浅谈VDC机房高压直流电源建设对投资、节能的影响

朱杰

摘 要 中国电信作为发展网络基础设施的主要建设者，肩负着建设网络强国的历史使命。伴随着提速降费政策的贯彻执行、人民对信息消费需求的日益增长，电信运营商正紧锣密鼓转型升级、谋求新的发展路径。而在谋求发展的同时，控制成本放在了突出的位置，顺理成章，节能减排就被寄予了厚望，控制空调温度、老旧设备拆除、新风改造等做了很多工作，但每年的5%节能指标任务还是蛮艰巨的，道远且长。本文以中国电信上海崇明新河电信局新建工程为例，分析如何从源头上节能减排、降本增效、节约投资。

关键词 二套电信高压直流;投资;节能

引言

随着信息化建设战略地位的不断稳固，上海作为乃至全世界的信息交换和传输中心的重要性日益凸显。上海电信积极参与社会信息化进程，在基础设施、应用推广等方面助力上海经济可持续发展的同时，锐意创新，不断满足伴随经济发展而越来越多样化的信息和通信服务需求，进而建立自身的可持续发展模式。随着业务的发展，机房紧缺、配套设施能力欠缺的问题日渐显现，业务发展与运维保障间的矛盾也越显尖锐，配套设施能力欠缺极大的掣肘了业务的发展，亟待改善。为此，公司决定对各局站现有配套资源进行筛选，选取部分节点对其配套设施能力进行扩容改造，以满足不断增长的业务需求。故对崇明新河机房实施扩容改造，从而改善配套能力的瓶颈，支撑后续业务的发展。故在一层电力室安装两套240V高压直流电源。

1高压直流简介

高压直流在电信进行规模商用也不过从2013年开始，刚开始使用的时候都是为了替代UPS的效能低和安全性，这个比较在网络和权威杂志上都有发表，这里就不一一列出。高压直流（HVDC），系统主要由交流配电单元、整流模块、蓄电池、直流配电单元、电池管理单元、绝缘监测单元及监控模块组成。正常工作情况下，整流模块将交流配电源输出的380V交流转换成240V高压直流，高压直流经直流配电单元给通信设备供电，同时也给蓄电池充电。当交流输入发生故障时，直流由蓄电池给通信设备供电。就拿崇明新河中达240V高压直流为例：它的特点是容许电网电压变化宽，电压可以在260Vac～530Vac变动，整流模块具有休眠节能功能，有效降低机房综合运行成本，数字化均流技术，均流性能稳定，采用先进的移相谐振高频软开关技术，系统效率大于等于94%，并具有绝缘监测功能，单套设备相比UPS确实具有能耗效率高，安全性强的优势，逐渐受到重视，但当两套设备主备用运行时，运用到重要机房，节能上还是显露了一定的弱势。，本文主要讲的是240V高压直流如何做到少投资、多节能，在保证安全的情况下使效能达到最大化。

崇明新河新建VDC配套项目中电力室采用两套中达240V高压直流配电系统，两套系统都同时输出到VDC机房的各列的直流配电单元的400A开关，经过直流配电单元开关的分配，两路高压直流系统输送到各服务器机架的插座，用电设备服务器内有零转换开关，实现两套系统无缝隙切换。当主系统由于市电掉电、短路故障、电池放电低等问题时自动切换到备用系统，实现负载不间断供电。

而且在高压系统前面还有两路高压市电、一台1600kW佛光发电机，可以说这套系统是相当安全的了。但是我们要想一个问题，这个系统有必要配两套高压直流系统吗？不免给人一种过度配置的感觉。在节能减排、节约投资的当下，确实是过渡了。这种方式我们可以发现，当一路高压直流对设备进行供电时，另外一路高压直流处于备用状态，但还是处于对备用系统蓄电池充电状态，换句话说能耗消耗还是非常大的，而且夏天对空调的功耗也大大增加，本机房内装有3台P1040功率为40kW的专用空调机（二主一备），机房面积150平方，用电量还是蛮大的，这种损耗是显而易见的。

下面我们不妨采用一路采用240V高压直流系统，一路采用直接市电引入，看看安全性能如何。系统拓扑图如下：

从图可以看出，一套高压系统和原来一样通过高压直流配电屏直接送到VDC机房的配电单元400A开关，而另外一路市电直接从高低压配电室低压输出柜送到VDC机房配电单元400A开关，经过直流配电单元开关的分配，一路高压直流系统和一路市电都被輸送到各服务器机架的插座，用电设备服务器内有零转换开关，实现一套高压系统一路市电无缝隙切换。平时高压直流主系统对设备供电，当主系统由于市电掉电、短路故障、电池放电低等问题时自动切换到另一路市电供电，实现负载不间断供电。而且一路高压直流系统输入电和另一路市电都可以实现两路市电自由切换，并由油机电进行后备保障，因此这种模式也是非常安全的[1]。

