通信核心机房关键交流用电设备应急供电解决方案

江 殊

【摘要】文章针对核心通信机房交流供电现状,提出了关键交流用电设备应急供电对策,重点就固定油机直供方式进行了探讨,以期对通信核心机房的供电建设和维护工作有所裨益。

【关键词】油机直供核心机房关键交流用电设备 应急供电

核心机房交流负荷均属于保证交流负荷,即在市电停电后油机供电时,必须保证供电的用电负荷。在实际应用中,核心机房保证交流负荷按照重要性可以分为关键交流负荷和一般交流负荷,而关键交流负荷主要包括设备保证负荷(直流电源系统、UPS电源系统等)、建筑保证负荷(机房专用空调系统、照明等)等核心电源和空调设备的用电负荷,其他交流负荷则为一般交流负荷。

1 核心机房关键交流用电设备供电存在的

安全隐患

以某地核心机房160KVA 1+1 UPS电源系统宕机造成部分通信业务中断为例。该UPS电源系统交流输入柜从低压室低压输出馈电柜空开接入一路保证交流电源,由于数据网等设备扩容,导致UPS电源总负荷常载下超过80%额定容量。故障处理时,卸载部分负荷仍然无法合闸,将原有连接电缆改接到旁边的同型号输出空开,仍然无法投合送电。经检查低压空开的整定值仅仅设置为30%额定容量,而负荷容量远远大于该整定值,低压配电空开跳闸无法投合,造成UPS电源系统交流供电中断。由于负荷较重,后备电池在10多分钟后也停止供电,系统完全瘫痪。

该枢纽楼低压配电系统到主机房楼层的交流供电路由只有唯一的一路,没有备份的或旁路的交流路由。当唯一交流供电路由(包括开关元件和供电线路)发生故障时,楼层电源系统无法得电,必然造成电源系统瘫痪。此时,如果UPS电源系统具备油机直供接入路由,则可立即恢复供电,大大缩短交流中断或故障恢复时间。

从目前在网运行的通信供电系统调查得知,核心机房关键交流负荷通常的供配电方式一般采用在配电室设置配电柜(箱)或主机房楼层设置交流二次分配柜(箱)来实现。这种供电方式的优点是系统结构简单,容量和端口具备一定冗余性,在一定程度上可以保证系统的安全性和可维护性。但其显著缺点在于供电系统的设备侧缺少供电路由的冗余性,供电网络存在单节点瓶颈和运行隐患,主要表现在:

(1)高低压配电系统需要停电检修时,如主进线开关、市电/油机ATS、低压输出馈电柜故障或进行维护作业检修等,将导致后级交流负载全部停电。对直流电源系统而言,其后备蓄电池组一般可延续数小时供电时间;但对于UPS电源系统而言,特别是大型枢纽使用的大容量UPS电源,其后备电池在额定功率条件下延续供电时间一般只有0.5～1小时,根本无法满足配电系统维护或故障检修的时间需要。

(2)核心机房交流割接(如UPS电源和机房空调更换配电柜,配电柜扩容开关、更改低压母线、低压交流负荷调整等)时,如果没有油机直供回路,就需被迫采用带电割接,既增加了割接难度,割接安全也无法充分保障。

通信供电网络的具体实际对我们的规划设计提出了新的要求。为此,如何建立核心机房关键交流用电设备的应急供电路由,提供更加符合维护实际需求的供电系统,以确保关键交流用电设备最短的停电时间,就成了一个迫切需要解决的问题。

2 核心机房关键交流用电设备优化供电方式

2.1 基本思路

核心机房关键交流负荷通常的供配电系统必须进行供电网络结构优化,建立应急供电机制。同时,作为解决核心机房供电系统单节点瓶颈的有益补充,有必要建立一个端到端的独立的应急供电路由,即主供路由之外的交流旁路供电路由。其主要包括:为后级交流接入设备特别是关键交流用电设备提供路由和端口的冗余或备份,克服供电网络单节点瓶颈隐患;充分利用现有系统资源,以最小的投入实现系统配置(包括常用和应急供电网络)的冗余。

2.2 应急供电网络电源的容量核定

核心机房应急供电网络应包括机房固定油机和外接油机车电源供给。已经在网运行的供电系统应予改造,以满足两种油机后备电源的接入。固定油机配置容量按照相关规范和集团公司企标配置,油机车配置容量按照需要实际接入的关键交流用电设备负荷量及一定冗余量计算。

