電信生產樓電源四期擴容后系統(tǒng)風險案例分析

王雷

摘要：某通訊運營商通信生產樓電源系統(tǒng)經歷三次擴容，實際使用負荷為58%，由于省級集中的電信業(yè)務發(fā)展需求旺盛，啟動四期擴容工程。該文對已制定的四期初步擴容方案進行詳細評估，確定按初步方案建成后電源系統(tǒng)使用風險較大，就此進行分析、論證和評審，揭示系統(tǒng)風險所在，實現(xiàn)風險控制。

關鍵詞：電源系統(tǒng)；風險；評估；管控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-1115-04

某運營商新技術生產樓（以下簡稱：新大樓）按計劃將對現(xiàn)有大樓電源系統(tǒng)進行四期擴容工程。

1 電源系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

新大樓電源系統(tǒng)已分別進行二、三期擴容?，F(xiàn)有兩路10KV高壓市電輸入、一套高壓配電系統(tǒng)、兩套低壓配電系統(tǒng)配置電力變壓器為1250KVA干式電力變壓器、四臺728KW/910KVA柴油發(fā)電機組，和三套3*200KVAUPS電源系統(tǒng)，具體配置和現(xiàn)有容量分析詳見下表：

1.1 低壓配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&實際負荷＼&季節(jié)負荷＼&夏季最大負荷＼&1＼&低配系統(tǒng)一＼&1250KVA＼&528KVA＼&66KVA＼&730KVA＼&2＼&低配系統(tǒng)二＼&1250KVA＼&601KVA＼&＼&757KVA＼&＼&小計＼&2500KVA＼&1129KVA＼&66KVA＼&1487KVA＼&]

其中：低配系統(tǒng)一還要加66KVA的季節(jié)性負荷（即：辦公層中央空調負荷），經統(tǒng)計夏季最大負荷已使用到低配系統(tǒng)額定負荷的59.5%。

1.2 UPS電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&平均相電流＼&實際負荷＼&故障負荷＼&引用市電＼&1＼&UPS系統(tǒng)一＼&3*200KVA＼&355A＼&234KVA＼&336 KVA＼&低配系統(tǒng)2＼&2＼&UPS系統(tǒng)二＼&3*200KVA＼&309A＼&204KVA＼&321 KVA＼&低配系統(tǒng)1＼&3＼&UPS系統(tǒng)三＼&3*200KVA＼&200A＼&132KVA＼&249 KVA＼&低配系統(tǒng)1＼&＼&小計＼&9*200KVA＼&＼&570KVA＼&＼&＼&]

由于新大樓三套UPS電源系統(tǒng)已于2008年改造為雙系統(tǒng)互為備用供電，即允許一套UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，另外兩套UPS電源系統(tǒng)能平穩(wěn)過渡和承擔癱瘓系統(tǒng)的負荷，因此，三套系統(tǒng)的額定容量應為2*3*200*0.7=840KVA，目前已使用570KVA。

1.3 柴油發(fā)電機組系統(tǒng)現(xiàn)狀

[序號＼&系統(tǒng)名稱＼&額定容量＼&平均相電流＼&實際負荷＼&備注＼&1＼&油機組1、2＼&910KVA＼&850A＼&561KVA＼&位于負一層＼&2＼&油機組3＼&910KVA＼&570A＼&376KVA＼&院內集裝箱式＼&3＼&油機組4＼&910KVA＼&230A＼&152KVA＼&院內集裝箱式＼&＼&小計＼&3*910KVA＼&1650A＼&1089KVA＼&＼&]

負一層兩組柴油發(fā)電機組由于機房進排氣口等限制，兩臺只能是一組使用、一組備用狀態(tài)，且達不到滿載功率，只能使用到：910KVA*0.8=728KVA。

