摘要：以大型数据中心供电结构为例，简析高低压电力系统、高压发电机、UPS、发电车接入、能源系统等选型设计，以保障一级负荷供电可靠性。
关键词：电气系统；高压发电机；UPS；数据中心
1．工程概况
佛山市公安局110城市应急救援指挥中心是一个大型的智能化数据中心，大楼建筑地下共2层，地上最高9层，变配电所设置在负一层，柴油发电机房设置在首层，三、四层作数据中心机房使用。作为全市重要的110城市应急救援指挥中心。本项目供电的可靠性设计要求非常高，依照数据中心备用电源GB 50174 - 2017第8.1.12条规定：A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。本工程采用大容量10.5kV柴油发电机组接入10KV系统，电力系统结构上优于常规的低压发电接入系统。笔者在2018年有幸参本项目包括电力供电系统设计、UPS电源设置、发电机供电配套全过程的技术服务，以此为例、谈谈体会。
2.一级保障负荷
本数据中心机房按A级机房标准设计。除了消防设备等负荷为一级负荷外，数据中心机房内IT设备、IT设备机房照明、空调设备，指挥中心负荷等归类为一级负荷，其它办公、会场动力照明等为普通负荷。根据大楼设计负荷计算，本工程是安装4台2000KVA变压器，配变总容量为8000KVA，其中中心机房IT设备负荷为1600kVA，机房空调计算负荷为1400KW，其它办公楼普通动力照明负荷为2000KW。经了解，如要保证中心机IT设备正常持续稳定运行，除了自身的IT设备供电可靠外，还必须要有空调系统的恒温保障，所以机房内的空调用电荷载也同样要归为一级负荷。
3、UPS不间断电源
数据中心机房设备用UPS系统分层设置，采用2组UPS电池系统供电，每组1600kVA，总容量为3200kVA，主要为机房IT设备供电。其中三楼设置1套1600kVA，四楼设置1套1600kVA，UPS均采用分组配置，UPS室及电池室与数据中心机房紧邻，两套系统均独立设置房间，主用与备用完全隔离，可逐步实施或扩充，满足机房设备逐步发展的需要。UPS供电采用可用性最高的2N系统：由2个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个运行单元发生故障，通过电源切换装置，备用单元继续为负载供电。UPS输出端采用TN-S系统，机房内IT设备均由两组UPS经由两个不同的路径供电。
4、柴油发电机组
本数据中心一级总负荷最大为3500KW，A级数据中心发电机组应连续和不限时运行，发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。鉴于高压发电机具有调压精度高，动态性能好，电压波形畸变小、效率高，结构紧凑，经济性能好等特点，所以发电机组选用采用2台柴油10.5KV发电机组，常用功率1800KW，备用功率2000KW，当采用柴油发电机组作为备用电源时，GB 50174 – 2017规定：由于数据中心对发电机组的输出频率、电压和波形有严格要求，故本工程发电机组的性能等级选用G4级，适用于数据处理设备和计算机系统。
发电机房设置在建筑物首层。在室外设储油罐2个，满足A级机房2h燃料储存量的要求，该项目中心附近有中石化加油站，交通运输方便，可以在30分钟内快速加油，对发电机持续运转提供保障，可以应对全市大面积停电极端情况。发电机机组选用康明斯内燃机组，电气配套1台进线柜，1台出线柜，1台组中性点柜，1台母线PT柜，自动并车控制屏（触摸屏，自动并车，手动同期），直流屏，低压电源箱等。自动并车系统可实现自动启动，自动投入，自动并机，自动调频调载，自动备用冗余控制，自动撤出，自动停机，自动保护等控制功能，通过RS485接口可实现微机监控。系统具有四种工况：手动工况，自动工况，试验工况，停止工况，由主控柜触摸屏人机界面上进行选择。整个机房环保处理工程达到《城市区域环境噪声质量标准》（GB3096－2008），噪声执行第2类标准（即昼间≤ 60dB；夜间突发噪音，其最大值不准超过标准值15 dB，即65 dB），发电机排出的废气经烟色处理，消烟后的废气通过不锈钢烟囱接入烟井引上楼顶排放。
