某機房配電系統(tǒng)設(shè)計

文｜北京誠高科技發(fā)展有限公司 田博光

機房工程中配電系統(tǒng)是非常重要的，如果機房內(nèi)不能保證正常供電，設(shè)備也不能很好地工作，甚至發(fā)生事故，進而損壞設(shè)備或傷人。所以保證機房內(nèi)設(shè)備的正常供電是機房配電系統(tǒng)要實現(xiàn)的最終目的或根本宗旨。

在機房配電系統(tǒng)的設(shè)計和實施中執(zhí)行相關(guān)國家標準為實現(xiàn)機房正常供電提供了基本保證。按照國家標準，機房配電系統(tǒng)應(yīng)滿足保障人身安全、配電可靠、電能質(zhì)量合格、節(jié)能、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安裝和維護方便的要求。實際情況是比較復(fù)雜的，如何實現(xiàn)上述要求，常常需要反復(fù)進行方案設(shè)計；設(shè)計中還要不斷地與用戶溝通，消除誤解，最后做出可行的用戶滿意的方案。設(shè)計這一步非常關(guān)鍵，因為設(shè)計指導(dǎo)施工，也決定驗收標準。當然做出滿足要求的設(shè)計不是唯一的；但最佳方案應(yīng)是唯一的。一般來說，設(shè)計者個人處于局部位置，其知識水平、經(jīng)驗都是有限的，找到宏觀上的最佳方案是較難的，或者說，你認為是最佳方案了，可在別人看來并不是最佳方案，可能還有更好的。所以，設(shè)計方案的交流與討論很重要，它可以使我們的設(shè)計不斷向最佳接近。

為此，本文介紹某公司托管機房工程配電系統(tǒng)設(shè)計方案，希望與同行討論并得到專家的指教。

1 總體情況

機房總面積：600m2（其中機房430 m2）；

機柜數(shù)量：50個；

UPS 系統(tǒng)：80kVA×2，雙母線；

接地系統(tǒng)：本樓層原有；

供電路數(shù)及每路最大供電量：二路分別來自1250kVA、1600kVA變壓器，200A/3P斷路器/路，要自動切換且該兩路電源需定期維護；供電距離：380m；

機柜是否雙路供電：每個機柜雙路供電；

空調(diào)設(shè)置：商用 3臺，精密 2臺 舒適性3臺，新風機 2臺；

照明設(shè)置：嵌入式反射燈 3×40W：31盞；3×20W：46盞；

插座設(shè)置：五孔（10A/250V）43個，地插 5個；

應(yīng)急燈方式：抽管方式，5×36W，UPS供電；

緊急出口、疏散標志方式：自發(fā)光；

備用電源：暫無油機但以后要配置，方案中需預(yù)留接口。

2 機房配電柜（SRPD）

大樓配電室只能給該機房兩路供電且每路由200A空開控制，每路分別來自一個大變壓器（1250kVA、1600kVA）；大樓配電室在地下二層，機房在三層。這樣就從地下二層引兩路供電到三層，線纜長度380m/路，進入《機房供電柜SRPD》，分別接到空開GD2和GD3輸入端上；稱為“配電室電源1”和“配電室電源2”，GD2和GD3的下端分別接到自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS2的輸入端上，GD2下端同時接到ATS2的一個輸入端上，GD2和GD3的下端分別設(shè)有兩路電源的電能計量，如圖1所示。

圖1

ATS2的輸出經(jīng)空開FGD2加到圖中的右側(cè)母排上，動力部分，向空調(diào)、新風機、照明供電。“配電室電源1”也通過GD2加到自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS1的輸入端上，平時通過ATS1經(jīng)FGD1向圖中左母排供電，即向UPS系統(tǒng)供電；另設(shè)油機接口，可在特殊情況下通過空開GD1、ATS1和FGD1向UPS系統(tǒng)供電和GD4、FGD2向動力部分供電。ATS1和ATS2 都可設(shè)定在自動狀態(tài)，ATS2優(yōu)選“配電室電源2”供電；ATS1優(yōu)選“配電室電源1”供電。

當大樓配電室維護“配電室電源1”時，即停止“配電室電源1”供電時，UPS系統(tǒng)通過自身的后備電能（在滿載下，近70分鐘/臺）繼續(xù)向負載供電，或啟動柴油發(fā)電機連續(xù)供電。當大樓配電室維護“配電室電源2”時，即停止“配電室電源2”供電時，ATS2自動切換到“配電室電源1”供電，但在此之前，系統(tǒng)自動將空開 FGD1跳開，以保證“配電室電源1”不超載；此時UPS系統(tǒng)由電池放電維持向負載供電，并由ATS1發(fā)出信號，啟動柴油發(fā)電機供電。

市電完全停止時，可啟動油機，閉合GD1，斷開 GD2、GD3，再閉合GD4、FGD1、FGD2，油機向左側(cè)母排和右側(cè)母排供電；如果油機容量不足，可斷開FGD1，只向動力部分供電，UPS系統(tǒng)由電池供電?？臻_FGD2內(nèi)設(shè)有脫扣器，可與消防系統(tǒng)聯(lián)動?？臻_GD1、GD2、GD3、FGD1、FGD2可 在 ATS1或ATS2 故障時，使其完全斷電，進行檢修或更換。

圖1中左側(cè)母排和右側(cè)母排上分別設(shè)有一級防雷保護。

該柜在使用中不能超載，兩路電源，每路供電量132kVA。

在A、B點間設(shè)一個200A斷路器，內(nèi)置交流220V欠壓線圈；線圈的一端接A點（單相），另一端通過斷路器GD2、GD3的串聯(lián)的常閉輔助觸點接N，當GD2、GD3主觸頭任一個閉合時，通過其輔助觸點斷開欠壓線圈的供電通路，從而使GD4不能閉合，保證在B點有電時GD4合不上。

