试论机房低压供配电系统的可靠性设计

摘 要 不言而喻，无论任何行业，机房都是较为重要的控制中心，因此其供配电系统必须可以满足其对数据、信息的安全性需求，为了安全有效的运行设计应从系统安全的角度出发，一方面保证持续供电，一方保证安全可靠。

关键词 机房低压；供配电系统；可靠性设计

1 机房供配电系统设计的基本需求

机房可以说是系统中的“心脏”，其关键的技术特点是：系统重要的负载比例高，因为机房的用电特征分析可以将机房的用电负载分为两个大类，一种是保障性的负载，即主机、小型机、服务器、交换机等等，此类负载必须有不间断的电源为其供电，即 UPS 的性能必须保证；另一种是机房辅助的负载，即空调、照明、消防、监控等系统，这些系统的用电特征是供电时间短，且可以中断。在机房的设计中总结发现，机房的这两类需求中占比是各有不同的，其第一种负载的占比通常可以达到 70%以上，这也是机房供配电系统需要可靠运行的基本需求。机房的供电等级较高，因为机房的负载特征，使其不能出现中断，因此必须利用UPS实现持续供电，这就要求其他系统必须与之相配合，增加了系统设计的难度。同时其非线性的负载较多，机房内除了空调和照明等系统可以直接接入到外部电网中，其余设备都必须有UPS来过渡。非线性的负载所产生的谐波还会影响功率因数，这些因素都应被考虑到设计中[1]。

2 机房低压供配电系统的结构设计

2.1 机房供配电结构

根据机房的规划，应提前在配电间安装动力配电柜、空调配电柜和综合配电柜等设备。各交流配电柜的输入，应直接从大楼配电室三相空气开关引接，避免中间有过多的接线环节，尽量减少交流配电的故障点，并做好大楼配电室至机房配电室的桥架布线。一类负载配电结构。市电1、市电2及发电机输入电缆，分别由大楼配电室引至互投隔离开关K1 、K2 ，经A路UPS输入柜和B路UPS输入柜，分别为A路UPS系统和B路UPS系统供电（A路UPS系统和B路UPS系统，可以分别是单台UPS，也可以是N+1台冗余并联UPS）。A路UPS输出柜和B路UPS输出柜分别有两路输出：一路分别引至静态切换开关（STS）两端，通过单电源负载配电柜为单电源负载供电；另一路引至A路配电柜和B路配电柜，为双电源负载供电。二类负载配电结构。二类负载的配电。此类负载也有两条市电线路引出，分别从建筑的配电室引入投切隔离开关K1与K2，分别进过空调配电和综合配电柜连接到系统中的照明、空调、禁、监控等系统中，为其提供电源，而市电2号线路可与发电机进行并网，当市电1、2线路同时出现故障的时候建筑的配电室可以进行切换，利用发电机替代2号线路行持续供电。也可选择1、2号线路与发电机分别建立电的方式，应视具体情况而选择。

2.2 机房对供配电监控功能的要求

①供电系统的遥测功能包括：1）低压进线柜三相电压、三相电流、功率、频率；2）配电柜的输入电压、输入电流；3）UPS输出电压、电流；电池组的电压、充放电电流等；4）在一些特别重要的机房供电系统中，配电柜主开关触头的温度也需遥测，作为智能化监控的参数之一。②供电系统的遥控功能包括：在应急情况下远程停止UPS、UPS输出配电柜的主断路器等。③供电系统的遥信功能包括：当发生市电中断、机组故障、UPS故障等情况时，应有遥信信息送出，同时，电池充电状态、熔丝状态、配电柜主控开关温度（反应接点的接触电阻大小）等也应有遥信信息送出。

2.3 UPS的选择

UPS的投入在机房中是至关重要的，而性价比其中的重要因素，必须考虑，同时应考虑其功率选择应保证机房升级的需求；如无特殊要求则按照一类负载进行选择，但应与设计进行配合；首选在线UPS，可以提高系统的安全与有效。在使用中还应注意：UPS的功率应配合一定的余量，即保证其功率因数，所有的用电设备的功率之和不能超过单条线路UPS系统功率的80%；同时UPS必须具备适应频繁开关机的性能，尤其是长时间处在开机状态的工况，且设计负载开机方式时为逐一进行，不要同时启动；如购置备用的UPS需要长时间的存放而不能及时应用时，进行定期充电，对长时间不能应用的UPS应进行放电处理。

2.4 UPS的选择

①UPS的价格和容量不是成正比的，5台20kVA UPS的价格是一台100kVA UPS的几倍，同时，功率越大的UPS带载和抗冲击的裕量越大。从机房可靠性、减少短期内的扩容工作等角度考虑，尽量一次设计到位，应选择功率负荷大一些的UPS。②如无特殊行业标准要求，建议按一类负载配电结构方案考虑。但要注意，该结构方案中，若A路UPS系统和B路UPS系统是单台UPS，负载功率不应超过UPS单机功率的80%；至于后备满载供电时间，可根据各自的实际情况自行确定。总的原则是：UPS电池后备满载供电时间应能满足两路市电切换及发电机开启送电的时间。③应首选在线UPS，在线UPS通过整流和逆变将电网端的绝大多数污染消除，可以保障服务器及精密设备的长期稳定工作。④大功率UPS采用超长时间后备电池供电弊大于利。例如以60kVA UPS為例，购置4小时上后备电池所用的资金已超过整套设备资金，电池需要大量维护，与使用周期长达10余年的UPS相比，电池是易耗品，3～5年必须更换，容易造成资金浪费，不如在前端配置柴油发电机组[2]。

3 结束语

综上文所述，生产机房系统可靠性设计的重要性不言而喻，配电系统的安全可靠性不容忽视的。总的来说，机房低压供配电系统的设计要遵循以下原则：简单明了、可靠实用是机房配电系统的终极目标，规避交错复杂，进而带来后期维护的不便；尽量缩减交流配电步骤，多一个配电步骤就增加一个故障点；科学性选择上下级断路器的额定容量，保障使用的可靠性。

参考文献

[1] 边楠.刍议机房的低压供配电系统设计[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009，（03）：242.

[2] 袁辉.计算机机房设计[J].科协论坛（下半月），2009，（06）：64-65.

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