核心通信機(jī)房電源系統(tǒng)的優(yōu)化

李俊峰，劉 斌，劉 峰，楊志明

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引言

目前，一些通信運(yùn)營商核心機(jī)房的電源系統(tǒng)，因運(yùn)營時間長，機(jī)房后期建設(shè)缺少整體規(guī)劃，無序擴(kuò)容，疏于管理，導(dǎo)致一部分機(jī)房的電源系統(tǒng)存在一些安全隱患、資源浪費(fèi)和電能分配不合理等問題。對于存在的問題有針對性的優(yōu)化調(diào)整，使機(jī)房供電系統(tǒng)優(yōu)化到安全的工作狀態(tài)。

1 項(xiàng)目現(xiàn)狀

1.1 機(jī)房用電現(xiàn)狀

此核心機(jī)房設(shè)置有兩個機(jī)房，配置一套高低壓系統(tǒng)，引入兩路市電，一路主用市電引電容量1880kVA，配置2臺變壓器，一臺1250kVA的變壓器供2#樓機(jī)房使用，另一臺630kVA的變壓器供1#樓機(jī)房使用；另一路備用市電引電容量1250kVA，配置一臺1250kVA變壓器。

1#樓機(jī)房日常用電負(fù)荷271kW、變壓器帶載率54%，最大用電功率390kW（含電池充電）、變壓器帶載率78%。

2#樓機(jī)房日常用電負(fù)荷787kW、變壓器帶載率79%，最大用電負(fù)荷1169kW（含電池充電）、變壓器帶載率117%。

1.2 機(jī)房交直流電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.2.1 1#樓機(jī)房電源

目前1#樓機(jī)房有3套開關(guān)電源和2套UPS電源，其中1#開關(guān)電源帶載率40%，2#開關(guān)電源帶載率10%，3#開關(guān)電源帶載率22%；1#UPS電源帶載率50%，2#UPS電源帶載率10%。

1.2.2 2#樓機(jī)房電源

目前2#樓機(jī)房有5套開關(guān)電源和6套UPS，其中1#開關(guān)電源帶載率20%，2#開關(guān)電源帶載率80%，3#開關(guān)電源帶載率68%，4#開關(guān)電源帶載率80%，5#開關(guān)電源帶載率80%；一樓電力室UPS帶載率64%，一樓A區(qū)機(jī)房UPS帶載率48%，二樓B區(qū)機(jī)房UPS臺帶載率74%，二樓A區(qū)機(jī)房320kVA的UPS臺帶載率54%，二樓A區(qū)機(jī)房80kVA的UPS臺帶載率68%，二樓C區(qū)機(jī)房UPS臺帶載率60%。

2 現(xiàn)狀分析

1#樓機(jī)房不作為日后業(yè)務(wù)的承載機(jī)房，不會有新增設(shè)備；根據(jù)2#樓機(jī)房空余機(jī)位，測算2#樓機(jī)房的發(fā)展負(fù)載和空調(diào)負(fù)載，以確定機(jī)房終期負(fù)荷再進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

兩個變壓器之間負(fù)載的調(diào)整，不僅要考慮平時負(fù)載的調(diào)整，還應(yīng)優(yōu)化短時最大負(fù)載，使之達(dá)到變壓器安全合理帶載的范圍內(nèi)。

考慮供電系統(tǒng)諧波對用電設(shè)備和變壓器的影響，需要對低壓供電系統(tǒng)的諧波含量進(jìn)行測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)確定諧波治理方案。

3 諧波治理

3.1 諧波測試數(shù)據(jù)

采用電能質(zhì)量分析儀對兩臺變壓器低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行測試，只有1250kVA變壓器的Ⅰ段母線（只供320kVA工頻UPS電源）諧波含量超出正常范圍。1250kVA變壓器的Ⅰ段母線電壓諧波含量3.2%，在允許值范圍之內(nèi)，詳見下表：

表1 1250kVA變壓器I段母線電壓諧波測試數(shù)據(jù)

圖1 1250kVA變壓器I段母線電壓諧波測試截圖

1250kVA變壓器的Ⅰ段母線（320kVA的UPS電源）的電流諧波含量55.8%，大幅超出允許值，需要進(jìn)行治理。詳見下表：

表2 1250kVA變壓器I段母線電流諧波測試數(shù)據(jù)

圖2 1250kVA變壓器I段母線電流諧波測試截圖

3.2 濾波器的配置

本次采用有源電力濾波器對諧波進(jìn)行治理。有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進(jìn)行快速跟蹤補(bǔ)償。可以通過采樣負(fù)載電流并進(jìn)行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應(yīng)，抵銷負(fù)載中相應(yīng)電流，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功和不平衡。

通過電能質(zhì)量分析儀測得1250kVA變壓器I段母線諧波電流為172A，考慮這段母線后期發(fā)展負(fù)荷，配置1臺200A通信用低壓并聯(lián)型有源電力濾波器，治理方式為三相四線制。

