中心机房的供电设计

孔祥茹

（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司 石家庄 050021）

1 中心机房现有供电情况及存在的问题

目前中心机房现有用电设备基本分为两种：交流供电设备和直流供电设备。核心网元以直流供电为主，数据业务和IT网元以交流供电为主。而且大部分网元多集中在省会和少量重点城市的枢纽楼，种类和数量繁多（包括TMGW、HLR、MSC、LSTP、以及业务网元等），耗电大，交直流设备均有。交流供电目前多以UPS设备为主，另有少量逆变器为核心网元的终端设备供电；直流供电为开关电源系统。现有机房内交流UPS设备的负载利用率都很低，直流设备呈现两种情况，有的直流系统已达到最大负荷，主设备内部的插板扩容都将不能满足。而有的直流系统负荷很小，可是鉴于有些网元不能与其它网元共用电源的原则，只能维持现有负荷。造成这种现象的原因虽然有无法预估的主设备的扩容情况，可是作为设计人员，我们还是希望提供给客户更为优质更为合理的设计方案。

基于以上这些情况，下面我们从交流设备和直流设备的供电情况分别进行分析，以期找出更为合理的设计方案。

2 直流供电分析

中心机房直流用电设备基本为交换设备和传输设备。在电源设备配置时可考虑以下几个方面。

2.1 电源共用原则

在电源设备配置方面，应遵循分等级共用电源设备的原则，交换和传输两类设备之间电源系统不宜共用。有备份关系的网元严禁共用电源系统，即具有备份冗灾的设备不能与原设备共用电源系统。具体传输设备和交换设备多网元共电源系统可参考以下原则。

传输设备按网络结构可分为一级干线传输、二级干线传输、本地网传输共三层。在电源配置时一干传输必须使用独立的开关电源系统；二干传输一般应使用独立开关电源系统；当系统容量较低时，新建本地网传输可与二干传输共用电源系统。

交换设备网元数量很多，有些部分网元耗电较小，可大致分为以下几类情况：（1）TMSC1、HSTP等长途一级汇接设备，必须使用独立的开关电源系统；（2）TMSC2、LSTP等长途二级汇接设备可使用独立的电源系统，如果与其它网元共用仅可与HLR、GGSN共用电源系统；（3）HLR、GGSN一般功耗较小，除可与二级汇接设备共用网元外，还可与MSC、BSC等网元共用电源系统。但是HLR设备严禁与冗灾HLR共用电源系统；（4）MSC端局功耗相对较大，可以与所辖BSC、SGSN、MGW网元共用电源系统，同时建议两个以上的MSC端局不再共用一套电源系统。

2.2 蓄电池配置原则及计算

蓄电池的容量一般按近期负荷（适当考虑远期发展）考虑，电池根据市电类别按相应小时放电率计算，中心机房一般按2～3h考虑，蓄电池工作在全浮充在线式充电方式运行。铅酸蓄电池的总容量按下式计算：

根据最新的YD/T 1970-2009《通信局（站）电源系统维护技术要求》直流供电系统全浮充供电方式的阀控式密封蓄电池中对于2V系列的电池，使用年限为8年或容量不低于额定容量80%，所以在配置蓄电池时对于不能共用电源系统的网元可按所供网元的扩容情况进行电池配置，对于可共用电源系统的网元，配置电池容量时可考虑配置足够的容量以满足其它网元的需求。

2.3 开关电源整流模块配置

开关电源按近期负荷电流考虑，蓄电池充电模块按电池10h放电率计算考虑，配置模块数按N+1冗余方式。开关电源的容量=近期负荷+充电电流+冗余。

由于在前期电源配置时，依据的设备耗电负荷为设备满配时的设计负荷，而实际运行负荷往往与设计负荷存在一定差异，所以在配置开关电源模块时，可选择具有模块休眠功能的电源系统。当实际负荷较小时，可用关闭电源模块的方式以减少设备的损耗，提高设备的利用率。

2.4 直流配电部分的配置

直流配电部分应按设备的远期负荷考虑，一般的直流供电系统包括交流配电屏、开关电源整流、直流配电屏、蓄电池组组成。正常情况一套直流电源系统配置一台直流配电屏。主专业的直流电源柜（PDF）分别从直流屏输出端子引接（一般主专业电源柜的电源引入要求为两路），每个电源柜需要两路保险。标准2000A直流屏输出保险为630A×8路、400A×4路。由于近来主专业新建PDF越来越多，往往一期就配置3～4台，而且每台配电柜的电源引入都需要两路保险引接。所以在实际中经常会遇到电源系统容量能满足，可是直流屏却无空余的输出保险。虽然有的电源系统有空余位置扩容直流屏，但是在正常运行的电源系统中操作，将存在极大的安全隐患，况且所供网元均为重要负载，随时将造成整个系统瘫痪的可能。况且有的电源系统根本无直流屏扩容的位置，这样就造成电源系统有容量却不能利用。

