淺談VDC機(jī)房高壓直流電源建設(shè)對(duì)投資、節(jié)能的影響

朱杰

摘 要 中國(guó)電信作為發(fā)展網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的主要建設(shè)者，肩負(fù)著建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的歷史使命。伴隨著提速降費(fèi)政策的貫徹執(zhí)行、人民對(duì)信息消費(fèi)需求的日益增長(zhǎng)，電信運(yùn)營(yíng)商正緊鑼密鼓轉(zhuǎn)型升級(jí)、謀求新的發(fā)展路徑。而在謀求發(fā)展的同時(shí)，控制成本放在了突出的位置，順理成章，節(jié)能減排就被寄予了厚望，控制空調(diào)溫度、老舊設(shè)備拆除、新風(fēng)改造等做了很多工作，但每年的5%節(jié)能指標(biāo)任務(wù)還是蠻艱巨的，道遠(yuǎn)且長(zhǎng)。本文以中國(guó)電信上海崇明新河電信局新建工程為例，分析如何從源頭上節(jié)能減排、降本增效、節(jié)約投資。

關(guān)鍵詞 二套電信高壓直流;投資;節(jié)能

引言

隨著信息化建設(shè)戰(zhàn)略地位的不斷穩(wěn)固，上海作為乃至全世界的信息交換和傳輸中心的重要性日益凸顯。上海電信積極參與社會(huì)信息化進(jìn)程，在基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用推廣等方面助力上海經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，銳意創(chuàng)新，不斷滿(mǎn)足伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而越來(lái)越多樣化的信息和通信服務(wù)需求，進(jìn)而建立自身的可持續(xù)發(fā)展模式。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，機(jī)房緊缺、配套設(shè)施能力欠缺的問(wèn)題日漸顯現(xiàn)，業(yè)務(wù)發(fā)展與運(yùn)維保障間的矛盾也越顯尖銳，配套設(shè)施能力欠缺極大的掣肘了業(yè)務(wù)的發(fā)展，亟待改善。為此，公司決定對(duì)各局站現(xiàn)有配套資源進(jìn)行篩選，選取部分節(jié)點(diǎn)對(duì)其配套設(shè)施能力進(jìn)行擴(kuò)容改造，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。故對(duì)崇明新河機(jī)房實(shí)施擴(kuò)容改造，從而改善配套能力的瓶頸，支撐后續(xù)業(yè)務(wù)的發(fā)展。故在一層電力室安裝兩套240V高壓直流電源。

1高壓直流簡(jiǎn)介

高壓直流在電信進(jìn)行規(guī)模商用也不過(guò)從2013年開(kāi)始，剛開(kāi)始使用的時(shí)候都是為了替代UPS的效能低和安全性，這個(gè)比較在網(wǎng)絡(luò)和權(quán)威雜志上都有發(fā)表，這里就不一一列出。高壓直流（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)直流配電單元給通信設(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)，直流由蓄電池給通信設(shè)備供電。就拿崇明新河中達(dá)240V高壓直流為例：它的特點(diǎn)是容許電網(wǎng)電壓變化寬，電壓可以在260Vac～530Vac變動(dòng)，整流模塊具有休眠節(jié)能功能，有效降低機(jī)房綜合運(yùn)行成本，數(shù)字化均流技術(shù)，均流性能穩(wěn)定，采用先進(jìn)的移相諧振高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，系統(tǒng)效率大于等于94%，并具有絕緣監(jiān)測(cè)功能，單套設(shè)備相比UPS確實(shí)具有能耗效率高，安全性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，逐漸受到重視，但當(dāng)兩套設(shè)備主備用運(yùn)行時(shí)，運(yùn)用到重要機(jī)房，節(jié)能上還是顯露了一定的弱勢(shì)。，本文主要講的是240V高壓直流如何做到少投資、多節(jié)能，在保證安全的情況下使效能達(dá)到最大化。

崇明新河新建VDC配套項(xiàng)目中電力室采用兩套中達(dá)240V高壓直流配電系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)都同時(shí)輸出到VDC機(jī)房的各列的直流配電單元的400A開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)直流配電單元開(kāi)關(guān)的分配，兩路高壓直流系統(tǒng)輸送到各服務(wù)器機(jī)架的插座，用電設(shè)備服務(wù)器內(nèi)有零轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)無(wú)縫隙切換。當(dāng)主系統(tǒng)由于市電掉電、短路故障、電池放電低等問(wèn)題時(shí)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載不間斷供電。

