王雷

摘要：某通訊運營商通信生產(chǎn)樓電源系統(tǒng)經(jīng)歷三次擴容，實際使用負荷為58%，由于省級集中的電信業(yè)務(wù)發(fā)展需求旺盛，啟動四期擴容工程。該文對已制定的四期初步擴容方案進行詳細評估，確定按初步方案建成后電源系統(tǒng)使用風(fēng)險較大，就此進行分析、論證和評審，揭示系統(tǒng)風(fēng)險所在，實現(xiàn)風(fēng)險控制。

關(guān)鍵詞：電源系統(tǒng)；風(fēng)險；評估；管控

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-1115-04

某運營商新技術(shù)生產(chǎn)樓（以下簡稱：新大樓）按計劃將對現(xiàn)有大樓電源系統(tǒng)進行四期擴容工程。

1 電源系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

新大樓電源系統(tǒng)已分別進行二、三期擴容?，F(xiàn)有兩路10KV高壓市電輸入、一套高壓配電系統(tǒng)、兩套低壓配電系統(tǒng)配置電力變壓器為1250KVA干式電力變壓器、四臺728KW/910KVA柴油發(fā)電機組，和三套3*200KVAUPS電源系統(tǒng)，具體配置和現(xiàn)有容量分析詳見下表：

1.1 低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&實際負荷＼&季節(jié)負荷＼&夏季最大負荷＼&1＼&低配系統(tǒng)一＼&1250KVA＼&528KVA＼&66KVA＼&730KVA＼&2＼&低配系統(tǒng)二＼&1250KVA＼&601KVA＼&＼&757KVA＼&＼&小計＼&2500KVA＼&1129KVA＼&66KVA＼&1487KVA＼&]

其中：低配系統(tǒng)一還要加66KVA的季節(jié)性負荷（即：辦公層中央空調(diào)負荷），經(jīng)統(tǒng)計夏季最大負荷已使用到低配系統(tǒng)額定負荷的59.5%。

1.2 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&平均相電流＼&實際負荷＼&故障負荷＼&引用市電＼&1＼&UPS系統(tǒng)一＼&3*200KVA＼&355A＼&234KVA＼&336 KVA＼&低配系統(tǒng)2＼&2＼&UPS系統(tǒng)二＼&3*200KVA＼&309A＼&204KVA＼&321 KVA＼&低配系統(tǒng)1＼&3＼&UPS系統(tǒng)三＼&3*200KVA＼&200A＼&132KVA＼&249 KVA＼&低配系統(tǒng)1＼&＼&小計＼&9*200KVA＼&＼&570KVA＼&＼&＼&]

由于新大樓三套UPS電源系統(tǒng)已于2008年改造為雙系統(tǒng)互為備用供電，即允許一套UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，另外兩套UPS電源系統(tǒng)能平穩(wěn)過渡和承擔(dān)癱瘓系統(tǒng)的負荷，因此，三套系統(tǒng)的額定容量應(yīng)為2*3*200*0.7=840KVA，目前已使用570KVA。

1.3 柴油發(fā)電機組系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&平均相電流＼&實際負荷＼&備注＼&1＼&油機組1、2＼&910KVA＼&850A＼&561KVA＼&位于負一層＼&2＼&油機組3＼&910KVA＼&570A＼&376KVA＼&院內(nèi)集裝箱式＼&3＼&油機組4＼&910KVA＼&230A＼&152KVA＼&院內(nèi)集裝箱式＼&＼&小計＼&3*910KVA＼&1650A＼&1089KVA＼&＼&]

負一層兩組柴油發(fā)電機組由于機房進排氣口等限制，兩臺只能是一組使用、一組備用狀態(tài)，且達不到滿載功率，只能使用到：910KVA*0.8=728KVA。

通過以上分析可知，油機電負荷實際值為1089KVA，低配系統(tǒng)總負荷為1129KVA，只有40KVA的一般負荷（非油機組供電）。

2 新技術(shù)生產(chǎn)樓業(yè)務(wù)需求

省級業(yè)務(wù)與信息平臺（系統(tǒng)）的新建和擴容需求旺盛，本期啟用六樓IT機房，使用面積250m2。預(yù)測機房負荷最終需要約400KVA的UPS電源，和150KVA的機房專業(yè)空調(diào)負荷，加上近期其余機房空調(diào)擴容容量75KVA，合計需新增400+150+75=625KVA的低壓配電負荷和油機電負荷。

