240 V高压直流供电在IDC机房设计中的应用

李世峰

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

我国的IDC以新建为主，呈粗犷式发展，增速高于其他国家，具有很大的发展空间。IDC作为数据流量处理中心，在流量爆发式增长、云计算需求巨大及人工智能和物联网的加持下，拥有广阔的市场空间。配套电源是IDC最重要的组成部分，利用240 V高压直流供电技术建设稳定、高效且低成本的配套电源，将会推动IDC快速发展。

1 IDC机房配套电源

1.1 UPS电源

UPS主要由主机、输入输出配电柜及电池组成，分为在线式和后备式两种。数据机房采用在线式UPS，先将输入的交流电转变为直流电，再将直流电通过高品质的逆变器转换为交流电供给用电设备，需要经过两次转换。转换效率是UPS的重要指标，转换效率越高，用户节约的电费开支就越多。同时，为了提高UPS系统的可靠性一般采用1+1并机冗余的方式，即通过两台具有相同功率且输出同幅度、同相位及同频率的UPS并联使用。正常工作时，两台UPS各承担1/2的负荷，当其中1台发生故障时，则由剩下的1台来承担全部负荷，这种1+1并机系统的平均故障时间是单机系统的7～8倍，大大提高了系统的稳定性。1+1并机系统结构如图1所示。

图1 UPS 1+1并机系统结构图

1.2 240 V高压直流电源系统

240 V高压直流电源系统主要由交流柜、整流柜、直流柜、蓄电池、直流分配柜以及列头柜组成。相对于UPS系统，高压直流供电系统具有转换环节少、效率高、可靠性高及使用寿命长等优点。此外，UPS系统主机不需要1+1配置，易于维护，投资成本低，相对能耗低且节省空间，其工作原理如图2所示。

图2 240 V高压直流电源系统工作原理

2 240 V高压直流供电设计

2.1 系统配电结构

根据IDC机房的等级与负载的重要度，确定采用双路供电方式，双路供电又分为单系统双路供电和双系统双路供电，供配电结构如图3（a）和图3（b）所示[1]。

图3 240 V高压直流供配电结构图

2.2 系统容量、压降及线径

系统容量应根据IDC的近期和终期规模来合理确定，不易过小，当初期业务负荷较小时整流模块按实际需要进行配置，方便后期扩容。根据相关规定，直流供电系统全程压降不超过12 V[1]，IDC机房情况各不相同，本文给出的压降方案参考值如下。电池组至直流屏压降为2 V，直流屏至电源分配柜压降为5 V，电源分配柜至列头柜压降为2 V，列头柜至用电设备压降为1 V，同时设备自身压降按直流屏0.5 V，电源分配柜1 V，列头柜0.5 V考虑。

线径的选择应考虑最大承载电流、压降、缆线长度以及线缆导电率等，计算公式为：

式中，S和I为最大承载电流，L为导线全程长度，K为导线导电率（铜质导线导电率为57），ΔV为导线允许压降。

2.3 电池组选择及容量计算

电池组的容量应根据备电时长和负载电流来计算，备电时长需结合市电类别和油机等综合考虑，选择常用电压标准的电池，方便采购和替换。中小型IDC机房可选择单体12 V的电池，每组配置20块。大型IDC机房可选择单体2 V的电池，每组配置120块，同时尽量采用分散方式进行供电，单系统容量尽量不超600 A[1]。建议采用铅酸电池，容量计算公式为：

式中：Q为蓄电池容量；K为安全系数，取1.25；I为负荷电流；T为放电小时数；η为放电容量系数；t为电池安装地的最低环境温度，有采暖设备按15 ℃考虑，无采暖设备按5 ℃考虑；A为温度系数[2]。放电小时数、温度系数及放电容量系数在行标《通信电源设备安装工程设计规范》中可查询。

3 案 例

鄂尔多斯某运营商新建IDC机房位于中心局二层，面积246 m2，规划总机柜97架，分核心区、低速率业务区、高速率业务区及支撑服务区。配套电源采用240 V高压直流供电，新增600 A电源系统两套，采用双系统双路供电。

电源部分新增两套240 V组合开关电源，每套600 A（初期配置300 A模块）。电池部分新增6组200 AH蓄电池组（每组20块），机房配电部分新增240 V直流总分配柜1架（双路），240 V直流电源列头柜（双路）8架，220 V交流列头柜（双路）1架，从动力机房原有UPS输出柜引入，供交流供电设备使用。直流供电系统结构如图4所示。

图4 240 V直流供电系统实例

4 240 V高压直流供电特殊要求

240 V高压直流供电系统有如下7个特殊要求。一是电源系统正极和负极均不允许接地，二是电源系统应明确标识系统输出不允许接地，三是输出全程各级的正极和负极都应配置过流保护器，四是直流输出各级（末级除外）配电保护应采用直流断路器或者熔断器，五是直流输出末级（设备输入开关）开关保护应采用断路器，六是直流输出正极电缆颜色为棕色，直流输出负极电缆颜色为蓝色，七是直流输出正极与负载设备输入电源线的N端对应，直流输出负极与负载设备输入电源线的L端对应，负载设备输入电源线的地端应与保护地紧密连接[5]。

5 结 论

本文探讨了IDC的现状和配套电源的发展趋势，并根据240 V直流供电系统的相应标准和技术规范，归纳总结供电设备及电池的配置方法、压降参考值以及线缆线径和电池容量的计算方法，以期为后续IDC配套240 V高压直流电源的设计和实施提供参考。