大型企業(yè)通信機(jī)房電源設(shè)計(jì)

侯 偉 王 敏 孫亞寧

摘要:在一個(gè)企業(yè),尤其是在大型的企業(yè)中,信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行是企業(yè)穩(wěn)定、高效運(yùn)作的必不可少的條件之一。而為了保證信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,電力——作為所有系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施也應(yīng)該適應(yīng)通信系統(tǒng)的特殊需求而進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)。本文嘗試從系統(tǒng)的需求的角度上簡(jiǎn)單分析大型企業(yè)信息化機(jī)房所需的電源設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞:穩(wěn)定;高效;基礎(chǔ)設(shè)施;系統(tǒng)的需求;電源設(shè)計(jì)

1 概述

電源系統(tǒng),作為通信機(jī)房的基礎(chǔ)保障設(shè)備,電源系統(tǒng)在整個(gè)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通信系統(tǒng)的供電系統(tǒng)應(yīng)包括市電供電系統(tǒng)、UPS電源供電系統(tǒng)、應(yīng)急供電系統(tǒng)和接地四大部分構(gòu)成。如何將這四大部分有效地連接為一個(gè)整體,為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電力環(huán)境是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都需要面對(duì)的問題。

2 系統(tǒng)建設(shè)位置選擇

電源系統(tǒng)一般由于其線纜長(zhǎng)度會(huì)影響系統(tǒng)整體的成本以及電力的損失,因此一般其建設(shè)位置不會(huì)距離上級(jí)低壓配電系統(tǒng)太遠(yuǎn)。出于對(duì)一般電力設(shè)備的自重,尤其是UPS電池組重量較大的考慮,系統(tǒng)應(yīng)放置在一樓或者地下室為宜。系統(tǒng)的房間應(yīng)保持清潔,盡量選擇防塵性較好的房間,有條件的可在房間內(nèi)加裝新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)以維持一個(gè)良好的工作環(huán)境。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)是每一個(gè)電力系統(tǒng)中必不可少的子系統(tǒng)之一,其重要性是不言而喻的。就現(xiàn)在筆者的接觸而言,一般使用的接地方法有聯(lián)合接地和單獨(dú)接地兩種。所謂的聯(lián)合接地是指的直流地、交流地和保護(hù)地使用同一個(gè)接地銅排進(jìn)行接地;單獨(dú)接地是直流地、保護(hù)地和交流地以及其他有特殊要求的設(shè)備使用不同的接地系統(tǒng)進(jìn)行接地。從效果來看,單獨(dú)接地的效果明顯優(yōu)于聯(lián)合接地的效果。但是,在工程成本上來看,聯(lián)合接地的成本遠(yuǎn)小于單獨(dú)接地的成本。

一般來說,在建設(shè)核心機(jī)房時(shí)都是使用的單獨(dú)接地。單獨(dú)接地中有一點(diǎn)要注意的是特殊設(shè)備或核心設(shè)備電源的單獨(dú)接地。這一點(diǎn)在雷電多發(fā)區(qū)尤為重要,在2007年山東省中部經(jīng)歷過一場(chǎng)較大的雷雨性天氣,在這一段時(shí)間過去后,朗訊——程控交換機(jī)生產(chǎn)供應(yīng)及服務(wù)商——曾一度要求將其所有程控交換設(shè)備的接地改為獨(dú)立接地。原因就在于其設(shè)備在與其他設(shè)備共地時(shí)受到影響,引發(fā)了交換機(jī)的故障。在制作接地系統(tǒng)的過程中,應(yīng)注意根據(jù)接地系統(tǒng)所處區(qū)域的地形以及土地狀況選擇接地所需的材料和制作方法。傳統(tǒng)方法制作的接地棒適合于周圍土壤狀況較好的環(huán)境狀況,在周邊地形及土壤狀況較復(fù)雜的情況下,傳統(tǒng)接地效果并不是很好,而且使用時(shí)間越長(zhǎng),其效果由于使用鐵棒表面被氧化的緣故變得越差。針對(duì)這種狀況,現(xiàn)在有一種新型的粒子接地棒可以有效的解決這一問題。這種接地棒在埋入地下后本身會(huì)向周圍的土壤中擴(kuò)散導(dǎo)電的粒子,因此,隨著其使用時(shí)間的增加,其接地效果是越來越好的。只是這種接地棒成本較傳統(tǒng)接地極較高,如果不是周圍接地環(huán)境很差的情況下或在工程成本被控制很低的狀況下,一般不使用這種接地極。