3 本期工程初步建設(shè)方案

為滿足以上新增負荷的需求，機房面積又許可的情況下，擬定了新大樓四期擴容工程的初步建設(shè)方案，具體主要設(shè)備配置如下：

[序號＼&設(shè)備名稱＼&規(guī)格容量配置＼&單位＼&數(shù)量＼&備注＼&1＼&集裝箱式柴油發(fā)電機組＼&400KW/500KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS電源＼&2*160KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄電池組＼&3＼&ATS自動轉(zhuǎn)換控制柜＼&380V/800A＼&臺＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機與配電柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&6＼&機房專用空調(diào)＼&70KW＼&臺＼&7＼&＼&7＼&空調(diào)電源配電屏＼&380V/400A＼&臺＼&1＼&＼&]

其中現(xiàn)有三套UPS電源系統(tǒng)還可提供200KVA的UPS電源，上表配置的系統(tǒng)容量為224KVA，因此能滿足預(yù)測機房負荷最終約400KVA的UPS電源需求，機房專用空調(diào)的配置也能滿足要求，其中總制冷量為6*70 KW =420KW。

4 初步建設(shè)方案風(fēng)險分析

根據(jù)現(xiàn)狀和四期擴容方案，編制了“生產(chǎn)樓電源系統(tǒng)容量分析（預(yù)測模型1）”（詳見附表1），預(yù)測模型按滿足省級業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)建設(shè)需求和配套空調(diào)環(huán)境的需求測算。

模型提示系統(tǒng)將有如下風(fēng)險：

1）兩套低壓配電系統(tǒng)終期最大負荷已達電力變壓器額定容量的90%以上；

2）在終期故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，電力變壓器即告過載且過載較大；

3）地下室油機組1、2的終期運行負荷已達油機組的83%；在終期最大負荷時，地下室油機組即告過載且過載較大。

風(fēng)險分析：

新大樓現(xiàn)有干式電力變壓器可短暫性過載，其過載運行能力如下：

[干式變壓器＼&過載量＼&20%＼&30%＼&40%＼&50%＼&60%＼&持續(xù)時間＼&<60min＼&<45min＼&<32min＼&<18min＼&<5min＼&]

另外地下室油機組1、2的現(xiàn)有負載率過高，終期最大負荷運行時即告過載將使低配系統(tǒng)2失去油機保障，造成嚴(yán)重的安全隱患。

因為預(yù)測模型一中提出的建設(shè)方案超出了大樓低配系統(tǒng)所能承擔(dān)的最大負荷能力，所帶來的系統(tǒng)運行風(fēng)險將是難以估量，假設(shè)發(fā)生終期故障最大負荷情況，極有可能出現(xiàn)油機過載、變壓器開關(guān)跳閘或燒毀等無法挽回的后果。所以本預(yù)測模型無實際可行性。

5 調(diào)整后建設(shè)方案

根據(jù)以上風(fēng)險的分析和揭示，修訂的建設(shè)方案如下：

[序號＼&設(shè)備名稱＼&規(guī)格容量配置＼&單位＼&數(shù)量＼&備注＼&1＼&集裝箱式柴油發(fā)電機組＼&480KW/600KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS電源＼&2*120KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄電池組＼&3＼&雙電源自動轉(zhuǎn)換柜＼&380V/630A＼&臺＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機與配電柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&6＼&機房專用空調(diào)＼&70KW＼&臺＼&7＼&＼&7＼&空調(diào)電源配電屏＼&380V/400A＼&臺＼&1＼&＼&]

