高壓冷凍水機(jī)組和低壓變頻冷凍水機(jī)組供電方案的比較

丁 晨

（江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司,南京 210000）

本數(shù)據(jù)中心為一棟獨(dú)立的數(shù)據(jù)中心樓，一期空調(diào)方案設(shè)計(jì)初步確定采用3臺制冷量為1100kW和1臺600kW的冷凍水機(jī)組，根據(jù)各主流廠家的技術(shù)參數(shù)，1100kW冷量的機(jī)組既可以采用10kV供電也可以采用0.4kV供電，高低壓供電方式對機(jī)組沒有影響，機(jī)組尺寸也相同，不同的是10kV冷凍水機(jī)組現(xiàn)階段變頻技術(shù)不成熟，國內(nèi)基本沒有應(yīng)用，只能采用定頻機(jī)組；而低壓冷凍水機(jī)組可以采用變頻技術(shù)，且技術(shù)成熟，應(yīng)用也比較廣泛，對于本數(shù)據(jù)中心投入初期及過渡期負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)荷的工況下，采用變頻機(jī)組可以做到更加有效的節(jié)能。

現(xiàn)就上述兩種空調(diào)配置方案給出對應(yīng)的供電方案，并做相應(yīng)的比較分析。

1 高壓冷凍水機(jī)組供電方案

根據(jù)供電設(shè)計(jì)方案，考慮由四段10kV母線每段饋出1路10kV出線供給4臺10kV機(jī)組，即10kV開閉所設(shè)置4臺10kV中置柜，負(fù)一層冷凍水機(jī)組旁的配電室增設(shè)4臺就地?zé)o功補(bǔ)償柜和4臺啟動(dòng)柜，電機(jī)啟動(dòng)方式可采用電抗器，自耦降壓或軟啟動(dòng)方式，采用電纜饋線方式。主接線見下圖1。

圖1所示的供電方案主要有以下問題：（1）當(dāng)前一些廠家在600kW制冷量機(jī)組的配置上，并沒有相應(yīng)的10kV電機(jī)配置。因此，決定了該供電方案只能滿足于低壓供電方式；（2）從圖1可以看出，該供電方案由于功率較大、設(shè)備較多，而且線路復(fù)雜、連接點(diǎn)多。因此，在實(shí)際的供電過程中，必然存在著能耗較高和維護(hù)困難的問題。

2 低壓變頻冷凍水機(jī)組供電方案

10kV開閉所兩段10kV母線上各饋出一路10kV回路引至冷凍水機(jī)組旁變配電間，變配電間需增設(shè)10kV環(huán)網(wǎng)柜2臺，變壓器2臺（2500kVA），低壓總柜和母聯(lián)共3臺，無功補(bǔ)償柜2臺，低壓饋線柜4臺。另考慮冷凍水機(jī)組均采用機(jī)載變頻，要求機(jī)載變頻需內(nèi)部帶低壓旁路開關(guān)，變頻器故障時(shí)，可切換至旁路開關(guān)啟動(dòng)冷凍水機(jī)組。圖2為采用低壓變頻冷凍水機(jī)組方案的主接線。

圖2所示的供電方案主要有以下問題：（1）該方案相比圖1來說，問題主要在于變壓器的負(fù)荷上。眾所周知，變壓器的負(fù)荷對于空調(diào)系統(tǒng)來說十分重要。從圖2中可以看出，該方案負(fù)一樓變壓器的負(fù)荷分配不恰當(dāng)，從某種意義上說，甚至有一些多余。因?yàn)閷τ谪?fù)一樓的空調(diào)設(shè)備來說，想要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，就要盡可能統(tǒng)一考慮各個(gè)設(shè)備的供電負(fù)荷。筆者建議，在圖2所示供電方案的基礎(chǔ)之上，可以將冷凍水機(jī)組自身負(fù)荷與包括水泵、冷卻塔在內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧。只需要安排一套變壓器設(shè)備對其進(jìn)行供電即可；（2）由于增加了一套變壓器設(shè)備，所以整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能耗必然會(huì)有很大的增加。不符合節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)節(jié)約的要求。