鉴于以上情况，我们在设计时如果是新建直流电源系统，且所供网元可与其它网元共用电源系统时，可考虑一套直流配电系统配置两台直流屏，这样虽然前期是多投入了一台直流屏的成本（一台直流屏价格约为1.3万元左右），可是却大大方便了后期设备的扩容，以及整套系统的安全运行。

2.5 主专业电源柜（PDF）电缆选择

目前主专业新建PDF越来越多，往往一期就配置3～4台，而且每台电源柜的电源引入都需要两路。直流屏至PDF电缆选择计算为：

直流导线截面积计算公式：

St＝(I×L)/(57×ΔU)

在前期设计时，往往主专业提供的每个电源柜的容量都为远期满负荷容量，如果按照这个容量来计算，计算结果电缆将需要很多，而且在实际中发现，每个电源柜在运行几年之后的容量都达不到当初提供容量的一半。这样势必造成极大的浪费。下面我们以例说明。

某架新建的主专业PDF柜，机架满负荷容量为400A，直流屏距离PDF柜为40m，按照两路引入，依据上面的计算公式计算可得出：需要配备1×240mm2电缆8条共320m，此时导线上允许的电压降约为1.17V。

如果我们在设计时不按远期机架满负荷的容量，而是根据近期的需要适当考虑扩容发展的容量150A考虑，同样情况下，可得出：需要配备1×240mm2电缆4条共160m，此时导线上允许的电压降约为0.88V。

按照集采价格：1×240mm2电缆每米约为188元，这样在设计前期每台PDF柜电缆可节约投资=（320m－160m）×188元＝30080元。

在后期的设备扩容时，我们再根据电源柜的容量去核算电缆的配置，根据需要配置相应的电缆数量，这样将避免造成工程前期投资的浪费。

2.6 经验结论

通过以上对直流供电的分析计算，我们得出：在进行设计时，首先考虑供电网元是否可共用电源系统，根据原则来配置电源设备。比如一干传输设备只能使用单独的电源系统，在电源设备配置时，只考虑一干设备的发展情况，一干设备的负荷往往比较小，所以可配置小容量的电源系统以满足其自身的发展需求。又比如MSC端局往往负荷较大，扩容频繁，又可以和其它网元共用电源系统，所以在前期配置时将容量配置大一些，特别是蓄电池容量可以一次配置到位。实际工程中蓄电池的频繁更换可影响蓄电池的使用寿命。开关电源模块可随着设备的扩容灵活增加。直流配电屏必要时可配置两台满足后期设备扩容的需求。直流配电屏至主专业电源柜的电缆计算可满足近期的需要适当考虑扩容发展的容量，不要一次配置就满足远期满负荷的容量。总之，在电源设计时除考虑减少前期投资的前提下，还应兼顾后期设备扩容的方便性。

3 交流供电分析

中心机房交流用电设备基本为数据业务和IT网元。在UPS设备配置时可考虑以下几个方面。

3.1 UPS电源共用原则

重要承载类网元使用单独的UPS电源系统；次要承载类可与次要承载类网元共用UPS电源系统；运营支撑类网元使用单独的UPS电源系统；托管类业务可与托管类业务共用UPS电源系统；集中网管系统使用单独的UPS电源系统。

3.2 UPS电源配置

目前网上运行的UPS设备有传统UPS和模块化UPS两种。由于传统UPS设备不具备扩容性，往往在设备初建时考虑用电设备扩容的需要，只能按用电设备远期负荷考虑配置。由于所供设备多为数据业务和IT网元，重要性很高，所以一般均考虑双母线配置方式。这样更造成了初期建设投资偏高，系统建成投产后，设备利用率又很低的现象。而模块化 UPS 通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题,其模块化结构能够很方便地安装和扩容，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。既满足了后期业务的发展需求，又降低了用户的初期建设成本。

模块化UPS每架采用1+1冗余方式配置，主用1个模块，冗余1个模块，若其中的一个模块发生故障，它将自动脱离系统，由其它模块继续给负载供电，以保证系统的正常运行；2套模块化UPS系统采用双母线供电工作方式，主设备交流配电柜分别从2套UPS输出屏各引接1路，当1套UPS故障时，由另1套UPS承担全部负载供电，保证设备安全运行。

相对传统UPS设备，模块化UPS供电系统更大地提高了它的安全可靠性，不但两套系统双母线运行，而且每套系统都有冗余模块。另外系统容量可根据负载相对调整，大大提高了系统的利用率。

3.3 经验结论

通过以上对交流供电的分析，我们得出：在进行设计时，首先考虑注意合理选择共电源的网元并相应配置UPS容量和配电回路，注意尽量避免单点故障点，提供系统可靠性。通过传统UPS与模块化UPS的对比，可看出：模块化UPS相对于传统UPS系统而言，具有更高的可靠性、可适应性的特点，初期建设投资相对较低、后期方便扩容等各个方面都有明显的优势。特别是近期IDC的建设，经营业务不明朗，以后将建立何种业务不确定，这种情况下建设模块UPS系统将更具灵活性。因此，针对交流供电在设计时我们建议优先选择模块化UPS设备。