王雷

摘要：某通訊運(yùn)營(yíng)商通信生產(chǎn)樓電源系統(tǒng)經(jīng)歷三次擴(kuò)容，實(shí)際使用負(fù)荷為58%，由于省級(jí)集中的電信業(yè)務(wù)發(fā)展需求旺盛，啟動(dòng)四期擴(kuò)容工程。該文對(duì)已制定的四期初步擴(kuò)容方案進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，確定按初步方案建成后電源系統(tǒng)使用風(fēng)險(xiǎn)較大，就此進(jìn)行分析、論證和評(píng)審，揭示系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)所在，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制。

關(guān)鍵詞：電源系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)估；管控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）05-1115-04

某運(yùn)營(yíng)商新技術(shù)生產(chǎn)樓（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：新大樓）按計(jì)劃將對(duì)現(xiàn)有大樓電源系統(tǒng)進(jìn)行四期擴(kuò)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(jìn)行二、三期擴(kuò)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(tái)728KW/910KVA柴油發(fā)電機(jī)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(jiàn)下表：

1.1 低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號(hào)＼&系統(tǒng)名稱(chēng)＼&額定容量＼&實(shí)際負(fù)荷＼&季節(jié)負(fù)荷＼&夏季最大負(fù)荷＼&1＼&低配系統(tǒng)一＼&1250KVA＼&528KVA＼&66KVA＼&730KVA＼&2＼&低配系統(tǒng)二＼&1250KVA＼&601KVA＼&＼&757KVA＼&＼&小計(jì)＼&2500KVA＼&1129KVA＼&66KVA＼&1487KVA＼&]

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

1.2 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號(hào)＼&系統(tǒng)名稱(chēng)＼&額定容量＼&平均相電流＼&實(shí)際負(fù)荷＼&故障負(fù)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(jì)＼&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(shí)，另外兩套UPS電源系統(tǒng)能平穩(wěn)過(guò)渡和承擔(dān)癱瘓系統(tǒng)的負(fù)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(jī)組系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號(hào)＼&系統(tǒng)名稱(chēng)＼&額定容量＼&平均相電流＼&實(shí)際負(fù)荷＼&備注＼&1＼&油機(jī)組1、2＼&910KVA＼&850A＼&561KVA＼&位于負(fù)一層＼&2＼&油機(jī)組3＼&910KVA＼&570A＼&376KVA＼&院內(nèi)集裝箱式＼&3＼&油機(jī)組4＼&910KVA＼&230A＼&152KVA＼&院內(nèi)集裝箱式＼&＼&小計(jì)＼&3*910KVA＼&1650A＼&1089KVA＼&＼&]

負(fù)一層兩組柴油發(fā)電機(jī)組由于機(jī)房進(jìn)排氣口等限制，兩臺(tái)只能是一組使用、一組備用狀態(tài)，且達(dá)不到滿(mǎn)載功率，只能使用到：910KVA*0.8=728KVA。

通過(guò)以上分析可知，油機(jī)電負(fù)荷實(shí)際值為1089KVA，低配系統(tǒng)總負(fù)荷為1129KVA，只有40KVA的一般負(fù)荷（非油機(jī)組供電）。

2 新技術(shù)生產(chǎn)樓業(yè)務(wù)需求

省級(jí)業(yè)務(wù)與信息平臺(tái)（系統(tǒng)）的新建和擴(kuò)容需求旺盛，本期啟用六樓IT機(jī)房，使用面積250m2。預(yù)測(cè)機(jī)房負(fù)荷最終需要約400KVA的UPS電源，和150KVA的機(jī)房專(zhuān)業(yè)空調(diào)負(fù)荷，加上近期其余機(jī)房空調(diào)擴(kuò)容容量75KVA，合計(jì)需新增400+150+75=625KVA的低壓配電負(fù)荷和油機(jī)電負(fù)荷。

3 本期工程初步建設(shè)方案

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

[序號(hào)＼&設(shè)備名稱(chēng)＼&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(jī)組＼&400KW/500KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS電源＼&2*160KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄電池組＼&3＼&ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制柜＼&380V/800A＼&臺(tái)＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機(jī)與配電柜＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&2＼&＼&6＼&機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)＼&70KW＼&臺(tái)＼&7＼&＼&7＼&空調(diào)電源配電屏＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&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(mǎn)足預(yù)測(cè)機(jī)房負(fù)荷最終約400KVA的UPS電源需求，機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)的配置也能滿(mǎn)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(xiǎn)分析

根據(jù)現(xiàn)狀和四期擴(kuò)容方案，編制了“生產(chǎn)樓電源系統(tǒng)容量分析（預(yù)測(cè)模型1）”（詳見(jiàn)附表1），預(yù)測(cè)模型按滿(mǎn)足省級(jí)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(cè)算。

模型提示系統(tǒng)將有如下風(fēng)險(xiǎn)：

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

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

3）地下室油機(jī)組1、2的終期運(yùn)行負(fù)荷已達(dá)油機(jī)組的83%；在終期最大負(fù)荷時(shí)，地下室油機(jī)組即告過(guò)載且過(guò)載較大。

