通信機房供電面臨兩大挑戰密集絕緣母線槽方案被看好

中國移動設計院黑龍江分公司 | 崔忠慧

黑龍江省建筑設計研究院 | 楊東

電信運營商機房面臨電纜敷設量過大，協調困難等挑戰，而密集母線槽具有散熱能力強、產品環保、布線靈活等特點，可有效減少電纜的使用量。

目前，一些舊信息網絡綜合樓大都采用集中供電，一般電力機房設置在一層，而信息負載在樓上，電力機房與信息負載距離過大，信息機房直流電纜使用數量巨大。另一方面，還有一些中國移動與中國聯通合用的機房樓，在施工過程中難免要穿過中國聯通機房敷設電纜，如中國移動交換機房在四層，而電力機房在一層，二、三層為中國聯通機房，在工程實施階段需與中國聯通公司協商，每施工一次需協商一次，由于兩家是競爭關系，存在溝通協調困難，影響工程進度。

為避免電纜敷設量過大，協調困難等因素，筆者建議應采用一種一次性的方式將直流電源由電力機房將電能輸送到負載機房側。在機房直流供電系統中采用密集母線槽，是一種能有效減少電纜的使用量的選擇方式，具有散熱能力強、產品環保、布線靈活等特點，在集中供電模式的綜合樓內具有實際應用意義。目前，該解決方案已經越來越多地應用在運營商機房中。

直流供電中的母線槽分類

母線槽常用在高層建筑的交流供電系統中，母線槽是由金屬板（鋼板或鋁鎂合金板）為保護外殼、導電排、絕緣材料及有關附件組成的母線系統。母線槽按絕緣方式可分為空氣式母線槽、密集絕緣母線槽和高強度母線槽三種。

通過分析母線槽在交流系統中的成功應用案例，運營商在直流供電系統中選用密集型絕緣母線槽作為電能的傳輸介質，可以將電能更可靠、安全地輸送到負載側。

密集型絕緣母線槽封閉母線由工廠成套生產，質量有保證，運行維護工作量小，施工安裝簡便。另外，密集型絕緣母線槽外殼采用多點接地，使外殼基本處于等電位接地方式，大為簡化結構，并杜絕人身觸電危險。

一般情況下，直流供電系統由交流屏、整流屏、直流屏組成。采用密集母線槽后，需對常規直流供電系統進行調整：在交換機房安裝一架或兩架大容量直流分屏，直流分屏內設置大回路輸出；在電力機房直流供電系統中安裝一架母聯屏，其功能為專用母線輸出，其柜體內不設置輸出回路；采用密集母線槽將直流分屏與母聯屏連接；交換機房的直流列頭柜取電均引自本機房內的直流分屏。

密集母線槽的成功應用

應用一，密集母線槽方案應用在吉林省長春市七道街綜合樓。七道街綜合樓電力機房設置在綜合樓四層，交換機房設置在綜合樓五層。電力機房與交換機房雖然為臨近樓層，但是該綜合樓建設年代久遠，電力機房為后改造、啟用的機房，樓層間新開樓板孔難度較大，而且樓板孔的大小、數量均不能滿足工程需求。因此，我們采用密集母線槽方案。

圖1 密集母線槽解決了不同運營商機房資源協調問題。

具體而言，我們在綜合樓五層的交換機房安裝兩架直流分屏，該屏設計容量為2000A，采用截面積為2400mm2的密集母線槽，從綜合樓四層的電力機房開關電源上直流屏連接。綜合樓五層交換設備的直流列頭柜取電是在從直流分屏上取電。最后新方案解決上述難題。

應用二，該方案應用在吉林省長春市普陽局。普陽局為中國聯通與中國移動合用機房，中國移動電力機房設置在一層，二層、三層為中國聯通機房，四層為中國移動交換機房。如果采用常規電纜連接方式，在一層與四層機房之間敷設大量電纜，而且每期工程還需與中國聯通進行協商，工程安裝非常麻煩。

