張永紅，侯永濤，李志超（.中國聯(lián)通甘肅分公司，甘肅蘭州 730000；.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 現(xiàn)狀

某運營商省級樞紐樓10 kV 配電室主接線如圖1所示，市電經(jīng)2 路10 kV 高壓電纜引接（主3 200 kVA，備1 600 kVA），配電系統(tǒng)高壓側(cè)為單母線分2 段，10 kVⅠ段帶2×800 kVA 變壓器；10 kVⅡ段帶1×1 600 kVA 變壓器。低壓0.4 kV 側(cè)按照3 臺變壓器分為3 段母線，通過2×1 250 A、2×1 000 A、2×630 A、24×400 A、15×250 A、12×160 A、2×125 A，合計用10 個饋電柜通過59 回出線向各類負荷饋電。該樞紐樓另行配置2×1 200 kW 柴油發(fā)電機組作為后備保安電源，在兩路市電同時故障時，向負荷供電，保證通信負荷的正常運行。

2 負荷預(yù)測及風(fēng)險分析

該通信樞紐樓在2019 年4 月3 日的電力負荷為1 715 kW。因此，當(dāng)前的系統(tǒng)運行方式為1×1 600 kVA+1×800 kVA 變壓器同時投運，1×800 kVA 變壓器作為備用。按照簡單的直線法進行負荷預(yù)測（見圖2），短期至2025 年負荷將增長至3 000 kW，中期至2030 年則會增長至4 000 kW。但是從通信負荷的變化特點以及發(fā)展趨勢看，負荷可能的增長應(yīng)該比直線法增長要快得多，預(yù)計2026年就可能突破4 000 kW。

根據(jù)以上負荷預(yù)測，結(jié)合現(xiàn)場實際勘測情況等綜合分析，該通信樞紐樓的配電系統(tǒng)存在如下風(fēng)險。

圖1 配電室現(xiàn)狀示意圖

圖2 負荷預(yù)測趨勢

a）備供容量不足：10 kV 備供線路容量僅有1 600 kVA，在主供線路停電后，備供無法為全部負荷供電，需要啟動油機分擔(dān)一部分負荷，系統(tǒng)可靠性大大降低。

b）變壓器容量不足：現(xiàn)有的3 臺變壓器總?cè)萘繛? 200 kVA，一旦1 600 kVA 的變壓器故障，現(xiàn)有的2×800 kVA 變壓器將無法滿足供電需求，需要啟動油機分擔(dān)部分負荷。

c）饋電端口不足：因前期配電結(jié)構(gòu)規(guī)劃的原因，全部負荷無論大小都直接從配電室饋電，導(dǎo)致現(xiàn)有10個饋電柜的59回出線端口已經(jīng)大部分被占用，僅剩余2×250 A、4×160 A 共4個小開關(guān)尚未占用，對于后期接入大容量的開關(guān)電源、UPS等負荷需求，該配電室無可用容量的低壓輸出端口。

d）保安電源容量不足：現(xiàn)有2×1 200 kW的后備柴油發(fā)電機組，無法滿足最嚴重的2 路市電同時停電工況下的后備供電需求。一旦某一臺油機故障，將導(dǎo)致嚴重后果。

3 改造方案一

主導(dǎo)思路是在原配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進行改造。

a）替換原2×1 200 kW 柴油發(fā)電機組為2×1 600 kW。

b）擴容備供線路為3 200 kVA。

c）替換原2×800 kVA變壓器為2×1 600 kVA。

d）增加大開關(guān)的饋電柜并敷設(shè)電纜送電到負荷近端。

按照方案一改造后的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 改造方案一的最終系統(tǒng)示意圖