修正后的建設(shè)方案減小了新增UPS電源的容量，加大了集裝箱式柴油發(fā)電機組的容量，將大樓供電方案和專用空調(diào)配電方案做了一些調(diào)整，編制了 “生產(chǎn)樓電源系統(tǒng)容量分析（預(yù)測模型2）”（詳見附表2），預(yù)測模型2減少了對省級業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)建設(shè)需求的電源提供能力，其新增UPS電源可用容量變?yōu)?68KVA，現(xiàn)有三套UPS系統(tǒng)提供能力降低為164KVA，合計最大容量為332KVA。另外調(diào)整了不同油機組所帶空調(diào)負荷，將原承擔(dān)在地下室油機組1、2的部分空調(diào)負載調(diào)整至本期新增油機組5，降低油機組1、2的負載率。

調(diào)整后模型2提示系統(tǒng)將還有如下風(fēng)險：

1）兩套低壓配電系統(tǒng)終期最大負荷已達電力變壓器額定容量的85%；

2）在終期故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，低配系統(tǒng)一的電力變壓器即告過載；

風(fēng)險分析：

一般來說，低配系統(tǒng)電力變壓器在額定容量的80%范圍內(nèi)可以長期穩(wěn)定運行，在80%-85%范圍內(nèi)也可長期運行，但需密切注意變壓器溫升，避免長期高負荷運行降低變壓器使用壽命，必要時通過變壓器強制排風(fēng)或空調(diào)降溫等措施減少變壓器溫升影響。

另外由于新大樓低配電源系統(tǒng)所帶負荷主要為UPS電源系統(tǒng)，其反饋的高次諧波對電力變壓器的溫升等影響是不可小視，對此要判斷高次諧波含量及對電力變壓器的影響。為了減少新建UPS設(shè)備產(chǎn)生的諧波影響，首先必須保證新建設(shè)備為12脈沖產(chǎn)品，其次控制低配系統(tǒng)夏季正常最大運行總負荷不超過變壓器容量80%。

至于，在終級故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，低配系統(tǒng)一的電力變壓器即告過載，可以通過應(yīng)急卸載非通信負載或開啟油機組分擔(dān)部分故障負荷的方案，來降低低配系統(tǒng)負載率，保證新技術(shù)生產(chǎn)樓電源安全。

6 風(fēng)險管控措施

為克服還存在的風(fēng)險，方案實施后建議采用如下控制方案：

1）控制低配系統(tǒng)夏季正常最大運行總負荷不超過變壓器容量80%，后期運行中注意控制負載加載容量，夏季系統(tǒng)負荷達到變壓器容量80%后即停止新增負荷，后期重要負荷增加可通過降低非重要負荷進行調(diào)節(jié)；

2）設(shè)計應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)保證UPS故障時變壓器負載能夠降低至安全運行狀態(tài)；

3）應(yīng)急預(yù)案可選擇兩種方式：（一、故障時卸載非重要負載；二、故障時開啟油機組，分擔(dān)一部分負荷）；

4）新建UPS設(shè)備采用12脈沖主機，避免高次諧波對電力變壓器溫升影響；

7 小結(jié)

通過本次生產(chǎn)樓電源四期擴容后系統(tǒng)風(fēng)險評估分析，可以發(fā)現(xiàn)對于大系統(tǒng)電源部分項目的擴容建設(shè)不能僅僅依據(jù)實際業(yè)務(wù)需求，還要從整個供電大系統(tǒng)全盤考量需求增加對整體系統(tǒng)安全帶來的影響。理論上的擴容能力不等于系統(tǒng)整體安全運行所能允許的實際能力，這就要求我們在具體設(shè)計時必須抱著謹慎、畏懼的態(tài)度，從宏觀性、多角度對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行更詳細、科學(xué)的論證，力求保證得到最安全可靠的預(yù)測結(jié)果，因為任何電源系統(tǒng)出現(xiàn)的問題都將造成不可挽回的損失。

參考文獻：

[1] 安徽電信規(guī)劃設(shè)計院電源專業(yè)委員會[M].通信電源設(shè)計技術(shù)設(shè)計指導(dǎo)書”.

[2] 中國電信集團公司：中國電信[2005]741 號“關(guān)于發(fā)布《中國電信數(shù)據(jù)中心機房電源、空調(diào)環(huán)境設(shè)計規(guī)范（暫行）》和《中國電信數(shù)據(jù)中心機房電源、空調(diào)環(huán)境驗收規(guī)范（暫行）》的通知”.