因此，中國移動采用也在該機房采用密集母線槽安裝方案。

具體而言，我們在四層交換機房安裝兩架直流分屏，該屏設計容量為2000A，采用截面積為2400mm2的密集母線槽，從一層電力機房開關電源上直流屏連接。四層交換設備的直流列頭柜取電是在從直流分屏上取電。該新方案同樣解決上述工程安裝復雜的難題。

密集母線槽截面設計

通過上述案例，我們可以看到，采用密集母線槽作為直流電源傳輸介質選擇密集母線槽截面積非常重要，這里我們通過全程壓降的分配和電流矩法計算進行說明。

我們以開關電源為2000A系統考慮，蓄電池組為3組2000Ah進行設計。

直流供電系統中，蓄電池組到設備負載全程壓降為3.2V。設計中需關注五方面的壓降。

一是設備自身壓降：直流供電設備壓降≤0.5V，從蓄電池組到負載共經過開關電源、直流分屏、直流列頭柜三種直流設備，壓降為1.5V；

二是蓄電池組與開關電源之間的壓降：一般蓄電池組與開關電源之間的距離較短，15米至20米左右。電池組放電電流按600A設計，適當增加蓄電池組與開關電源之間的電纜數量，可以將蓄電池組與開關電源之間的壓降控制在0.5V以內；

三是直流分屏與直流列頭柜之間的壓降：由于直流分屏與列頭柜在同一樓層，他們之間的電纜長度不會太長，按照均長為20米，列頭柜設計電流按300A設計，可以將直流分屏與直流列頭柜之間的壓降控制在0.5V。

圖3 密集母線槽是一種能有效減少電纜的使用量供電線纜布線方式。

四是列頭柜與負載之間的壓降：由于列頭柜與負載在同一列，距離很短，而且每個單獨交換負載電流很小，此段之間的壓降忽略不計。

五是通過上面的分析，能分配給開關電源與直流分屏之間的壓降為：3.2V-1.5V-0.5V-0.5V=0.7V。

因此，密集母線槽截面積采用電流距法計算得出，計算方法為S=(I×2×L)/ (△U×57)。該公式中，S是電纜截面，I是負載電流，L是電纜長度(單程)，ΔU是電纜壓降（開關電源至直流分屏之間取定為0.7V），57是銅導電系數。

按照上面參數：I=1200A，L=30米，ΔU=0.7V；計算出S=1805mm2，密集母線槽選型為2000mm2。

通過這種方法，無論多大容量的開關電源系統，設計人員只要將全程壓降合理分配，便可計算出密集母線槽的截面積。

密集母線槽監控管理

目前，密集母線槽監控方式有兩種，第一種是整體監控模式，該模式是監控單元在整流模塊側采集數據，并將該數據通過智能接口上傳到監控中心。可將直流屏看做是獨立的配電設備，只需將直流分屏上具有智能接口的電表中數據上傳到監控中心即可。該電表能夠讀出直流分屏上總體電流、電壓值，及每個輸出回路的電流值等參數。

第二種是反饋式監控模式，該模式為監控單元在整流模塊側采集數據A，然后在各直流屏上采集數據B（包括直流分屏），監控單元將數據A與數據B進行比較，如有異常將報警。如果是此種監控方式，由于直流分屏與開關電源系統采用母線連接距離遠，存在直流分屏的監控數據如何傳回開關電源上的監控單元內。這種模式需重新布放直流分屏與監控單元的信號線。將直流分屏內的監控數據反饋到監控單元內，最終由監控單元向監控中心反饋數據。

密集母線槽工程實施

在工程實施中，一般情況下密集母線槽在豎井中敷設。在豎井中敷設時進入電纜豎井處做全封閉處理（包括端口處增加防火封堵措施），密集母線槽外殼做接地處理。運營商工程實施應考慮采購管理、系統優化和可靠性分析。

