論240V高壓直流供電技術(shù)在油田信息機(jī)房中應(yīng)用的可行性分析

齊國(guó)富 田雨 杜玉剛 王斌

［摘要］ 隨著IT行業(yè)的高速發(fā)展，信息機(jī)房的規(guī)模越來越龐大，設(shè)備越來越復(fù)雜，用電安全以及節(jié)能問題日益凸顯。相對(duì)于UPS電源，高壓直流供電技術(shù)以其安全性、可靠性以及節(jié)能方面的巨大優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)機(jī)房供電方面嶄露頭角。本文通過對(duì)高壓直流供電技術(shù)的介紹，結(jié)合油田信息機(jī)房的現(xiàn)狀，討論高壓直流供電技術(shù)在油田信息機(jī)房中應(yīng)用的可行性。

［關(guān)鍵詞］ 高壓直流；供電技術(shù)；信息機(jī)房；可行性

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 13. 033

［中圖分類號(hào)］TP308［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673 - 0194（2014）13- 0052- 02

據(jù)江蘇鹽城電信試點(diǎn)得出的數(shù)據(jù)，用高壓直流替代傳統(tǒng)的ＵＰＳ供電，整個(gè)生命周期內(nèi)平均節(jié)能２０％~３０％，相對(duì)于新建ＵＰＳ系統(tǒng)則可平均節(jié)省投資超過４０％。另外高壓直流供電系統(tǒng)從根本上克服了ＵＰＳ存在的單點(diǎn)故障問題，且維護(hù)操作方法簡(jiǎn)便，使得系統(tǒng)的安全性、可靠性大大提高，在節(jié)能減排方面也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。

１通信用高壓直流技術(shù)簡(jiǎn)介

通信用高壓直流電源（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ，HVDC），是一種新型的直流不間斷供電系統(tǒng)，這里說的高壓是相對(duì)傳統(tǒng)的－４８Ｖ直流通信電源而言。２００９年１２月，工信部推出了通信標(biāo)準(zhǔn)類技術(shù)報(bào)告《通信用２４０Ｖ直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》。ＨＶＤＣ系統(tǒng)主要由交流配電單元、整流模塊、蓄電池、直流配電單元、電池管理單元、絕緣監(jiān)測(cè)單元及監(jiān)控模塊組成。正常工作情況下，整流模塊將交流配電源輸出的３８０Ｖ交流轉(zhuǎn)換成２４０Ｖ高壓直流，高壓直流經(jīng)直流配電單元給通訊設(shè)備供電，同時(shí)也給蓄電池充電。當(dāng)交流輸入發(fā)生故障時(shí)，由蓄電池給通訊設(shè)備供電。

２高壓直流在油田信息機(jī)房應(yīng)用的可行性分析

隨著電源技術(shù)的發(fā)展，高壓直流供電模式由于其拓?fù)浜?jiǎn)單、擴(kuò)容方便等特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注。高壓直流供電方式逐步從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，雖然其技術(shù)和應(yīng)用還需和實(shí)際設(shè)備進(jìn)一步磨合，但高壓直流供電代表了技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

２．１ 高壓直流供電的優(yōu)點(diǎn)

（１）可靠性高。主要有兩個(gè)方面：一是直流供電蓄電池的輸出和電源整流模塊的輸出并聯(lián)在負(fù)載端，當(dāng)外電停電時(shí)，蓄電池的電能可以直接供給負(fù)載，母線電源是不間斷的，確保供電的連續(xù)性。二是采用直流輸出，無諧波干擾。

（２）效率高，能耗低。和交流ＵＰＳ系統(tǒng)相比，直流供電省掉了逆變環(huán)節(jié)，而一般逆變的損耗在５％左右，同時(shí)又沒有諧波損耗，因此電源的效率得以提高。據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，可節(jié)能１０％~１５％。其次，由于直流電源采用了模塊化的設(shè)計(jì)，并聯(lián)輸出，使每個(gè)模塊的使用率可達(dá)到７０%～８０％，比交流ＵＰＳ系統(tǒng)提高了很多。

（３）擴(kuò)容便捷。首先，由于直流供電采用模塊化結(jié)構(gòu)，單機(jī)擴(kuò)容容易實(shí)現(xiàn)，只要增加相應(yīng)的模塊即可。其次，由于是直流輸出，不存在相位和頻率的問題，多機(jī)并聯(lián)變得簡(jiǎn)單易行，電源并機(jī)容易實(shí)現(xiàn)。

（４）不存在“零地”電壓等不明問題的干擾。因?yàn)槭侵绷鬏斎霙]有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明的故障。

２．２ 為什么直流電源可以替代交流電源

首先看負(fù)載設(shè)備內(nèi)部，一般來說，設(shè)備的電源部分為獨(dú)立的電源模塊。雖然設(shè)備的輸入電源是交流的，但是設(shè)備電源的最終輸出還是直流，其核心部分還是ＤＣ／ＤＣ變換，只要我們輸入一個(gè)合適的直流電壓給變換部分，設(shè)備就可以正常工作。

