通信機(jī)房供電面臨兩大挑戰(zhàn)密集絕緣母線槽方案被看好

中國移動設(shè)計院黑龍江分公司 | 崔忠慧

黑龍江省建筑設(shè)計研究院 | 楊東

電信運營商機(jī)房面臨電纜敷設(shè)量過大，協(xié)調(diào)困難等挑戰(zhàn)，而密集母線槽具有散熱能力強(qiáng)、產(chǎn)品環(huán)保、布線靈活等特點，可有效減少電纜的使用量。

目前，一些舊信息網(wǎng)絡(luò)綜合樓大都采用集中供電，一般電力機(jī)房設(shè)置在一層，而信息負(fù)載在樓上，電力機(jī)房與信息負(fù)載距離過大，信息機(jī)房直流電纜使用數(shù)量巨大。另一方面，還有一些中國移動與中國聯(lián)通合用的機(jī)房樓，在施工過程中難免要穿過中國聯(lián)通機(jī)房敷設(shè)電纜，如中國移動交換機(jī)房在四層，而電力機(jī)房在一層，二、三層為中國聯(lián)通機(jī)房，在工程實施階段需與中國聯(lián)通公司協(xié)商，每施工一次需協(xié)商一次，由于兩家是競爭關(guān)系，存在溝通協(xié)調(diào)困難，影響工程進(jìn)度。

為避免電纜敷設(shè)量過大，協(xié)調(diào)困難等因素，筆者建議應(yīng)采用一種一次性的方式將直流電源由電力機(jī)房將電能輸送到負(fù)載機(jī)房側(cè)。在機(jī)房直流供電系統(tǒng)中采用密集母線槽，是一種能有效減少電纜的使用量的選擇方式，具有散熱能力強(qiáng)、產(chǎn)品環(huán)保、布線靈活等特點，在集中供電模式的綜合樓內(nèi)具有實際應(yīng)用意義。目前，該解決方案已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在運營商機(jī)房中。

直流供電中的母線槽分類

母線槽常用在高層建筑的交流供電系統(tǒng)中，母線槽是由金屬板（鋼板或鋁鎂合金板）為保護(hù)外殼、導(dǎo)電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成的母線系統(tǒng)。母線槽按絕緣方式可分為空氣式母線槽、密集絕緣母線槽和高強(qiáng)度母線槽三種。

通過分析母線槽在交流系統(tǒng)中的成功應(yīng)用案例，運營商在直流供電系統(tǒng)中選用密集型絕緣母線槽作為電能的傳輸介質(zhì)，可以將電能更可靠、安全地輸送到負(fù)載側(cè)。

密集型絕緣母線槽封閉母線由工廠成套生產(chǎn)，質(zhì)量有保證，運行維護(hù)工作量小，施工安裝簡便。另外，密集型絕緣母線槽外殼采用多點接地，使外殼基本處于等電位接地方式，大為簡化結(jié)構(gòu)，并杜絕人身觸電危險。

一般情況下，直流供電系統(tǒng)由交流屏、整流屏、直流屏組成。采用密集母線槽后，需對常規(guī)直流供電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整：在交換機(jī)房安裝一架或兩架大容量直流分屏，直流分屏內(nèi)設(shè)置大回路輸出；在電力機(jī)房直流供電系統(tǒng)中安裝一架母聯(lián)屏，其功能為專用母線輸出，其柜體內(nèi)不設(shè)置輸出回路；采用密集母線槽將直流分屏與母聯(lián)屏連接；交換機(jī)房的直流列頭柜取電均引自本機(jī)房內(nèi)的直流分屏。

密集母線槽的成功應(yīng)用

應(yīng)用一，密集母線槽方案應(yīng)用在吉林省長春市七道街綜合樓。七道街綜合樓電力機(jī)房設(shè)置在綜合樓四層，交換機(jī)房設(shè)置在綜合樓五層。電力機(jī)房與交換機(jī)房雖然為臨近樓層，但是該綜合樓建設(shè)年代久遠(yuǎn)，電力機(jī)房為后改造、啟用的機(jī)房，樓層間新開樓板孔難度較大，而且樓板孔的大小、數(shù)量均不能滿足工程需求。因此，我們采用密集母線槽方案。

圖1 密集母線槽解決了不同運營商機(jī)房資源協(xié)調(diào)問題。

具體而言，我們在綜合樓五層的交換機(jī)房安裝兩架直流分屏，該屏設(shè)計容量為2000A，采用截面積為2400mm2的密集母線槽，從綜合樓四層的電力機(jī)房開關(guān)電源上直流屏連接。綜合樓五層交換設(shè)備的直流列頭柜取電是在從直流分屏上取電。最后新方案解決上述難題。

應(yīng)用二，該方案應(yīng)用在吉林省長春市普陽局。普陽局為中國聯(lián)通與中國移動合用機(jī)房，中國移動電力機(jī)房設(shè)置在一層，二層、三層為中國聯(lián)通機(jī)房，四層為中國移動交換機(jī)房。如果采用常規(guī)電纜連接方式，在一層與四層機(jī)房之間敷設(shè)大量電纜，而且每期工程還需與中國聯(lián)通進(jìn)行協(xié)商，工程安裝非常麻煩。

