
5.2 空調(diào)設(shè)備
空調(diào)的制冷量根據(jù)機(jī)房冷負(fù)荷來確定: Qt = Q1 + Q2 ( 1)
式中: Qt———總制冷量; 
        Q1———機(jī)房內(nèi)設(shè)備負(fù)荷; 
        Q2———機(jī)房環(huán)境冷負(fù)荷。 
根據(jù)計(jì)算,空調(diào)冷負(fù)荷為 113 kW,采用 n + 2 冗余方式 配 置 6 臺空調(diào),每臺制冷量為35 kW,常用 140 kW,可滿足機(jī)房制冷需求。 
5.3 電纜 
( 1) UPS 電源輸入電纜。UPS 電源輸入電流 Iin計(jì)算公式:
    ( 2)
式中: P———UPS 額定功率; 
        F1———輸出功率因數(shù);
        U———輸入額定電壓; 
        η———整機(jī)效率; 
        F2———輸入功率因數(shù)。 
        其中,整機(jī)效率 η = 0.8,輸入功率因數(shù) F2 = 0.99,因此 UPS 電源輸入電流為 326 A。查《電氣工程常用數(shù)據(jù)速查手冊》,并考慮環(huán)境溫度 修正系數(shù)、穿管系數(shù)后,ZR-YJV-4 × 240 + 1 × 185 規(guī)格電纜允許載流量為 359 A,滿足計(jì)算要求。 
        ( 2) 空調(diào)電源輸入電纜。該項(xiàng)目設(shè) 6 臺空調(diào),每臺 13 kW,空調(diào)總功率為 98 kW,計(jì)算電流為 185 A。查《電氣工程常用數(shù)據(jù)速查手冊》,并考慮環(huán)境溫度修正系數(shù)、穿管系數(shù)后,ZR-YJV-4 × 120 +1 ×70 規(guī)格電纜允許載流量為 228 A,滿足計(jì)算要求。 
5.4 開關(guān) 
        ( 1) UPS 電源進(jìn)線開關(guān)。根據(jù)式( 2) ,UPS電源的輸入電流為 326 A,進(jìn)線開關(guān)額定電流取400 A,選用型號 NSX400 3P。 
        (2) UPS 電源輸出開關(guān)。    ( 3) 
根據(jù)式( 3) ,UPS 電源輸出電流為 364 A,輸 出開關(guān)額定電流取 400 A,故選用 NSX400 3P 型號。
        (3) 空調(diào)電源輸入開關(guān)。空調(diào)負(fù)荷輸入電流計(jì)算結(jié)果為 185 A,開關(guān)額定電流取250A。
6安科瑞ANDPF列頭柜介紹
6.1產(chǎn)品介紹
        隨著數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)能耗問題也越來越突出,可靠的數(shù)據(jù)配電系統(tǒng)方案,是提高數(shù)據(jù)電能使用效率,降低設(shè)備能耗的有效方式。
        AMC系列數(shù)據(jù)配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的,能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),為交直流電源配電柜提供準(zhǔn)確的電參量信息,并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時監(jiān)控和有效管理,為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
6.2安科瑞配電產(chǎn)品解決方案
        1)交流系統(tǒng)
        功能要求
        遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度;
        遙信:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,頻率過高/過低,輸入分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、頻率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
配置方案如圖2,

        2)直流系統(tǒng)
        功能要求
        遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
        遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
配置方案如圖3,

6.3產(chǎn)品選型

 

7安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)介紹
7.1產(chǎn)品介紹
        針對數(shù)據(jù)智能小母線的監(jiān)控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監(jiān)控解決方案,該方案包括采集模塊、配套附件、監(jiān)控系統(tǒng),能對母線運(yùn)行過程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)生故障則進(jìn)行告警,以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
        AMB檢測單元是針對數(shù)據(jù)智能小母線插接箱/始端箱的監(jiān)控要求新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內(nèi)部,插接箱/始端箱采用方式與母線連通,它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。同時可以實(shí)時監(jiān)控母線接口溫度,配合2路Rs45通訊接口(1進(jìn)1出)或LORA無線通訊,采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至主控箱和后臺系統(tǒng),保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
7.2產(chǎn)品選型
安科瑞智能母線測控儀表選型如表2,

注:AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統(tǒng)、D-直流系統(tǒng)可選配AMB10顯示器,顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數(shù)。
8結(jié)束語
        數(shù)據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,對不同的負(fù)荷應(yīng)依據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行分類、分級,并采用不同的供電方案。注意以下事項(xiàng): 配電系統(tǒng)接線應(yīng)盡可能簡單、清晰,單節(jié)點(diǎn),具備容錯功能;設(shè)備配置要充分考慮維護(hù)管理方便; 模塊化 UPS 采用 n + 1 配置,空調(diào)系統(tǒng)采用 2n 配置,留足冗余。由于資金問題,該項(xiàng)目雖然實(shí)現(xiàn)兩回路*獨(dú)立的供電回路,但只配置 1 臺 UPS 電源,在市電供電電壓穩(wěn)定、質(zhì)量較好的情況下對設(shè)備不會造成影響。由于 IDC 設(shè)備都是計(jì)算機(jī)類設(shè)備,如 果市電供電質(zhì)量較差,電壓波動幅度較大,將對 IDC 設(shè)備的造成影響。因此,在市電供電質(zhì)量較差、條件許可的情況下,建議配置兩套獨(dú)立 的 UPS 電源。
【參考文獻(xiàn)】
[1]周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華.UPS 應(yīng)用與故障診斷[M].北京:中電力出版社,2008.
[2]袁令海.長江云數(shù)據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J].現(xiàn)代建筑電氣,2019(10):22-25.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版.
作者簡介:
劉細(xì)鳳,女,本科安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)配電監(jiān)控系統(tǒng)

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