３高壓直流應(yīng)用中存在的問題

高壓直流供電雖然有以上列舉的種種優(yōu)點(diǎn)，但也存在著缺點(diǎn)和面臨的問題：

（1）配電開關(guān)性能要求高，對(duì)于交流電，電流在周期內(nèi)會(huì)有過零點(diǎn)，當(dāng)短路時(shí)，過零點(diǎn)的存在使開關(guān)斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧容易滅弧。而如果是直流電，不存在過零點(diǎn)，滅弧相對(duì)困難。

（2）現(xiàn)在市場(chǎng)上選用的開關(guān)器件大都按照２２０ＶAC／３８０ＶAC來設(shè)計(jì)，但直流開關(guān)器件和交流開關(guān)器件在要求上是不同的，所以在直流供電系統(tǒng)中，必須采用符合安全要求的直流配電器件，這會(huì)相應(yīng)增加建設(shè)成本。

（3）高壓直流供電大規(guī)模市場(chǎng)運(yùn)用還需要很長(zhǎng)一段路要走。油田信息機(jī)房設(shè)備種類繁多，雖然機(jī)房大部分使用開關(guān)電源的設(shè)備都可以用直流電源供電，但也有很多設(shè)備不能直接使用。如：①少數(shù)設(shè)備的電源輸入端有工頻變壓器，輸入直流會(huì)產(chǎn)生短路。②具有輸入端頻率檢測(cè)啟動(dòng)的設(shè)備不能直接進(jìn)行使用。③具有啟動(dòng)過壓保護(hù)功能的設(shè)備，不能直接進(jìn)行使用。④部分電源對(duì)地設(shè)計(jì)有電感濾波，雖然不影響使用，但會(huì)造成正極接地。⑤風(fēng)扇類設(shè)備要區(qū)別對(duì)待，交流輸入的風(fēng)扇使用直流電源會(huì)產(chǎn)生短路。⑥顯示器設(shè)備區(qū)別對(duì)待，ＣＲＴ（陰極射線管）顯示器，內(nèi)部有交流激勵(lì)回路的，不能使用直流供電。

４高壓直流供電應(yīng)用建議

高壓直流雖然有諸多優(yōu)勢(shì)，也是未來ＩＤＣ機(jī)房供電系統(tǒng)的主流方向，但目前國(guó)內(nèi)機(jī)房中，高壓直流應(yīng)用處于起步階段。未來幾年將出現(xiàn)高壓直流與傳統(tǒng)交流ＵＰＳ混合并存過渡時(shí)期。

建議如下：

（１）新建ＩＤＣ機(jī)房、以ＩＴ系統(tǒng)主機(jī)類為主的機(jī)房以及數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)房建議采用高壓直流供電系統(tǒng)。

（２）原有機(jī)房擴(kuò)容，對(duì)擴(kuò)容更新設(shè)備應(yīng)采用高壓直流供電系統(tǒng)，原有ＵＰＳ損壞或到壽命到期時(shí)，應(yīng)改造為高壓直流供電系統(tǒng)。

（３）對(duì)于核心ＩＴ網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、集中計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備、重要客戶ＩＴ設(shè)備，應(yīng)采用備份雙母線高壓直流供電系統(tǒng)，過渡期機(jī)房可采用交直流備份供電系統(tǒng)。

（４）對(duì)于ＵＰＳ供電系統(tǒng)負(fù)荷白晝變化較大的，如各類呼叫中心、各類申告受理中心等ＩＴ系統(tǒng)，這類系統(tǒng)能耗特大，從節(jié)能角度考慮，宜盡早采用高壓直流供電系統(tǒng)取代ＵＰＳ供電。

（５）對(duì)于需要不間斷供電的網(wǎng)絡(luò)末端通信設(shè)備，如高層樓宇ＥＰＯＮ設(shè)備、二層和三層交換機(jī)等，宜采用高壓直流供電而不應(yīng)考慮-４８Ｖ電源系統(tǒng)或交流ＵＰＳ系統(tǒng)。

隨著長(zhǎng)慶油田油氣上產(chǎn)和數(shù)字化、信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，以及企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)節(jié)能減排要求的逐步提升，作為交換和傳輸油田的鉆探、采油、輸油、煉化作業(yè)以及辦公、社區(qū)服務(wù)等數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，數(shù)字化信息機(jī)房的電源安全保障以及節(jié)能減耗無疑成為提高工作效率的重要工作。高壓直流供電技術(shù)以其低投資、高可靠性、低運(yùn)營(yíng)成本、低耗能的優(yōu)勢(shì)，成為一種ＵＰＳ替代技術(shù)和很好的解決手段。