3.2 市電供電

通信機(jī)房的市電供應(yīng)最好是雙路市電通過ATS或STS等自動(dòng)切換裝置組成互為熱備的市電系統(tǒng)。這里提到的雙路市電不應(yīng)當(dāng)是來自同一個(gè)變壓器或低壓配電室的市電,應(yīng)當(dāng)是來自不同干路,最好是兩個(gè)完全無關(guān)聯(lián)電力干線的市電。這兩路電力干線的關(guān)聯(lián)性越小,機(jī)房在范圍性停電事故中所受到的影響也就越小。選擇的市電應(yīng)當(dāng)是較為穩(wěn)定的電源,機(jī)房中大部分使用市電的設(shè)備一般能夠承受的電壓波動(dòng)范圍為380V±10%左右。應(yīng)當(dāng)接入市電的設(shè)備應(yīng)包括UPS設(shè)備、機(jī)房空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)房照明系統(tǒng)、各類維護(hù)用插座(排)及其他非核心類設(shè)備。這類設(shè)備一般功耗較大,因此,在敷設(shè)電纜時(shí)應(yīng)選用質(zhì)量較好的電力電纜,且由于這類電纜一般是一次性敷設(shè)到位,因此,在選擇電纜規(guī)格時(shí)應(yīng)適當(dāng)為未來擴(kuò)容負(fù)荷做出考慮。電力電纜敷設(shè)入機(jī)房時(shí),如配電設(shè)備在通信類設(shè)備附近時(shí),應(yīng)有一定防護(hù)措施,有條件的應(yīng)在電纜外包裹屏蔽層,以減少其對(duì)設(shè)備的干擾。市電接入ATS或其他自動(dòng)切換裝置后最好加裝進(jìn)電的監(jiān)控單元,避免市電缺相、斷相、相位不平衡等其他非斷電類因素給機(jī)房設(shè)備帶來不必要的損失。當(dāng)某一路市電不穩(wěn)定時(shí),應(yīng)將自動(dòng)切換功能關(guān)掉,改為手動(dòng)控制電源切換,以避免設(shè)備頻繁進(jìn)行電源切換引發(fā)機(jī)房供電不穩(wěn)和設(shè)備機(jī)械故障。