在采購方面，運營商對于密集母線槽采購應明確具體設備的說明，避免設備到現場后無法安裝的情況發生。一是采購電源設備時，運營商在設備采購前最后能與建設單位明確供貨廠家，便于與廠家直接溝通，使其明白設計意圖，對監控方式如何處理，密集母線如何與開關電源系統連接，連接在什么位置，與直流分屏的關系等。在采購密集母線槽時，運營商首先明確母線槽要符合CECS 170:2004《低壓母線槽選用、安裝及驗收規程》的相關要求，其次明確母線槽相關參數，如母線槽的截面積，參考長度（母線槽實際長度由供貨廠家實地測量后確定）。

在系統優化方面，我們首先在電力機房安裝一整套的直流供電設備，并多安裝一架母聯屏，用來連接密集母線槽。

圖4 密集母線槽在電力系統和負載設備間搭建了安全通道。

密集母線槽在與電源設備連接時，均采用軟連接。軟連接可以采用電纜、也可以采用銅編織帶。由于密集母線槽自身的截面積較大，若采用電纜連接需與之匹配的截面積，那么電纜的根數也很多，而且此連接距離很短（0.5m 1m之間），單根電纜截面積大后，硬度變大，不便于工程實施。

我們建議運營商在實際施工過程中采用銅編織帶軟連接，截面積能滿足要求，便于實施。

工程實施的可靠性分析分四個方面，一是從供電系統設計方面論證。直流整體供電系統均按照規范要求設計，滿足全程壓降的要求，設計容量滿足工程需求及機房未來發展的負荷需求。

二是從接地系統設計方面（含防雷措施）論證。電源設備分別均單獨接地，并匯流到機房內的中接地匯流排，同時密集母線槽的外殼做接地處理，在豎井中布放是每層均須接地。

三是從電源設備的購置方面論證。電源設備的采購，需要廠家按照設計單位提供的供電系統圖和技術要求進行供貨，密集母線的測量，待設備安裝固定好后，母線廠家現場實際測量勘察給出，有效地避免偏差。

與傳統的電纜相比，在大電流輸送時充分體現出它的優越性，即降低了壓降，同時由于采用了新技術、新工藝，大大降低的母線槽兩端部連接處及分線口插接處的接觸電阻和溫升，并在母線槽中使用了高質量的絕緣材料，從而提高了母線槽的安全可靠性，使整個系統更加完善。

四是從電源維護方面論證。采用密集母線槽后，豎井中無電纜布放，只有一條密集槽，簡介、美觀、便于維護。密集母線槽很好地解決電磁干擾，杜絕了電力電纜集束安裝的發熱問題，采用密集母線槽可以更加有效地利用上線井面積，綜合比較可節省上線井面積50%以上，尤其是上線井的縱向空間，走線架空間利用率低，密集母線槽空間利用率高，同時節省大量電力電纜和走線架的布放；還有耐壓等級更高，機械性能、防火性能更優異，提高供電系統安全可靠性及減少維護人員工作量。

工程實施需注重硬連接環節

在實際工程中，密集母線槽的連接方式均為硬連接。在開關電源側密集母線槽直接與開關電源的主母線連接；在直流分屏側密集母線槽與分屏內的主母線連接。硬連接這種方式，主存在三方面需注意的問題。

一是硬連接對設備安裝精確，必須等電源設備均按照完畢后，密集母線槽才可以勘察設計、施工，整個施工周期變長。

二是硬連接不利于增強設備抗震要求。蓄電池組安裝都應嚴格執行《電信設備安裝抗震設計規范》（YD5059-2005）的要求（蓄電池組安裝應采用符合抗震要求的鋼架，層與層之間或架與架之間的電池要求采用軟連接，其他蓄電池單體之間的連接也應采用軟連接）。類推之，密集母線與設備的連接理應采用軟連接較好。

三是工程割接時，系統難以拆分。電源工程特點是割接較多，采用硬連接不便于工程實施。