而且在高壓系統(tǒng)前面還有兩路高壓市電、一臺(tái)1600kW佛光發(fā)電機(jī)，可以說(shuō)這套系統(tǒng)是相當(dāng)安全的了。但是我們要想一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)系統(tǒng)有必要配兩套高壓直流系統(tǒng)嗎？不免給人一種過(guò)度配置的感覺(jué)。在節(jié)能減排、節(jié)約投資的當(dāng)下，確實(shí)是過(guò)渡了。這種方式我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一路高壓直流對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電時(shí)，另外一路高壓直流處于備用狀態(tài)，但還是處于對(duì)備用系統(tǒng)蓄電池充電狀態(tài)，換句話(huà)說(shuō)能耗消耗還是非常大的，而且夏天對(duì)空調(diào)的功耗也大大增加，本機(jī)房?jī)?nèi)裝有3臺(tái)P1040功率為40kW的專(zhuān)用空調(diào)機(jī)（二主一備），機(jī)房面積150平方，用電量還是蠻大的，這種損耗是顯而易見(jiàn)的。

下面我們不妨采用一路采用240V高壓直流系統(tǒng)，一路采用直接市電引入，看看安全性能如何。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：

從圖可以看出，一套高壓系統(tǒng)和原來(lái)一樣通過(guò)高壓直流配電屏直接送到VDC機(jī)房的配電單元400A開(kāi)關(guān)，而另外一路市電直接從高低壓配電室低壓輸出柜送到VDC機(jī)房配電單元400A開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)直流配電單元開(kāi)關(guān)的分配，一路高壓直流系統(tǒng)和一路市電都被輸送到各服務(wù)器機(jī)架的插座，用電設(shè)備服務(wù)器內(nèi)有零轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)一套高壓系統(tǒng)一路市電無(wú)縫隙切換。平時(shí)高壓直流主系統(tǒng)對(duì)設(shè)備供電，當(dāng)主系統(tǒng)由于市電掉電、短路故障、電池放電低等問(wèn)題時(shí)自動(dòng)切換到另一路市電供電，實(shí)現(xiàn)負(fù)載不間斷供電。而且一路高壓直流系統(tǒng)輸入電和另一路市電都可以實(shí)現(xiàn)兩路市電自由切換，并由油機(jī)電進(jìn)行后備保障，因此這種模式也是非常安全的[1]。

那么下面我們來(lái)分析一下采用第二種方式到底能節(jié)約多少投資，節(jié)約多少電能：

少一套高壓直流系統(tǒng)從上面這個(gè)結(jié)構(gòu)可以看出，首先從設(shè)備成本可以節(jié)約的費(fèi)用為一套交流配電屏（380V/630A）、一套高壓直流屏（240V/1600A）、二組蓄電池（240V/500AH）、一套整流設(shè)備（240V/800A機(jī)架兩個(gè)、模塊32個(gè)）、電池開(kāi)關(guān)柜（兩個(gè)）總共節(jié)約363660.88元，安裝費(fèi)節(jié)省183678.24元。另外由于設(shè)備量減少電力電池室面積可以縮小差不多三分之一，也就是機(jī)房面積可以縮小到100平方米，這樣空調(diào)熱負(fù)荷明顯減少，甚至可以減少一臺(tái)40kW的空調(diào)：

設(shè)備的使用年限、投資成本如下：

從上可以看出，總共設(shè)備和安裝費(fèi)可以節(jié)省547339.12，這還不包括240平方的直流電纜300米，可見(jiàn)初期投資就可以節(jié)約很大一筆費(fèi)用，那么我們?cè)偎闼氵\(yùn)行維護(hù)成本，一個(gè)VDC機(jī)房按照20年設(shè)計(jì)計(jì)算，從上表可以看出高壓直流配電屏和高壓直流開(kāi)關(guān)電源都需要換一次，蓄電池需要換三次，按這個(gè)計(jì)算，設(shè)備和線(xiàn)纜增加的投資量和安裝費(fèi)估計(jì)20年內(nèi)還得增加150萬(wàn)左右，再算上節(jié)省一臺(tái)空調(diào)27萬(wàn)，20年內(nèi)換一次，就是54萬(wàn)，這絕對(duì)是一筆不小的開(kāi)銷(xiāo)[2]。

