核心通信机房电源系统的优化

李俊峰，刘 斌，刘 峰，杨志明

（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

0 引言

目前，一些通信运营商核心机房的电源系统，因运营时间长，机房后期建设缺少整体规划，无序扩容，疏于管理，导致一部分机房的电源系统存在一些安全隐患、资源浪费和电能分配不合理等问题。对于存在的问题有针对性的优化调整，使机房供电系统优化到安全的工作状态。

1 项目现状

1.1 机房用电现状

此核心机房设置有两个机房，配置一套高低压系统，引入两路市电，一路主用市电引电容量1880kVA，配置2台变压器，一台1250kVA的变压器供2#楼机房使用，另一台630kVA的变压器供1#楼机房使用；另一路备用市电引电容量1250kVA，配置一台1250kVA变压器。

1#楼机房日常用电负荷271kW、变压器带载率54%，最大用电功率390kW（含电池充电）、变压器带载率78%。

2#楼机房日常用电负荷787kW、变压器带载率79%，最大用电负荷1169kW（含电池充电）、变压器带载率117%。

1.2 机房交直流电源系统现状

1.2.1 1#楼机房电源

目前1#楼机房有3套开关电源和2套UPS电源，其中1#开关电源带载率40%，2#开关电源带载率10%，3#开关电源带载率22%；1#UPS电源带载率50%，2#UPS电源带载率10%。

1.2.2 2#楼机房电源

目前2#楼机房有5套开关电源和6套UPS，其中1#开关电源带载率20%，2#开关电源带载率80%，3#开关电源带载率68%，4#开关电源带载率80%，5#开关电源带载率80%；一楼电力室UPS带载率64%，一楼A区机房UPS带载率48%，二楼B区机房UPS台带载率74%，二楼A区机房320kVA的UPS台带载率54%，二楼A区机房80kVA的UPS台带载率68%，二楼C区机房UPS台带载率60%。

2 现状分析

1#楼机房不作为日后业务的承载机房，不会有新增设备；根据2#楼机房空余机位，测算2#楼机房的发展负载和空调负载，以确定机房终期负荷再进行调整优化。

两个变压器之间负载的调整，不仅要考虑平时负载的调整，还应优化短时最大负载，使之达到变压器安全合理带载的范围内。

考虑供电系统谐波对用电设备和变压器的影响，需要对低压供电系统的谐波含量进行测试，根据测试数据确定谐波治理方案。

3 谐波治理

3.1 谐波测试数据

采用电能质量分析仪对两台变压器低压配电系统进行测试，只有1250kVA变压器的Ⅰ段母线（只供320kVA工频UPS电源）谐波含量超出正常范围。1250kVA变压器的Ⅰ段母线电压谐波含量3.2%，在允许值范围之内，详见下表：

表1 1250kVA变压器I段母线电压谐波测试数据

图1 1250kVA变压器I段母线电压谐波测试截图

1250kVA变压器的Ⅰ段母线（320kVA的UPS电源）的电流谐波含量55.8%，大幅超出允许值，需要进行治理。详见下表：

表2 1250kVA变压器I段母线电流谐波测试数据

图2 1250kVA变压器I段母线电流谐波测试截图

3.2 滤波器的配置

本次采用有源电力滤波器对谐波进行治理。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

通过电能质量分析仪测得1250kVA变压器I段母线谐波电流为172A，考虑这段母线后期发展负荷，配置1台200A通信用低压并联型有源电力滤波器，治理方式为三相四线制。

3.3 达到的预期效果

下表为采用有源滤波器后所达到的理论效果，也是各厂家的承诺效果，实际情况还需在设备安装调试完成后，再进行测试。

表3 使用有源滤波器达到的预期效果

4 机房电源系统优化调整

4.1 机房发展情况

4.1.1 机房后期增加设备负载情况

1#楼机房日后不再新增设备，2#楼机房还可装机24台机柜，每台负功耗设备按照2kW计算，则机房新增负载48kW，考虑新增设备的空调需求，则机房需新增空调能负荷20kW，2#楼机房日后共新增用电负荷68kW，经核算目前2#楼机房交直流电源系统可以满足这部分新增负荷。

4.1.2 机房后期用电状况

考虑本次测量时空调未全部投入运行，按照测量值的20%功耗估列未运行空调的负载，则1#、2#楼机房后期变压器带载情况如下表：

表4 机房后期变压器带载状况统计表

4.2 机房用电分析

通过与变压器厂家了解变压器过载情况参数如下：干式变压器允许短时过载，短时最大负载达到干式变压器满载的110%，允许持续30分钟；短时最大负载达到干式变压器满载的115%，允许持续20分钟，短时最大负载达到干式变压器满载的120%，允许持续10分钟。

从上表可以看出1250kVA变压器带载率过高，短时最大负载是额定值的128%，存在重大安全隐患。630kVA变压器带载率不大，可将1250kVA变压器所带部分负载调配至630kVA的变压器上，可解决1250kVA变压器平时负载带载过高问题，但无法解决630kVA变压器短时最大负载过载问题。

4.3 机房用电优化方案

4.3.1 负载调整

将1250kVA变压器上的1#、3#和4#共计3套开关电源割接至630kVA变压器上，割接过去的平时负载为95.29kW，还有10组共计14000AH蓄电池组的充电功率（69.69kW）。

4.3.2 降低蓄电池的充电功率

开关电源的均充电流可设置为0.06C10，目前开关电源均充电流设置为0.15C10，因此可将开关电源均充电流设置成0.08C10，只是使充电时间延长，对电源使用和蓄电池寿命没有影响。因此2#楼机房电池充电功率减少109.51kW，1#楼机房电池充电功率减少39.82kW。

4.3.3 1#楼机房电源优化

1#楼机房目前有3套开关电源，其中有2套电源带载率不计25%，将这两套电源合二为一，将负载割接到1套电源上，关停1套电源，2组1000AH电池利旧他处，因此减少电池充电功率8.71kW。

1#楼机房目前有2套120kVA的UPS电源，1套带载60%，1套带载10%，将这两套UPS电源合二为一，将带载低的UPS割接到带载高的UPS上，关停带载低的UPS电源，因此减少电池充电功率26kW。

4.4 调整结果

通过以上机房负载优化调整，两台变压器平时负载都在合理范围之内，1250kVA变压器短时最大负载达到额定值的100.05%，过载0.47kW，考虑变压器此时温升的影响，建议临时关闭1台小容量空调即可，或是调小UPS电源的电池充电功率。

表5 机房电力优化调整结果

4 移走负载（kW）95.29 95.295移走电池充电功率（kW）69.69 34.716 移入负载（kW）95.29 95.297移入电池充电功率（kW）69.698 优化调整后（kW）797.27 1000.47 378.85 493.219 带载率 79.73% 100.05% 75.77% 98.64%

5 结束语

现在通信运营商有些机房电源系统存在负荷分配不均、谐波污染、配置不合理、供电质量不高等情况，怎样解决这些问题才能是电源系统更可靠、效率最大化，这是要多方面均衡考虑、长远打算、对症实治。通过仪器仪表对优化方案实施前、后进行对比测试，已验证优化方案合理性。若测试结果跟预期有较大偏差，根据具体问题对优化方案进行相应调整，已达到满意效果。