高壓冷凍水機組和低壓變頻冷凍水機組供電方案的比較

丁 晨

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司,南京 210000）

本數據中心為一棟獨立的數據中心樓，一期空調方案設計初步確定采用3臺制冷量為1100kW和1臺600kW的冷凍水機組，根據各主流廠家的技術參數，1100kW冷量的機組既可以采用10kV供電也可以采用0.4kV供電，高低壓供電方式對機組沒有影響，機組尺寸也相同，不同的是10kV冷凍水機組現階段變頻技術不成熟，國內基本沒有應用，只能采用定頻機組；而低壓冷凍水機組可以采用變頻技術，且技術成熟，應用也比較廣泛，對于本數據中心投入初期及過渡期負荷達不到設計負荷的工況下，采用變頻機組可以做到更加有效的節能。

現就上述兩種空調配置方案給出對應的供電方案，并做相應的比較分析。

1 高壓冷凍水機組供電方案

根據供電設計方案，考慮由四段10kV母線每段饋出1路10kV出線供給4臺10kV機組，即10kV開閉所設置4臺10kV中置柜，負一層冷凍水機組旁的配電室增設4臺就地無功補償柜和4臺啟動柜，電機啟動方式可采用電抗器，自耦降壓或軟啟動方式，采用電纜饋線方式。主接線見下圖1。

圖1所示的供電方案主要有以下問題：（1）當前一些廠家在600kW制冷量機組的配置上，并沒有相應的10kV電機配置。因此，決定了該供電方案只能滿足于低壓供電方式；（2）從圖1可以看出，該供電方案由于功率較大、設備較多，而且線路復雜、連接點多。因此，在實際的供電過程中，必然存在著能耗較高和維護困難的問題。

2 低壓變頻冷凍水機組供電方案

10kV開閉所兩段10kV母線上各饋出一路10kV回路引至冷凍水機組旁變配電間，變配電間需增設10kV環網柜2臺，變壓器2臺（2500kVA），低壓總柜和母聯共3臺，無功補償柜2臺，低壓饋線柜4臺。另考慮冷凍水機組均采用機載變頻，要求機載變頻需內部帶低壓旁路開關，變頻器故障時，可切換至旁路開關啟動冷凍水機組。圖2為采用低壓變頻冷凍水機組方案的主接線。

圖2所示的供電方案主要有以下問題：（1）該方案相比圖1來說，問題主要在于變壓器的負荷上。眾所周知，變壓器的負荷對于空調系統來說十分重要。從圖2中可以看出，該方案負一樓變壓器的負荷分配不恰當，從某種意義上說，甚至有一些多余。因為對于負一樓的空調設備來說，想要實現節能減排，就要盡可能統一考慮各個設備的供電負荷。筆者建議，在圖2所示供電方案的基礎之上，可以將冷凍水機組自身負荷與包括水泵、冷卻塔在內的空調系統設備進行統籌兼顧。只需要安排一套變壓器設備對其進行供電即可；（2）由于增加了一套變壓器設備，所以整個空調系統的能耗必然會有很大的增加。不符合節能減排和經濟節約的要求。

圖1

圖2

根據上述比較分析及主流廠家詢價，高壓機組價格和低壓變頻機組價格相當，需綜合比較高壓無功補償及啟動柜與低壓機組的變配電系統的初始投資。采用低壓變頻機組的初始投資若大于高壓機組，需考慮在一期初期及過渡期負荷較少的工況下，若采用變頻機組節省的電費在幾年內能收回前期的投資，這是目前我們需著重關注的問題。

3 對高壓定頻和低壓變頻機的比較

某廠家對1100RT高低壓定頻和變頻的比較，看下面的數據：

從以上數據圖可以看出：（1）變頻機組的COP要明顯高于定頻機組；（2）當變頻機組的負載為50%時，其COP要大于12；當變頻機組的負載為80%時，其COP與定頻機組基本相同；（3）兩種機組各具優勢。如果負載小于50%，那么采用變頻機組要比采用定頻機組更具優勢；相反，如果負載大于50%，則采用定頻機組更為合適；（4）相比定頻機組，如果想要取得更好的工作效率，那么采用變頻機組時，其機組的負載不能大于60%。如果每一臺變頻機組的負載都小于60%，那么想要達到空調系統的效果，就必須增加變頻機組的數量。這樣算來，多臺變頻機組的能耗可能還要比定頻機組的能耗更大。

4 對低壓變頻機組的系統中還需要考慮以下的不利因數

（1）變頻器諧波的危害，變頻器諧波降低電力設備使用壽命；變頻器諧波影響各電器元件正常工作；另外加上諧波對電網的干擾，因此電力部門需要增加諧波抑制設備。一方面，增加諧波抑制設備，無疑會提高整個空調系統的造價。另一方面，諧波抑制設備自身也需要供電支持，同樣會增加整個系統的能耗。

（2）變頻器是一個電子的設備，故障率高于定頻機，增加后期的維護成本。雖然變頻器的相關技術已經較為成熟，但是相比定頻機來說，還是存在著一些不穩定性。

（3）當滿載負載時，變頻比定頻耗能。機組全速運轉的耗能+變頻器自身的耗能，通常情況下，都會大于采用定頻機的耗能。

（4）需要增加變壓器，需要增大電纜的線徑。

（5）需要考慮到變頻器的耗能、變壓器的損耗的耗能，這兩者的耗能應在十～幾十千瓦，多臺機組一年的耗電也是相當可觀的。

5 結束語

總而言之，無論是哪種供電方案，都有其自身的優勢與不足。因此，在實際的空調方案設計中，要做到具體問題具體分析，不拘泥于書面理論。結合空調系統自身的特點，選擇既安全、高效，又經濟、節能的冷凍水機組供電方案。與此同時，要深入分析高壓冷凍水機組和低壓變頻冷凍機組各自的適應條件。因為無論哪種供電方案，最終目的都是在滿足空調系統運行需求的基礎之上，做到最大限度的節能環保。希望通過本文的分析，能夠更好地促進數據中心空調系統設計水平的提升，為建設經濟節約型、環境友好型數據中心作出貢獻。