因此，中國移動采用也在該機(jī)房采用密集母線槽安裝方案。

具體而言，我們在四層交換機(jī)房安裝兩架直流分屏，該屏設(shè)計容量為2000A，采用截面積為2400mm2的密集母線槽，從一層電力機(jī)房開關(guān)電源上直流屏連接。四層交換設(shè)備的直流列頭柜取電是在從直流分屏上取電。該新方案同樣解決上述工程安裝復(fù)雜的難題。

密集母線槽截面設(shè)計

通過上述案例，我們可以看到，采用密集母線槽作為直流電源傳輸介質(zhì)選擇密集母線槽截面積非常重要，這里我們通過全程壓降的分配和電流矩法計算進(jìn)行說明。

我們以開關(guān)電源為2000A系統(tǒng)考慮，蓄電池組為3組2000Ah進(jìn)行設(shè)計。

直流供電系統(tǒng)中，蓄電池組到設(shè)備負(fù)載全程壓降為3.2V。設(shè)計中需關(guān)注五方面的壓降。

一是設(shè)備自身壓降：直流供電設(shè)備壓降≤0.5V，從蓄電池組到負(fù)載共經(jīng)過開關(guān)電源、直流分屏、直流列頭柜三種直流設(shè)備，壓降為1.5V；

二是蓄電池組與開關(guān)電源之間的壓降：一般蓄電池組與開關(guān)電源之間的距離較短，15米至20米左右。電池組放電電流按600A設(shè)計，適當(dāng)增加蓄電池組與開關(guān)電源之間的電纜數(shù)量，可以將蓄電池組與開關(guān)電源之間的壓降控制在0.5V以內(nèi)；

三是直流分屏與直流列頭柜之間的壓降：由于直流分屏與列頭柜在同一樓層，他們之間的電纜長度不會太長，按照均長為20米，列頭柜設(shè)計電流按300A設(shè)計，可以將直流分屏與直流列頭柜之間的壓降控制在0.5V。

圖3 密集母線槽是一種能有效減少電纜的使用量供電線纜布線方式。

四是列頭柜與負(fù)載之間的壓降：由于列頭柜與負(fù)載在同一列，距離很短，而且每個單獨交換負(fù)載電流很小，此段之間的壓降忽略不計。

五是通過上面的分析，能分配給開關(guān)電源與直流分屏之間的壓降為：3.2V-1.5V-0.5V-0.5V=0.7V。

因此，密集母線槽截面積采用電流距法計算得出，計算方法為S=(I×2×L)/ (△U×57)。該公式中，S是電纜截面，I是負(fù)載電流，L是電纜長度(單程)，ΔU是電纜壓降（開關(guān)電源至直流分屏之間取定為0.7V），57是銅導(dǎo)電系數(shù)。

按照上面參數(shù)：I=1200A，L=30米，ΔU=0.7V；計算出S=1805mm2，密集母線槽選型為2000mm2。

通過這種方法，無論多大容量的開關(guān)電源系統(tǒng)，設(shè)計人員只要將全程壓降合理分配，便可計算出密集母線槽的截面積。

密集母線槽監(jiān)控管理

目前，密集母線槽監(jiān)控方式有兩種，第一種是整體監(jiān)控模式，該模式是監(jiān)控單元在整流模塊側(cè)采集數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)通過智能接口上傳到監(jiān)控中心。可將直流屏看做是獨立的配電設(shè)備，只需將直流分屏上具有智能接口的電表中數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心即可。該電表能夠讀出直流分屏上總體電流、電壓值，及每個輸出回路的電流值等參數(shù)。

第二種是反饋式監(jiān)控模式，該模式為監(jiān)控單元在整流模塊側(cè)采集數(shù)據(jù)A，然后在各直流屏上采集數(shù)據(jù)B（包括直流分屏），監(jiān)控單元將數(shù)據(jù)A與數(shù)據(jù)B進(jìn)行比較，如有異常將報警。如果是此種監(jiān)控方式，由于直流分屏與開關(guān)電源系統(tǒng)采用母線連接距離遠(yuǎn)，存在直流分屏的監(jiān)控數(shù)據(jù)如何傳回開關(guān)電源上的監(jiān)控單元內(nèi)。這種模式需重新布放直流分屏與監(jiān)控單元的信號線。將直流分屏內(nèi)的監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋到監(jiān)控單元內(nèi)，最終由監(jiān)控單元向監(jiān)控中心反饋數(shù)據(jù)。

密集母線槽工程實施

在工程實施中，一般情況下密集母線槽在豎井中敷設(shè)。在豎井中敷設(shè)時進(jìn)入電纜豎井處做全封閉處理（包括端口處增加防火封堵措施），密集母線槽外殼做接地處理。運營商工程實施應(yīng)考慮采購管理、系統(tǒng)優(yōu)化和可靠性分析。