通過以上分析可知，油機電負荷實際值為1089KVA，低配系統(tǒng)總負荷為1129KVA，只有40KVA的一般負荷（非油機組供電）。

2 新技術生產樓業(yè)務需求

省級業(yè)務與信息平臺（系統(tǒng)）的新建和擴容需求旺盛，本期啟用六樓IT機房，使用面積250m2。預測機房負荷最終需要約400KVA的UPS電源，和150KVA的機房專業(yè)空調負荷，加上近期其余機房空調擴容容量75KVA，合計需新增400+150+75=625KVA的低壓配電負荷和油機電負荷。

3 本期工程初步建設方案

為滿足以上新增負荷的需求，機房面積又許可的情況下，擬定了新大樓四期擴容工程的初步建設方案，具體主要設備配置如下：

[序號＼&設備名稱＼&規(guī)格容量配置＼&單位＼&數(shù)量＼&備注＼&1＼&集裝箱式柴油發(fā)電機組＼&400KW/500KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS電源＼&2*160KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄電池組＼&3＼&ATS自動轉換控制柜＼&380V/800A＼&臺＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機與配電柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&6＼&機房專用空調＼&70KW＼&臺＼&7＼&＼&7＼&空調電源配電屏＼&380V/400A＼&臺＼&1＼&＼&]

其中現(xiàn)有三套UPS電源系統(tǒng)還可提供200KVA的UPS電源，上表配置的系統(tǒng)容量為224KVA，因此能滿足預測機房負荷最終約400KVA的UPS電源需求，機房專用空調的配置也能滿足要求，其中總制冷量為6*70 KW =420KW。

4 初步建設方案風險分析

根據(jù)現(xiàn)狀和四期擴容方案，編制了“生產樓電源系統(tǒng)容量分析（預測模型1）”（詳見附表1），預測模型按滿足省級業(yè)務和信息系統(tǒng)建設需求和配套空調環(huán)境的需求測算。

模型提示系統(tǒng)將有如下風險：

1）兩套低壓配電系統(tǒng)終期最大負荷已達電力變壓器額定容量的90%以上；

2）在終期故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，電力變壓器即告過載且過載較大；

3）地下室油機組1、2的終期運行負荷已達油機組的83%；在終期最大負荷時，地下室油機組即告過載且過載較大。

風險分析：

新大樓現(xiàn)有干式電力變壓器可短暫性過載，其過載運行能力如下：

[干式變壓器＼&過載量＼&20%＼&30%＼&40%＼&50%＼&60%＼&持續(xù)時間＼&<60min＼&<45min＼&<32min＼&<18min＼&<5min＼&]

另外地下室油機組1、2的現(xiàn)有負載率過高，終期最大負荷運行時即告過載將使低配系統(tǒng)2失去油機保障，造成嚴重的安全隱患。

因為預測模型一中提出的建設方案超出了大樓低配系統(tǒng)所能承擔的最大負荷能力，所帶來的系統(tǒng)運行風險將是難以估量，假設發(fā)生終期故障最大負荷情況，極有可能出現(xiàn)油機過載、變壓器開關跳閘或燒毀等無法挽回的后果。所以本預測模型無實際可行性。

5 調整后建設方案

根據(jù)以上風險的分析和揭示，修訂的建設方案如下：

[序號＼&設備名稱＼&規(guī)格容量配置＼&單位＼&數(shù)量＼&備注＼&1＼&集裝箱式柴油發(fā)電機組＼&480KW/600KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS電源＼&2*120KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄電池組＼&3＼&雙電源自動轉換柜＼&380V/630A＼&臺＼&1＼&＼&4＼&交流輸入柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&5＼&UPS電源并機與配電柜＼&380V/400A＼&臺＼&2＼&＼&6＼&機房專用空調＼&70KW＼&臺＼&7＼&＼&7＼&空調電源配電屏＼&380V/400A＼&臺＼&1＼&＼&]