应急供电网络交流后备电源来自于上述两种电源,它仅仅考虑配电系统停电或故障检修等非常状况时的应急供电问题,在实际应用中,主要考虑机房直流电源系统、UPS电源系统和部分机房空调的应急接入。

2.3 应急供电网络的应用原则

应急供电网络的配置在配电系统中应具有相对独立性。即采用应急供电网络供电时,应确保正常供电时的配电系统设备(如进线、转换、补偿、输出等设备)不带电,便于维护和检修。

要做到应急供电网络配置的独立性,就需要提出油机直供的概念。

2.4 油机直供的概念

顾名思义,油机直供是指机房关键交流用电设备的后备交流电源直接来自于机房固定的或外接的油机电源,油机电源经由简单配电(油机直供柜)直接送达机房楼层配电设备侧,并采用手动切换、人工职守等原始简单的操作运行维护模式,实现机房关键设备的应急供电。显然,这种供电模式是临时的、相对短暂的。

2.5 油机直供的应用原则

油机直供电源,是在整个配电系统出现故障或需要全面停电检修的紧急情况下才使用,是一种非正常状态下的应急预案,必须正确使用,严防两种不同的电源进入同一大楼,造成电源短路或倒灌事故;其次,油机直供电源的使用,必须是人工职守的,总路控制最好采用手动切换方式;再次,不是所有机房设备电源都需要油机直供保证,油机直供电源只针对部分关键负载,特别是后备供电时间短暂(如UPS电源、开关电源等系统)的交流用电设备。如果要接入部分空调,应该考虑设置启动时延。另外,配电系统越复杂,节点越多,故障概率越高,不要人为地把配电系统网络连接复杂化。

同样,需要外接应急油机车的情况是在出现比上述任何应急供电更加紧急的情况时。油机车目前限于功率和机动性,功率不会做得太大(比相应固定油机小很多)。因此,虽然配电系统可提供外接油机车的紧急接口,但一定要事先制定应急预案,确定现网重要负荷分级(比如一级交换、传输,二级网管数据计费等设备用电,相关空调等级可略低一挡,等等)。届时可以按照预先设定的分级限电预案逐级供电,而首先应以确保语音等业务正常为最低目标。

2.6 应急供电网络建设方案

应急供电网络原理如图1所示。

专用油机直供配电柜设置的相关要求:

(1)直供柜安装位置:宜选择油机室或靠近油机室的机房,如低压室等。

(2)直供柜安装方式:落地安装。

(3)直供柜输入:直接从油机输出断路器屏取电。根据油机容量设置一个与之匹配的断路器或闸刀开关,当油机容量较大,输出断路器屏输出母排接入电缆有限,无法直接接入油机直供柜时,可以从油机断路器柜后的转接分配柜接入;当有两台油机时应设置油机手动转换柜。

(4)直供柜输出:输出分路应根据机房关键交流用电设备的容量和数量,并考虑容量(根据规范确定)和端口的适度冗余(1～2个端口余量)。系统容量较小时可以将油机手动转换和输出回路合并在一个机柜配置。

(5)直供柜接地:根据规范采用热镀锌扁钢就近接入机房联合接地网。

2.7 技术可行性分析

对于新建交流供电系统,在规划及设计中应考虑配置油机直供路由。

对于原有供电系统没有设置油机直供系统的,应予改造。在油机室或靠近油机室的机房只要可以提供安装新建油机直供柜的空间,以及电缆连接布放通道,就该按照图1所示建设方案实施简单改造。

注意:对于机房关键交流设备侧交流二次分配屏不具备双电源接口的,应予改造。该双电源转换设备一般选用手动切换为好,确保回路有明显断开点,也便于检修维护。

2.8 投资及效益分析

以某通信枢纽2000KVA固定柴油发电机组建设油机直供系统为例,相关费用见表1:

表1某2000KVA固定柴油发电机组建设油机直供系统的费用

通信电源设备整治改造投入少、效果好、收益长,不过配套设备对于企业的效益是间接的,一般不会直接体现其经济效益和社会效益。通信电源整治改造提高了网络安全可靠性,而安全就是企业最大的效益;企业为用户提供高品质的通信网络的同时,也提高了服务质量和企业形象。

3 结束语

油机直供应急供电系统在某通信运营商各种规模的机房实际应用已达6年,包括在举世震惊的“5•12”汶川大地震期间的应急使用,其经济性好,技术成熟,运行稳定可靠,尤其在交流设备割接工程和低压系统ATS故障检修等维护工作中发挥了巨大作用,大大降低了交流带电检修及割接风险,避免了通信事故的发生。