5、供电系统
5.1高压系统
两路进线采用“双电源同时供电、互为备用”的方式：进线电缆均有电时，母联开关断开；任何1回进线停电时，其进线开关断开，母联开关自动合上；双电源同时故障时，进线开关自动断开，发电机自动启动并自动闭合发电机进线开关，低压负荷应逐步接入启动。当故障电缆恢复有电时，手动断开母联开关，再合上进线开关。使用数字综合继保PA100系列控制各个开关之间的逻辑。高压一次系统图如图1。
图1 高压一次系统图
5.2低压系统
该工程采用4台干式2000kVA变压器供电，低压负荷中机房及机房空调负荷为一级负荷中特别重要的负荷（由1，3，4号变压器供电）。本设计配置UPS（供电时间不小于1小时）保障一级负荷中特别重要的负荷的供电可靠性，并且采用“1备3”（2号变压器在其他变压器出现故障时，为其他变压器提供备用变压器）的方案。1号变压器为机房精密空调，3号、4号变压器为机房主机，根据用户需求，1、3、4变压器为特别重要负荷，需2号变压器为1、3、4台变压器提供备用电源（1备3），单向投运，投运时自动切除分励负荷，断开变压器进线开关后，合母联开关，自投不自复。以1号变压器发生故障为例，通过PLC控制运行情况：当1号变压器故障时，首先切除1号和2号变压器全部负荷，再断开1号变压器低压进线开关4011，再断开1号变压器高压进线开关801，再合上1号变压器与2号变压器母联开关4000，之后合上需供电的低压出线开关。当1号变压器恢复正常时，首先切除1号变压器全部负荷，然后断开1号变压器与2号变压器母联开关4000，再合上1号变压器高压进线开关801，再合上1号变压器低压进线开关4011，最后合上全部负荷低压出线开关，如图2。
图2 低压一次系统图
6、发电车供电
由于佛山供电局目前发电车容量最大为500kW，无法满足全部负荷，当发电车接入时，2号变压器进线开关及母联开关需断开，切除2号变压器全部负荷，发电车接入后，手动投入需保供电负荷。若需向其他变压器供电，需手动切除其它变压器负荷后，经母联开关向该变压器供电，再手动投入需保供电负荷。
7、能源管理系统
配置一套能源管理系统，将高压柜，变压器，低压柜组成智能配电系统，实现整个项目内电能的计量、统计分析、核算、用能评价以及用能绩效考评等精细化管理，系统具有监视控制、各种能源的实时数据采集、报警处理、事件顺序记录、以及报表功能，如电能和需量综合报表、用电量同比/环比报表、负荷曲线报表等多种功能。站内配置一台计算机，作为数据服务器兼工作站。采用手机APP 千里眼平台 实现报警管理和资产快查 提高用电可靠性 降低运维人工成本。
8、结语
电源的可靠性决定供电质量：本数据中心项目电源采用10KV双回路供电，配备UPS不间断电源，装备10KV大功率发电机供电系统，发电车接入系统、采用能源管理/数字化运维系统等新技术，具有一定的先进性，同时也较为实用。既保证电源系统可靠供电，又周全考虑各种可能发生的故障情况，增加适用性，优化高低压的电力系统结构，通过PLC自动切换操作，充分提高电源的使用效率。
参考文献：
[1]中国电子工程设计院。GB50174-2008电子信息系统机房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.
[2]中国建筑标准设计研究院。09DX009电子信息系统机房工程设计与安装[M]，北京：中国计划出版社，
论文作者:孔德民
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：变压器论文; 负荷论文; 机房论文; 数据中心论文; 系统论文; 低压论文; 合上论文; 《基层建设》2019年第3期论文;