只有當GD2、GD3主觸頭都斷開時，才能使欠壓線圈通電，從而可閉合GD4。這樣油機就可向 UPS和動力部分同時供電或只向其中之一供電，最好只向動力部分供電，UPS系統(tǒng)由電池放電。這種方式能避免油機供電與電網(wǎng)供電相遇的危險。

由于平時GD4內(nèi)的欠壓線圈是不通電的，所以用欠壓線圈方式比脫口器方式更節(jié)能、更安全；且220V取自A點也增加了GD4閉合的條件，即發(fā)電機正常供電，如圖2所示。

圖2

盡管大樓配電室的供電空開已是200A，為了充分利用供電容量，系統(tǒng)的主進開關(guān)及其以下的空開也選擇了200A，這樣，它們的選擇性只能靠上下級斷路器的短延時動作時間差來解決。

3 UPS輸出配電柜（SCPD）

兩臺UPS 輸出分別通過柜中的200A斷路器加到A電源和B電源的主母排上。每個主母排上帶有四組分母排，它們分別向機房1、機房2、機房3 和網(wǎng)絡(luò)機房供電；在各機房的分母排上設(shè)有電能計量表，以檢測三個機房的用電量。

主母排上設(shè)有三級防雷保護，如圖3所示。

機房1內(nèi)有17個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設(shè)分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

圖3

機房2內(nèi)有15個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設(shè)分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

機房3內(nèi)有18個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A；另設(shè)分別來自A電源和B電源的兩路三相電源（16A）備用。

網(wǎng)絡(luò)機房內(nèi)的6個機柜，每個機柜接受A、B兩路單相電源，每路微斷為16A。

B電源的主母排上還設(shè)有5路用于地插的微斷（16A），地插分別設(shè)在辦公室1、辦公室2、辦公室3和值班室內(nèi)。

該柜由UPS系統(tǒng)供電，在使用中不能超載，UPS系統(tǒng)額定輸出80kVA。

4 分析UPS輸出配電柜（SCPD）向各機柜的供電情況

（1）對于A電源

網(wǎng)絡(luò)機房機柜耗電16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜，應(yīng)急照明用電36W×5=180W，180/0.65=276VA，給3個機房機柜的供電為80-21.12-0.28=58.6kVA，平均每個機柜可得58.6/（17+15+18）=1.17kVA/柜。

（2）對于B電源

網(wǎng)絡(luò)機房機柜耗電16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜， 地 插用 電 16×5=80A，80×220=17.6kVA，給3個機房機柜的供電為80-21.12-17.6=41.28kVA，平均每個機柜可得41.58/（17+15+18）=0.83kVA/柜。

由于每個機房（A或B）電源主開關(guān)容量足夠大（63A或100A），即使到機柜的每路（16A）都達到16A，它們也不會跳開，而此時 UPS早已過載，所以使用中，除要保證本路不過載（16A）還要注意UPS不超載，如圖4所示。

根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，上下級斷路器容量比大于1.6倍即可滿足選擇性。系統(tǒng)中，除配電柜內(nèi)的8個200A空開外，由于上下級空開容量相差很大，所以都具有選擇性。

精確計算系統(tǒng)中各級的預(yù)期短路電流是很繁瑣的，一般通過經(jīng)驗或簡便算法得出。本方案中，主進斷路器所需的分斷容量是這樣考慮的：兩路供電的上級變壓器容量分別是1250kVA和1600kVA，各自通過一個200A斷路器向三層機房供電；由于每路負荷已接近滿額，為了充分利用容量，機房的主進斷路器也用200A的。大樓配電室內(nèi)的兩個斷路器的分斷容量應(yīng)能承受預(yù)期的變壓器短路電流，如果按簡便算法I≈1.44×P/UK（P為變壓器功率，kVA；UK為阻抗電壓百分數(shù)，本例中可取6%），其值約為1.44×1600/0.06=38.4kA，這種分斷容量的選擇不在本方案范圍內(nèi)。機房的主進斷路器的預(yù)期短路電流應(yīng)為上級斷路器的瞬時脫扣電流，一般為6～16In，取最大值為16×200=3.2kA，另外，由于供電距離較長（380m），實際可達到的預(yù)期的短路電流應(yīng)小于3.2kA；實選NS250NTMD/3P 200A/36kA，36kA＞＞3.2kA，完全滿足要求。以下各級的預(yù)期短路電流也會小于3.2kA，而施耐德微斷C65N型的分斷容量為6kA，也完全滿足要求。

圖4

圖5

圖6

另外，目前節(jié)能燈具用的電子鎮(zhèn)流器功率因數(shù)有的較低，例如：某專用電子鎮(zhèn)流器：20W～24W，功率因數(shù)：0.65。這樣一來，實際耗電就要比標稱功率大得多，如按功率計算為0.11A，考慮功率因數(shù)后為0.17A，相應(yīng)斷路器的容量就要加大，不能只按其標稱功率計算電流。

UPS系統(tǒng)選擇兩臺艾默生80kVA的，后備時間70分鐘/臺，兩臺UPS的輸出形成雙母線，向雙電源負載供電。如見圖5所示。由于資金關(guān)系，致使所選UPS容量是偏小的。

每臺UPS配三組電池，即三個電池柜，除總電池開關(guān)外，每組電池設(shè)置一個空開，這樣使用維護都很方便；電池柜內(nèi)配置如圖6所示。三組電池電纜同時接到UPS設(shè)備的總電池開關(guān)下口不易連接，所以特設(shè)了一個匯流排箱。