風(fēng)險(xiǎn)分析：

新大樓現(xiàn)有干式電力變壓器可短暫性過(guò)載，其過(guò)載運(yùn)行能力如下：

[干式變壓器＼&過(guò)載量＼&20%＼&30%＼&40%＼&50%＼&60%＼&持續(xù)時(shí)間＼&<60min＼&<45min＼&<32min＼&<18min＼&<5min＼&]

另外地下室油機(jī)組1、2的現(xiàn)有負(fù)載率過(guò)高，終期最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)即告過(guò)載將使低配系統(tǒng)2失去油機(jī)保障，造成嚴(yán)重的安全隱患。

因?yàn)轭A(yù)測(cè)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(fù)荷能力，所帶來(lái)的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)將是難以估量，假設(shè)發(fā)生終期故障最大負(fù)荷情況，極有可能出現(xiàn)油機(jī)過(guò)載、變壓器開(kāi)關(guān)跳閘或燒毀等無(wú)法挽回的后果。所以本預(yù)測(cè)模型無(wú)實(shí)際可行性。

5 調(diào)整后建設(shè)方案

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

[序號(hào)＼&設(shè)備名稱(chēng)＼&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(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)換柜＼&380V/630A＼&臺(tái)＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機(jī)與配電柜＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&2＼&＼&6＼&機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)＼&70KW＼&臺(tái)＼&7＼&＼&7＼&空調(diào)電源配電屏＼&380V/400A＼&臺(tái)＼&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(jī)組的容量，將大樓供電方案和專(zhuān)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(cè)模型2）”（詳見(jiàn)附表2），預(yù)測(cè)模型2減少了對(duì)省級(jí)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(jì)最大容量為332KVA。另外調(diào)整了不同油機(jī)組所帶空調(diào)負(fù)荷，將原承擔(dān)在地下室油機(jī)組1、2的部分空調(diào)負(fù)載調(diào)整至本期新增油機(jī)組5，降低油機(jī)組1、2的負(fù)載率。

調(diào)整后模型2提示系統(tǒng)將還有如下風(fēng)險(xiǎn)：

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

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

風(fēng)險(xiǎn)分析：

一般來(lái)說(shuō)，低配系統(tǒng)電力變壓器在額定容量的80%范圍內(nèi)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在80%-85%范圍內(nèi)也可長(zhǎng)期運(yùn)行，但需密切注意變壓器溫升，避免長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行降低變壓器使用壽命，必要時(shí)通過(guò)變壓器強(qiáng)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(fù)荷主要為UPS電源系統(tǒng)，其反饋的高次諧波對(duì)電力變壓器的溫升等影響是不可小視，對(duì)此要判斷高次諧波含量及對(duì)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(yùn)行總負(fù)荷不超過(guò)變壓器容量80%。

至于，在終級(jí)故障時(shí)最大負(fù)荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時(shí)，低配系統(tǒng)一的電力變壓器即告過(guò)載，可以通過(guò)應(yīng)急卸載非通信負(fù)載或開(kāi)啟油機(jī)組分擔(dān)部分故障負(fù)荷的方案，來(lái)降低低配系統(tǒng)負(fù)載率，保證新技術(shù)生產(chǎn)樓電源安全。

6 風(fēng)險(xiǎn)管控措施

為克服還存在的風(fēng)險(xiǎn)，方案實(shí)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(yùn)行總負(fù)荷不超過(guò)變壓器容量80%，后期運(yùn)行中注意控制負(fù)載加載容量，夏季系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到變壓器容量80%后即停止新增負(fù)荷，后期重要負(fù)荷增加可通過(guò)降低非重要負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)；

2）設(shè)計(jì)應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)保證UPS故障時(shí)變壓器負(fù)載能夠降低至安全運(yùn)行狀態(tài)；

3）應(yīng)急預(yù)案可選擇兩種方式：（一、故障時(shí)卸載非重要負(fù)載；二、故障時(shí)開(kāi)啟油機(jī)組，分擔(dān)一部分負(fù)荷）；

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

7 小結(jié)

通過(guò)本次生產(chǎn)樓電源四期擴(kuò)容后系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于大系統(tǒng)電源部分項(xiàng)目的擴(kuò)容建設(shè)不能僅僅依據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，還要從整個(gè)供電大系統(tǒng)全盤(pán)考量需求增加對(duì)整體系統(tǒng)安全帶來(lái)的影響。理論上的擴(kuò)容能力不等于系統(tǒng)整體安全運(yùn)行所能允許的實(shí)際能力，這就要求我們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)時(shí)必須抱著謹(jǐn)慎、畏懼的態(tài)度，從宏觀性、多角度對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行更詳細(xì)、科學(xué)的論證，力求保證得到最安全可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果，因?yàn)槿魏坞娫聪到y(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題都將造成不可挽回的損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安徽電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院電源專(zhuān)業(yè)委員會(huì)[M].通信電源設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)”.

[2] 中國(guó)電信集團(tuán)公司：中國(guó)電信[2005]741 號(hào)“關(guān)于發(fā)布《中國(guó)電信數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源、空調(diào)環(huán)境設(shè)計(jì)規(guī)范（暫行）》和《中國(guó)電信數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源、空調(diào)環(huán)境驗(yàn)收規(guī)范（暫行）》的通知”.