3.3 達(dá)到的預(yù)期效果

下表為采用有源濾波器后所達(dá)到的理論效果，也是各廠家的承諾效果，實(shí)際情況還需在設(shè)備安裝調(diào)試完成后，再進(jìn)行測試。

表3 使用有源濾波器達(dá)到的預(yù)期效果

4 機(jī)房電源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

4.1 機(jī)房發(fā)展情況

4.1.1 機(jī)房后期增加設(shè)備負(fù)載情況

1#樓機(jī)房日后不再新增設(shè)備，2#樓機(jī)房還可裝機(jī)24臺機(jī)柜，每臺負(fù)功耗設(shè)備按照2kW計算，則機(jī)房新增負(fù)載48kW，考慮新增設(shè)備的空調(diào)需求，則機(jī)房需新增空調(diào)能負(fù)荷20kW，2#樓機(jī)房日后共新增用電負(fù)荷68kW，經(jīng)核算目前2#樓機(jī)房交直流電源系統(tǒng)可以滿足這部分新增負(fù)荷。

4.1.2 機(jī)房后期用電狀況

考慮本次測量時空調(diào)未全部投入運(yùn)行，按照測量值的20%功耗估列未運(yùn)行空調(diào)的負(fù)載，則1#、2#樓機(jī)房后期變壓器帶載情況如下表：

表4 機(jī)房后期變壓器帶載狀況統(tǒng)計表

4.2 機(jī)房用電分析

通過與變壓器廠家了解變壓器過載情況參數(shù)如下：干式變壓器允許短時過載，短時最大負(fù)載達(dá)到干式變壓器滿載的110%，允許持續(xù)30分鐘；短時最大負(fù)載達(dá)到干式變壓器滿載的115%，允許持續(xù)20分鐘，短時最大負(fù)載達(dá)到干式變壓器滿載的120%，允許持續(xù)10分鐘。

從上表可以看出1250kVA變壓器帶載率過高，短時最大負(fù)載是額定值的128%，存在重大安全隱患。630kVA變壓器帶載率不大，可將1250kVA變壓器所帶部分負(fù)載調(diào)配至630kVA的變壓器上，可解決1250kVA變壓器平時負(fù)載帶載過高問題，但無法解決630kVA變壓器短時最大負(fù)載過載問題。

4.3 機(jī)房用電優(yōu)化方案

4.3.1 負(fù)載調(diào)整

將1250kVA變壓器上的1#、3#和4#共計3套開關(guān)電源割接至630kVA變壓器上，割接過去的平時負(fù)載為95.29kW，還有10組共計14000AH蓄電池組的充電功率（69.69kW）。

4.3.2 降低蓄電池的充電功率

開關(guān)電源的均充電流可設(shè)置為0.06C10，目前開關(guān)電源均充電流設(shè)置為0.15C10，因此可將開關(guān)電源均充電流設(shè)置成0.08C10，只是使充電時間延長，對電源使用和蓄電池壽命沒有影響。因此2#樓機(jī)房電池充電功率減少109.51kW，1#樓機(jī)房電池充電功率減少39.82kW。

4.3.3 1#樓機(jī)房電源優(yōu)化

1#樓機(jī)房目前有3套開關(guān)電源，其中有2套電源帶載率不計25%，將這兩套電源合二為一，將負(fù)載割接到1套電源上，關(guān)停1套電源，2組1000AH電池利舊他處，因此減少電池充電功率8.71kW。

1#樓機(jī)房目前有2套120kVA的UPS電源，1套帶載60%，1套帶載10%，將這兩套UPS電源合二為一，將帶載低的UPS割接到帶載高的UPS上，關(guān)停帶載低的UPS電源，因此減少電池充電功率26kW。

4.4 調(diào)整結(jié)果

通過以上機(jī)房負(fù)載優(yōu)化調(diào)整，兩臺變壓器平時負(fù)載都在合理范圍之內(nèi)，1250kVA變壓器短時最大負(fù)載達(dá)到額定值的100.05%，過載0.47kW，考慮變壓器此時溫升的影響，建議臨時關(guān)閉1臺小容量空調(diào)即可，或是調(diào)小UPS電源的電池充電功率。

表5 機(jī)房電力優(yōu)化調(diào)整結(jié)果

4 移走負(fù)載（kW）95.29 95.295移走電池充電功率（kW）69.69 34.716 移入負(fù)載（kW）95.29 95.297移入電池充電功率（kW）69.698 優(yōu)化調(diào)整后（kW）797.27 1000.47 378.85 493.219 帶載率 79.73% 100.05% 75.77% 98.64%

5 結(jié)束語

現(xiàn)在通信運(yùn)營商有些機(jī)房電源系統(tǒng)存在負(fù)荷分配不均、諧波污染、配置不合理、供電質(zhì)量不高等情況，怎樣解決這些問題才能是電源系統(tǒng)更可靠、效率最大化，這是要多方面均衡考慮、長遠(yuǎn)打算、對癥實(shí)治。通過儀器儀表對優(yōu)化方案實(shí)施前、后進(jìn)行對比測試，已驗(yàn)證優(yōu)化方案合理性。若測試結(jié)果跟預(yù)期有較大偏差，根據(jù)具體問題對優(yōu)化方案進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，已達(dá)到滿意效果。