在采購方面，運營商對于密集母線槽采購應(yīng)明確具體設(shè)備的說明，避免設(shè)備到現(xiàn)場后無法安裝的情況發(fā)生。一是采購電源設(shè)備時，運營商在設(shè)備采購前最后能與建設(shè)單位明確供貨廠家，便于與廠家直接溝通，使其明白設(shè)計意圖，對監(jiān)控方式如何處理，密集母線如何與開關(guān)電源系統(tǒng)連接，連接在什么位置，與直流分屏的關(guān)系等。在采購密集母線槽時，運營商首先明確母線槽要符合CECS 170:2004《低壓母線槽選用、安裝及驗收規(guī)程》的相關(guān)要求，其次明確母線槽相關(guān)參數(shù)，如母線槽的截面積，參考長度（母線槽實際長度由供貨廠家實地測量后確定）。

在系統(tǒng)優(yōu)化方面，我們首先在電力機(jī)房安裝一整套的直流供電設(shè)備，并多安裝一架母聯(lián)屏，用來連接密集母線槽。

圖4 密集母線槽在電力系統(tǒng)和負(fù)載設(shè)備間搭建了安全通道。

密集母線槽在與電源設(shè)備連接時，均采用軟連接。軟連接可以采用電纜、也可以采用銅編織帶。由于密集母線槽自身的截面積較大，若采用電纜連接需與之匹配的截面積，那么電纜的根數(shù)也很多，而且此連接距離很短（0.5m 1m之間），單根電纜截面積大后，硬度變大，不便于工程實施。

我們建議運營商在實際施工過程中采用銅編織帶軟連接，截面積能滿足要求，便于實施。

工程實施的可靠性分析分四個方面，一是從供電系統(tǒng)設(shè)計方面論證。直流整體供電系統(tǒng)均按照規(guī)范要求設(shè)計，滿足全程壓降的要求，設(shè)計容量滿足工程需求及機(jī)房未來發(fā)展的負(fù)荷需求。

二是從接地系統(tǒng)設(shè)計方面（含防雷措施）論證。電源設(shè)備分別均單獨接地，并匯流到機(jī)房內(nèi)的中接地匯流排，同時密集母線槽的外殼做接地處理，在豎井中布放是每層均須接地。

三是從電源設(shè)備的購置方面論證。電源設(shè)備的采購，需要廠家按照設(shè)計單位提供的供電系統(tǒng)圖和技術(shù)要求進(jìn)行供貨，密集母線的測量，待設(shè)備安裝固定好后，母線廠家現(xiàn)場實際測量勘察給出，有效地避免偏差。

與傳統(tǒng)的電纜相比，在大電流輸送時充分體現(xiàn)出它的優(yōu)越性，即降低了壓降，同時由于采用了新技術(shù)、新工藝，大大降低的母線槽兩端部連接處及分線口插接處的接觸電阻和溫升，并在母線槽中使用了高質(zhì)量的絕緣材料，從而提高了母線槽的安全可靠性，使整個系統(tǒng)更加完善。

四是從電源維護(hù)方面論證。采用密集母線槽后，豎井中無電纜布放，只有一條密集槽，簡介、美觀、便于維護(hù)。密集母線槽很好地解決電磁干擾，杜絕了電力電纜集束安裝的發(fā)熱問題，采用密集母線槽可以更加有效地利用上線井面積，綜合比較可節(jié)省上線井面積50%以上，尤其是上線井的縱向空間，走線架空間利用率低，密集母線槽空間利用率高，同時節(jié)省大量電力電纜和走線架的布放；還有耐壓等級更高，機(jī)械性能、防火性能更優(yōu)異，提高供電系統(tǒng)安全可靠性及減少維護(hù)人員工作量。

工程實施需注重硬連接環(huán)節(jié)

在實際工程中，密集母線槽的連接方式均為硬連接。在開關(guān)電源側(cè)密集母線槽直接與開關(guān)電源的主母線連接；在直流分屏側(cè)密集母線槽與分屏內(nèi)的主母線連接。硬連接這種方式，主存在三方面需注意的問題。

一是硬連接對設(shè)備安裝精確，必須等電源設(shè)備均按照完畢后，密集母線槽才可以勘察設(shè)計、施工，整個施工周期變長。

二是硬連接不利于增強(qiáng)設(shè)備抗震要求。蓄電池組安裝都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《電信設(shè)備安裝抗震設(shè)計規(guī)范》（YD5059-2005）的要求（蓄電池組安裝應(yīng)采用符合抗震要求的鋼架，層與層之間或架與架之間的電池要求采用軟連接，其他蓄電池單體之間的連接也應(yīng)采用軟連接）。類推之，密集母線與設(shè)備的連接理應(yīng)采用軟連接較好。

三是工程割接時，系統(tǒng)難以拆分。電源工程特點是割接較多，采用硬連接不便于工程實施。