圖1

圖2

根據(jù)上述比較分析及主流廠家詢價(jià)，高壓機(jī)組價(jià)格和低壓變頻機(jī)組價(jià)格相當(dāng)，需綜合比較高壓無功補(bǔ)償及啟動(dòng)柜與低壓機(jī)組的變配電系統(tǒng)的初始投資。采用低壓變頻機(jī)組的初始投資若大于高壓機(jī)組，需考慮在一期初期及過渡期負(fù)荷較少的工況下，若采用變頻機(jī)組節(jié)省的電費(fèi)在幾年內(nèi)能收回前期的投資，這是目前我們需著重關(guān)注的問題。

3 對高壓定頻和低壓變頻機(jī)的比較

某廠家對1100RT高低壓定頻和變頻的比較，看下面的數(shù)據(jù)：

從以上數(shù)據(jù)圖可以看出：（1）變頻機(jī)組的COP要明顯高于定頻機(jī)組；（2）當(dāng)變頻機(jī)組的負(fù)載為50%時(shí)，其COP要大于12；當(dāng)變頻機(jī)組的負(fù)載為80%時(shí)，其COP與定頻機(jī)組基本相同；（3）兩種機(jī)組各具優(yōu)勢。如果負(fù)載小于50%，那么采用變頻機(jī)組要比采用定頻機(jī)組更具優(yōu)勢；相反，如果負(fù)載大于50%，則采用定頻機(jī)組更為合適；（4）相比定頻機(jī)組，如果想要取得更好的工作效率，那么采用變頻機(jī)組時(shí)，其機(jī)組的負(fù)載不能大于60%。如果每一臺變頻機(jī)組的負(fù)載都小于60%，那么想要達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)的效果，就必須增加變頻機(jī)組的數(shù)量。這樣算來，多臺變頻機(jī)組的能耗可能還要比定頻機(jī)組的能耗更大。

4 對低壓變頻機(jī)組的系統(tǒng)中還需要考慮以下的不利因數(shù)

（1）變頻器諧波的危害，變頻器諧波降低電力設(shè)備使用壽命；變頻器諧波影響各電器元件正常工作；另外加上諧波對電網(wǎng)的干擾，因此電力部門需要增加諧波抑制設(shè)備。一方面，增加諧波抑制設(shè)備，無疑會(huì)提高整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)。另一方面，諧波抑制設(shè)備自身也需要供電支持，同樣會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

（2）變頻器是一個(gè)電子的設(shè)備，故障率高于定頻機(jī)，增加后期的維護(hù)成本。雖然變頻器的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是相比定頻機(jī)來說，還是存在著一些不穩(wěn)定性。

（3）當(dāng)滿載負(fù)載時(shí)，變頻比定頻耗能。機(jī)組全速運(yùn)轉(zhuǎn)的耗能+變頻器自身的耗能，通常情況下，都會(huì)大于采用定頻機(jī)的耗能。

（4）需要增加變壓器，需要增大電纜的線徑。

（5）需要考慮到變頻器的耗能、變壓器的損耗的耗能，這兩者的耗能應(yīng)在十～幾十千瓦，多臺機(jī)組一年的耗電也是相當(dāng)可觀的。

5 結(jié)束語

總而言之，無論是哪種供電方案，都有其自身的優(yōu)勢與不足。因此，在實(shí)際的空調(diào)方案設(shè)計(jì)中，要做到具體問題具體分析，不拘泥于書面理論。結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，選擇既安全、高效，又經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的冷凍水機(jī)組供電方案。與此同時(shí)，要深入分析高壓冷凍水機(jī)組和低壓變頻冷凍機(jī)組各自的適應(yīng)條件。因?yàn)闊o論哪種供電方案，最終目的都是在滿足空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行需求的基礎(chǔ)之上，做到最大限度的節(jié)能環(huán)保。希望通過本文的分析，能夠更好地促進(jìn)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提升，為建設(shè)經(jīng)濟(jì)節(jié)約型、環(huán)境友好型數(shù)據(jù)中心作出貢獻(xiàn)。