那么下面我们来分析一下采用第二种方式到底能节约多少投资，节约多少电能：

少一套高压直流系统从上面这个结构可以看出，首先从设备成本可以节约的费用为一套交流配电屏（380V/630A）、一套高压直流屏（240V/1600A）、二组蓄电池（240V/500AH）、一套整流设备（240V/800A机架两个、模块32个）、电池开关柜（两个）总共节约363660.88元，安装费节省183678.24元。另外由于设备量减少电力电池室面积可以缩小差不多三分之一，也就是机房面积可以缩小到100平方米，这样空调热负荷明显减少，甚至可以减少一台40kW的空调：

设备的使用年限、投资成本如下：

从上可以看出，总共设备和安装费可以节省547339.12，这还不包括240平方的直流电缆300米，可见初期投资就可以节约很大一笔费用，那么我们再算算运行维护成本，一个VDC机房按照20年设计计算，从上表可以看出高压直流配电屏和高压直流开关电源都需要换一次，蓄电池需要换三次，按这个计算，设备和线缆增加的投资量和安装费估计20年内还得增加150万左右，再算上节省一台空调27万，20年内换一次，就是54万，这绝对是一笔不小的开销[2]。

下面我们再算一下运行成本，一个整流模块空载运行损耗为60W，当一套系统处于备用空载状态，中达可以实现两个模块空载，其他模块都可以处于休眠，那么休眠的功耗为6W，本系统32个模块功耗为60W*2+6*30=300W，一年的电费就是2628度，20年就是52560度，这个还不算蓄电池自放电充电成本，维护成本也没有算在里面，通过以上计算新河一个局的节约能耗和成本就可以达到300多万（另外监控节点减少都没有算在里面）。那么对于整个电信集团来说，节约的费用将是天文数字。

那么有人肯定会问主系统用市电，备系统用高压直流可以吗，系统拓扑图如下：

单从图看也是可以的，而且比高压直流主系统供电还要节能，因为市电直接输入，能量转换没有损失，但是由于市电谐波成分高、停电次数多、夏天雷击等，特别是二三类市电地区，容易造成服务器零转换开关频换转换，一类市电地区相对好点，但还是有谐波干扰和雷击等影响，服务器稳定性就变差了，这个具体分析网上有很多，这里不展开讨论[3]。

案例应用：上海电信公司崇明信息大楼有三套独立配套高压直流系统，两套是中达的直流高压系统，在五楼。一套是维谛的高压直流，在四楼。都采用一路高压直流和一路市电供电，投资量明显减少，节能也是看得见的，但是由于考虑承重性和崇明整体机房都比较宽裕，所以设计的电池还是都采用平铺的方式，如下图所示：

这样虽然电池的安全性得到了提升，但是机房面积也随之扩大，譬如五楼二套系统的电力机房面积为170平方，如果采用叠放的话，面积至少可以减少50多个平方，也可以节省一台价值50kW的空调，四楼也是一样，这样对能耗的减少还是显而易见的。至于楼板沉重问题可以采用槽钢加固。

所以我的结论如下：在如今高压直流大批量运用于电信的情况下，需要注意以下情况：①高压直流组网模式采用一路市电和一路高压直流模式，且高压直流为主用。②蓄电池的叠放方式采用多层叠放，可以节约机房面积，更加节能。毕竟一组120节电池占用的面积还是蛮大一块，如果一楼以上担心楼板承重，可以用槽钢进行加固，如果担心叠放电池漏液，可以增加橡皮绝缘垫。③模塊配备根据实际业务量适当考虑远期发展来配，配的太多影响投资成本和功耗（以后扩容可以再买）。④机房空调制冷量富裕的情况下，可以适当关闭备用空调，或根据要求提高空调温度，从而使能耗比降低，满足公司节能要求[4]。

参考文献

[1] 张剑铭. 高压直流系统在中国电信IDC机房的创新应用[J]. 电信技术，2014，1（8）：45-47.

[2] 吕威.通信行业节能减排工作的思考[J].邮电设计技术，2010， （10）：15-17.

[3] 金永生，应江勇.通信行业节能减排技术体系及电信运营商推进策略分析[J].移动通信，2012，36（9）：12-18.

[4] 吕威.通信行业节能减排工作的思考[J].邮电设计技术，2010， （10）：15-17.