4 改造方案二

主導(dǎo)思路是新建第二配電系統(tǒng)（分期）承擔(dān)主要通信負荷，之后再改造原第一配電系統(tǒng)。

a）新引接一路3 200 kVA 的10 kV 供電線路作為第二配電系統(tǒng)的主供線路。

b）新建第二系統(tǒng)的1×1 600 kVA的變壓器及其配套的母線、開關(guān)等變電設(shè)施。

c）新建1×1 600 kW 的柴油發(fā)電機組作為第二配電系統(tǒng)的保安電源。

d）第二配電系統(tǒng)配置大開關(guān)的饋電柜并敷設(shè)電纜送電到負荷近端。

e）倒閘、切換負荷至第二配電系統(tǒng)，第一配電系統(tǒng)停電改造。

f）擴容第一配電系統(tǒng)10 kV 備供進線至3 200 kVA。

g）替換第一配電系統(tǒng)原2×800 kVA 變壓器為1×1 600 kVA。

h）在第一配電系統(tǒng)新增大開關(guān)的饋電柜并敷設(shè)電纜送電到負荷近端。

i）倒閘、將全部用電負荷合理分擔(dān)在2 個配電系統(tǒng)上。

j）后期根據(jù)負荷增長，適時擴容第二配電系統(tǒng)（二期）。

按照方案二改造后的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

5 技術(shù)經(jīng)濟對比

表1 為2 個改造方案的技術(shù)經(jīng)濟指標對比。方案一為傳統(tǒng)的擴容改造：用大容量的設(shè)備替換小容量的，從結(jié)果上來看確實能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)擴容的目的；改造方案二則直接新建系統(tǒng)，能安全、快速地實現(xiàn)系統(tǒng)容量的大幅提升甚至翻倍（二期）。至為重要的一點是：新建配電系統(tǒng)承擔(dān)負荷后再對舊系統(tǒng)進行改造，能最大程度保證配電系統(tǒng)擴容改造過程中不影響通信設(shè)備的安全運行，而任何時候最終目的都是要保證通信的安全。從經(jīng)濟指標來看，改造方案二能以較低的投資，盡快完成系統(tǒng)擴容，且能滿足未來10 年之需；而方案一卻是在繁復(fù)驚險的改造之后不到5年又面臨著容量不足的問題，需要更多的投資才能實現(xiàn)和方案二同等水平的供電能力。同時，方案二能充分利用現(xiàn)有的2臺油機，大大提升了設(shè)備的使用率和壽命周期。從投資收益來看，方案二的經(jīng)濟性十分顯著。

表1 2個改造方案的技術(shù)經(jīng)濟指標對比

圖4 改造方案二的最終系統(tǒng)圖

6 結(jié)論

綜上分析，可以得出以下結(jié)論。

a）本次改造項目的緣起，其一就是由于前期通信樞紐樓項目實施過程中，配電系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)并沒有根據(jù)通信樞紐樓或者數(shù)據(jù)中心的特點，制定相應(yīng)的具體方案，而是簡單套用通用的工業(yè)建筑配電系統(tǒng)的規(guī)范設(shè)計，與通信機樓的具體需求之間出現(xiàn)了差距。后期又未能及時根據(jù)負荷增長預(yù)先規(guī)劃和實施擴容改造方案，拖延至今造成系統(tǒng)供電能力不足、影響通信安全的被動局面。

b）根據(jù)2 個方案技術(shù)經(jīng)濟對比結(jié)果來看，在實施過程的安全性考慮、實際供電能力、綜合投資等方面來比較，方案二的優(yōu)勢十分明顯。

c）方案二相對于方案一來說，其優(yōu)勢在于比較科學(xué)、合理的規(guī)劃：項目規(guī)劃不應(yīng)局限在僅僅解決當(dāng)前的困難和需求，而應(yīng)該立足中、長期規(guī)劃，合理地分步驟實施，如此則既能徹底解決當(dāng)前的現(xiàn)實困難，又能從容地為中長期的需求提供業(yè)務(wù)能力，在項目投資上也實現(xiàn)了綜合效益最大化。

7 探討

“電源是保證通信暢通的心臟”，而低壓配電系統(tǒng)就是通信網(wǎng)絡(luò)的主動脈，擔(dān)負著為所有通信設(shè)備可靠供電的責(zé)任。實踐證明，“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是在“樹狀結(jié)構(gòu)”的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的最科學(xué)、最安全的分級配電方式。

“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”分級配電的主要原則有：豎向分級、橫向交叉、主備隔離。豎向分級的目的就是結(jié)構(gòu)簡單、管理高效；橫向交叉接線的目的就是確保安全；主、備路在空間上相互隔離是容災(zāi)措施。

配電室內(nèi)配置足夠數(shù)量的大容量斷路器（1 000～2 000 A），直接向樓層總配電柜饋電，而該樓層的所有電氣負荷，全部從該樓層的總配電柜引接，不得從配電室內(nèi)迂回引接，嚴格按照“豎向分級”供電的結(jié)構(gòu)布置。

“主備隔離”就是每一樓層（或者用電單元）建設(shè)2臺（1主1備）完全獨立的總配電柜，分別從不同的母線段引接，而且做到主、備總配電柜、引接電纜（或者低壓母線槽）的敷設(shè)路由完全獨立，即主、備分別敷設(shè)在具有足夠距離的相互隔離的空間內(nèi)，且各自處于不同的防火區(qū)間，避免因某一段發(fā)生電氣火災(zāi)，導(dǎo)致系統(tǒng)全面癱瘓的不可逆轉(zhuǎn)的嚴重后果。

而開關(guān)電源、UPS等通信電源設(shè)備，考慮到系統(tǒng)供電安全，以及運行調(diào)度的方便，需要主備輸入分別從樓層的主、備總配電柜上引接，實現(xiàn)了“橫向交叉”，避免了某一個樓層總配電柜故障后影響對通信設(shè)備的供電。對于雙電源引入的直流或者交流的PDF，主備輸入電源同樣交叉連接，即從不同的開關(guān)電源或者UPS輸出引接。

據(jù)上所述，為保證通信樞紐樓、數(shù)據(jù)中心的用電安全，根據(jù)行業(yè)配電系統(tǒng)建設(shè)需求和固有特點，在確保安全的前提下，充分考慮后期運行調(diào)度和系統(tǒng)擴容的便利性，綜合各方面的成功經(jīng)驗，及時制定、頒發(fā)相應(yīng)的通信樓配電系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計的標準規(guī)范，作為后期行業(yè)內(nèi)項目建設(shè)的指導(dǎo)性文件。