3.3 UPS供電

UPS電源即不間斷電源,它的作用就是在外來電源(一般為市電)被切斷時(shí),保障其接入設(shè)備使用其儲(chǔ)存電力繼續(xù)進(jìn)行工作。現(xiàn)在的UPS除了保障應(yīng)急供電外,也負(fù)擔(dān)了一部分市電逆變整流的功能,使得其接入設(shè)備得到更加穩(wěn)定的電力供應(yīng)。在為機(jī)房選擇UPS時(shí),一要注意選擇的UPS的容量,二要注意選擇UPS主機(jī)的入網(wǎng)方式。UPS的容量決定了它為機(jī)房持續(xù)供電的能力,一般其容量越大供電持續(xù)能力越強(qiáng),但出于對(duì)成本、電池占地以及功耗幾方面的考慮,UPS的容量并不是越大就越好。過度輕載運(yùn)行雖有利于降低逆變器的損壞概率,但可能造成市電停電時(shí),電池放電電流過小而放電時(shí)間偏長(zhǎng),在電池保護(hù)裝置故障時(shí),電池組被深度放電,而遭永久性損壞。UPS容量不宜過小,使其長(zhǎng)期處于重載運(yùn)行狀態(tài)。這樣雖可節(jié)省一部分投資,但由于逆變器處于重載運(yùn)行,其輸出波形將發(fā)生畸變,輸出電壓幅值抖動(dòng)過大。這樣既不能為負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電源,還極易造成UPS逆變器的本級(jí)驅(qū)動(dòng)元件損壞,即使從經(jīng)濟(jì)角度講也是得不償失。根據(jù)目前一些UPS廠家推薦,UPS負(fù)載量不宜長(zhǎng)期超過其額定容量的80%。UPS接入供電系統(tǒng)的方式對(duì)接入的設(shè)備有著直接的影響。UPS除了保證電力的供應(yīng)能力之外,對(duì)精密設(shè)備來說也有著電流穩(wěn)壓、整流的功能,一次,在對(duì)UPS進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際的機(jī)房設(shè)備狀況來進(jìn)行。一般來說,電網(wǎng)中經(jīng)常存在差模噪擾和共模噪擾,這些噪擾對(duì)計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行存在著不同程度干擾。另外,零線電位的偏移也會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行造成影響。所以在考慮UPS供電方案時(shí)應(yīng)采取措施把這些影響減少到最小。傳統(tǒng)的UPS通過內(nèi)部的工頻輸入及輸出變壓器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載和電網(wǎng)間的電隔離和電壓匹配,抑制來自電網(wǎng)的共模及差模噪擾電壓,使其不致耦會(huì)到計(jì)算機(jī)電源。此類UPS的輸出零點(diǎn)是取自隔離變壓器次級(jí)Y型繞組的中性點(diǎn)。為保證輸出零點(diǎn)電壓不偏移,應(yīng)從通信機(jī)房的交流工作接地排上單獨(dú)引線至該輸出點(diǎn)。為了解決通信機(jī)房面積窄小及樓板荷載能力不足問題,近年來,出現(xiàn)了采用高頻鏈結(jié)構(gòu)的不含輸出隔離變壓器的UPS。由于采用了高頻變壓器代替工頻變壓器,其體積重量明顯減小,但因?yàn)槠漭敵鲋苯油ㄟ^變換元件輸出,一定程度上存在直流高壓過人負(fù)載的危險(xiǎn),而且在三相負(fù)載不平衡情況下,還存在電壓零點(diǎn)偏移問題。中性線與地線間的電壓可達(dá)十幾伏甚至更高,大大超出一些計(jì)算機(jī)廠家的要求。所以對(duì)于大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等比較重要的負(fù)載,應(yīng)盡量采用帶工頻隔離變壓器的UPS系統(tǒng)。擺放UPS系統(tǒng)的地方最好有一個(gè)較大的空間,使得UPS主機(jī)、電池柜(架)、配電機(jī)柜及墻面之間保持一定距離,使得系統(tǒng)能夠得到良好的散熱空間并保證設(shè)備在維護(hù)時(shí)人員的作業(yè)空間。UPS主機(jī)應(yīng)當(dāng)維持清潔,避免灰塵進(jìn)入主機(jī)內(nèi)部和附著于散熱風(fēng)扇出氣口處。

3.4 應(yīng)急供電

這里提到的應(yīng)急供電系統(tǒng)并不是指的UPS類的不間斷電源系統(tǒng),而是指的具有獨(dú)立發(fā)電能力的供電系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通常狀況下并不會(huì)被使用到,但是遇到自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)或其他原因造成的供電長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無法回復(fù)的狀態(tài)時(shí),卻是系統(tǒng)最后的保障,一般常用的設(shè)備為柴(汽)油發(fā)電機(jī)。由于其在應(yīng)用上的特殊性,因此,這一系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)放置于安全性高的地方,并且定期維護(hù)。由于其工作時(shí)有大量廢氣排出,所以,應(yīng)為其選擇通風(fēng)性較好的工作場(chǎng)地。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)是真?zhèn)€通信系統(tǒng)的心臟,是為整個(gè)通信系統(tǒng)提供動(dòng)力支持的關(guān)鍵所在。通信機(jī)房一般來說都有在建設(shè)好一段時(shí)間后就有設(shè)備擴(kuò)容的需求這一客觀規(guī)律存在,因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要在考慮現(xiàn)有設(shè)備及客觀環(huán)境的情況下,兼顧未來發(fā)展的需求。為整個(gè)信息機(jī)房的負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定、有效的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]《UPS應(yīng)用技術(shù)》,曹保國(guó)主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2007.1.1.

作者簡(jiǎn)介:侯偉,男,26,萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部電訊車間

王敏,女,29,萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部電訊車間

孫亞寧,男,26,萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部電訊車間