修正后的建設方案減小了新增UPS電源的容量，加大了集裝箱式柴油發(fā)電機組的容量，將大樓供電方案和專用空調配電方案做了一些調整，編制了 “生產樓電源系統(tǒng)容量分析（預測模型2）”（詳見附表2），預測模型2減少了對省級業(yè)務和信息系統(tǒng)建設需求的電源提供能力，其新增UPS電源可用容量變?yōu)?68KVA，現(xiàn)有三套UPS系統(tǒng)提供能力降低為164KVA，合計最大容量為332KVA。另外調整了不同油機組所帶空調負荷，將原承擔在地下室油機組1、2的部分空調負載調整至本期新增油機組5，降低油機組1、2的負載率。

調整后模型2提示系統(tǒng)將還有如下風險：

1）兩套低壓配電系統(tǒng)終期最大負荷已達電力變壓器額定容量的85%；

2）在終期故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，低配系統(tǒng)一的電力變壓器即告過載；

風險分析：

一般來說，低配系統(tǒng)電力變壓器在額定容量的80%范圍內可以長期穩(wěn)定運行，在80%-85%范圍內也可長期運行，但需密切注意變壓器溫升，避免長期高負荷運行降低變壓器使用壽命，必要時通過變壓器強制排風或空調降溫等措施減少變壓器溫升影響。

另外由于新大樓低配電源系統(tǒng)所帶負荷主要為UPS電源系統(tǒng)，其反饋的高次諧波對電力變壓器的溫升等影響是不可小視，對此要判斷高次諧波含量及對電力變壓器的影響。為了減少新建UPS設備產生的諧波影響，首先必須保證新建設備為12脈沖產品，其次控制低配系統(tǒng)夏季正常最大運行總負荷不超過變壓器容量80%。

至于，在終級故障時最大負荷、即允許任一套UPS電源系統(tǒng)故障時，低配系統(tǒng)一的電力變壓器即告過載，可以通過應急卸載非通信負載或開啟油機組分擔部分故障負荷的方案，來降低低配系統(tǒng)負載率，保證新技術生產樓電源安全。

6 風險管控措施

為克服還存在的風險，方案實施后建議采用如下控制方案：

1）控制低配系統(tǒng)夏季正常最大運行總負荷不超過變壓器容量80%，后期運行中注意控制負載加載容量，夏季系統(tǒng)負荷達到變壓器容量80%后即停止新增負荷，后期重要負荷增加可通過降低非重要負荷進行調節(jié)；

2）設計應急預案，應急預案應保證UPS故障時變壓器負載能夠降低至安全運行狀態(tài)；

3）應急預案可選擇兩種方式：（一、故障時卸載非重要負載；二、故障時開啟油機組，分擔一部分負荷）；

4）新建UPS設備采用12脈沖主機，避免高次諧波對電力變壓器溫升影響；

7 小結

通過本次生產樓電源四期擴容后系統(tǒng)風險評估分析，可以發(fā)現(xiàn)對于大系統(tǒng)電源部分項目的擴容建設不能僅僅依據(jù)實際業(yè)務需求，還要從整個供電大系統(tǒng)全盤考量需求增加對整體系統(tǒng)安全帶來的影響。理論上的擴容能力不等于系統(tǒng)整體安全運行所能允許的實際能力，這就要求我們在具體設計時必須抱著謹慎、畏懼的態(tài)度，從宏觀性、多角度對基礎數(shù)據(jù)進行更詳細、科學的論證，力求保證得到最安全可靠的預測結果，因為任何電源系統(tǒng)出現(xiàn)的問題都將造成不可挽回的損失。

參考文獻：

[1] 安徽電信規(guī)劃設計院電源專業(yè)委員會[M].通信電源設計技術設計指導書”.

[2] 中國電信集團公司：中國電信[2005]741 號“關于發(fā)布《中國電信數(shù)據(jù)中心機房電源、空調環(huán)境設計規(guī)范（暫行）》和《中國電信數(shù)據(jù)中心機房電源、空調環(huán)境驗收規(guī)范（暫行）》的通知”.