下面我們?cè)偎阋幌逻\(yùn)行成本，一個(gè)整流模塊空載運(yùn)行損耗為60W，當(dāng)一套系統(tǒng)處于備用空載狀態(tài)，中達(dá)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊空載，其他模塊都可以處于休眠，那么休眠的功耗為6W，本系統(tǒng)32個(gè)模塊功耗為60W*2+6*30=300W，一年的電費(fèi)就是2628度，20年就是52560度，這個(gè)還不算蓄電池自放電充電成本，維護(hù)成本也沒(méi)有算在里面，通過(guò)以上計(jì)算新河一個(gè)局的節(jié)約能耗和成本就可以達(dá)到300多萬(wàn)（另外監(jiān)控節(jié)點(diǎn)減少都沒(méi)有算在里面）。那么對(duì)于整個(gè)電信集團(tuán)來(lái)說(shuō)，節(jié)約的費(fèi)用將是天文數(shù)字。

那么有人肯定會(huì)問(wèn)主系統(tǒng)用市電，備系統(tǒng)用高壓直流可以嗎，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：

單從圖看也是可以的，而且比高壓直流主系統(tǒng)供電還要節(jié)能，因?yàn)槭须娭苯虞斎?，能量轉(zhuǎn)換沒(méi)有損失，但是由于市電諧波成分高、停電次數(shù)多、夏天雷擊等，特別是二三類(lèi)市電地區(qū)，容易造成服務(wù)器零轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)頻換轉(zhuǎn)換，一類(lèi)市電地區(qū)相對(duì)好點(diǎn)，但還是有諧波干擾和雷擊等影響，服務(wù)器穩(wěn)定性就變差了，這個(gè)具體分析網(wǎng)上有很多，這里不展開(kāi)討論[3]。

案例應(yīng)用：上海電信公司崇明信息大樓有三套獨(dú)立配套高壓直流系統(tǒng)，兩套是中達(dá)的直流高壓系統(tǒng)，在五樓。一套是維諦的高壓直流，在四樓。都采用一路高壓直流和一路市電供電，投資量明顯減少，節(jié)能也是看得見(jiàn)的，但是由于考慮承重性和崇明整體機(jī)房都比較寬裕，所以設(shè)計(jì)的電池還是都采用平鋪的方式，如下圖所示：

這樣雖然電池的安全性得到了提升，但是機(jī)房面積也隨之?dāng)U大，譬如五樓二套系統(tǒng)的電力機(jī)房面積為170平方，如果采用疊放的話(huà)，面積至少可以減少50多個(gè)平方，也可以節(jié)省一臺(tái)價(jià)值50kW的空調(diào)，四樓也是一樣，這樣對(duì)能耗的減少還是顯而易見(jiàn)的。至于樓板沉重問(wèn)題可以采用槽鋼加固。

所以我的結(jié)論如下：在如今高壓直流大批量運(yùn)用于電信的情況下，需要注意以下情況：①高壓直流組網(wǎng)模式采用一路市電和一路高壓直流模式，且高壓直流為主用。②蓄電池的疊放方式采用多層疊放，可以節(jié)約機(jī)房面積，更加節(jié)能。畢竟一組120節(jié)電池占用的面積還是蠻大一塊，如果一樓以上擔(dān)心樓板承重，可以用槽鋼進(jìn)行加固，如果擔(dān)心疊放電池漏液，可以增加橡皮絕緣墊。③模塊配備根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展來(lái)配，配的太多影響投資成本和功耗（以后擴(kuò)容可以再買(mǎi)）。④機(jī)房空調(diào)制冷量富裕的情況下，可以適當(dāng)關(guān)閉備用空調(diào)，或根據(jù)要求提高空調(diào)溫度，從而使能耗比降低，滿(mǎn)足公司節(jié)能要求[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張劍銘. 高壓直流系統(tǒng)在中國(guó)電信IDC機(jī)房的創(chuàng)新應(yīng)用[J]. 電信技術(shù)，2014，1（8）：45-47.

[2] 呂威.通信行業(yè)節(jié)能減排工作的思考[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2010， （10）：15-17.

[3] 金永生，應(yīng)江勇.通信行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)體系及電信運(yùn)營(yíng)商推進(jìn)策略分析[J].移動(dòng)通信，2012，36（9）：12-18.

[4] 呂威.通信行業(yè)節(jié)能減排工作的思考[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2010， （10）：15-17.