冷站供配電系統與數據機樓需求的適應性研究

鄭亞軒

摘要：參照供配電及數據中心規范、標準，結合6號供冷站工程實例，具體闡述該項目變配電系統的解決方案，并進行安全性、經濟性及風險分析。

關鍵詞：可靠性;經濟性;數據機樓;供冷站

1.前言

區域供冷憑借其特有的優勢，在國內發達地區及歐美發達國家得到大力推廣，并已獲得廣泛應用。另一方面，隨著大數據、云計算、物聯網等新技術的應用深入，數據中心的建設也在國內從逐步興起到進入快隨發展的階段。無論是區域供冷還是數據中心，在國內都有很多成功的案例，有成熟的供配電方案可以借鑒，但采用區域供冷方式為數據中心提供冷量，在國內尚無先例。區域冷站供配電系統如何在滿足數據中心對供配電可靠性要求的同時，又要兼顧冷站其它用戶的需求，滿足運行經濟性、分期建設等要求，是需要重點研究的內容。

2.項目概況

本項目位于深圳市前海深港合作區第九開發單元06街坊09地塊，為一類高層民用建筑，耐火等級為一級，總建筑面積68265m，地上18層，地下3層。該建筑主要由兩部分功能單元組成，一是作為前灣信息樞紐中心的功能定位，包括運營商及廣電的自用的傳輸交換機房、數據服務外租機房、政企單位數據機房、郵政用房等功能;二是作為前海6號冷站的區域供冷功能，為包括本樓信息樞紐中心及周邊地塊提供冷量。信息樞紐功能房間位于地上各層，地下一層、二層局部為信息樞紐的設備用房，包括柴油發電機房、變配電室、消防水泵房、光纜進線間等。6號冷站位于地下一至三層，其中地下三層為制冷設備用房及自控值班室，地下一層、二層為冷站配套的變配電室、柴油發電機房、UPS室、水泵控制柜室等，冷卻塔設在屋頂層。

前灣信息樞紐中心定位為A級數據中心，一旦供電中斷，會造成重大損失，還會引起嚴重社會混亂，因此供配電系統需按一級負荷中特別重要負荷進行供電，按容錯系統進行配置。設計需要從供電電源、備用電源、設備配置、線路敷設等方面進行設計，以確保供電的可靠性。6號冷站的主要用電負荷分為兩類，即信息樞紐供冷負荷和區域供冷負荷，信息樞紐供冷負荷的供配電措施必須和信息樞紐電子信息設備的供配電措施保持一致，而區域供冷負荷可以按二級負荷進行供電，兩類負荷對供電要求的差異需在系統設計時予以考慮。

3.設計原則

3.1需要滿足國標GB 50174中A級數據中心對供配電系統的設計要求，采用雙重電源供電，變壓器為2N配置，柴油發電機采用N+X（X=1）冗余配置，不間斷電源系統采用一路（N+1）UPS和一路市電直供，并有自動和手動旁路裝置。變配電設備布置在不同的物理隔間內。

3.2需要滿足信息樞紐及區域供冷設備分期建設、分批投入運行的要求，避免出現前期變壓器負載率很低卻需要交納很高的基本電費的情況。

4.供電電源

采用雙重市政電源供電，柴油發電機組作為備用電源。

4.1 正常電源

深圳前海地區為20kV供電，6號冷站總用電裝機容量為15768kW，根據項目性質及南方電網的相關規定，考慮從上級城市220kV區域變電站引來2路相互獨立的20kV專線電源回路，電源引至本樓首層20kV公共開關房。兩路電源同時工作，互為備用，滿足信息樞紐一級及一級中特別重要負荷的市電供電要求，以及供冷站二、三級負荷的供電要求。

雙重電源需確保兩路電源來自不同的220kV區域變電站，以確保電源的可靠性。另外需要和供電部門協調，確保盡可能為專線供電，以便每路電源的供電容量滿足項目的的用電需求，減少其他用戶對供電系統的影響。

4.2備用電源

信息樞紐供冷設備的備用電源采用獨立于正常電源的柴油發電機組，由于供冷設備中10kV負荷占比較大，因此選用4臺10kV柴油發電機組，3+1冗余配置。另設置 3 組 UPS （2+1配置）供信息樞紐供冷設備使用，以保證故障情況下電源切換期間不間斷供冷的要求。

針對安防系統、消防區域報警控制器、電子信息設備機房等對自動恢復供電時間有特殊要求的場所就地設置UPS不間斷電源，UPS持續供電時間大于30min。應急照明采用集中電源并滿足必要的供電時間要求。

5.供電方案

在6號冷站項目設計中，隨著設計深入，項目參與各方的不斷磨合，信息樞紐供冷和區域供冷方案在不斷調整完善，電氣專業供配電系統方案也隨之不斷優化。以下是形成的方案：

20kV中壓配電柜的接線型式為單母線分段型式，兩路電源互為備用。當某路電源失電時，合上聯絡開關，單母線運行，另一路電源保證所有二級以上負荷的運行。平時由兩路20kV市政電源供電，當兩路市政電源均失電后，信息樞紐供冷設備由柴油發電機組供電。考慮到電源轉換期間制冷設備會短暫停機，為保證重要負荷的供電可靠性和連續性，設置持續供電時間為15min的不間斷電源為冷凍水循環水泵、BA控制系統、電動閥門、冷水機組控制屏及油泵加熱裝置等供電，配合蓄冷罐等工藝措施，可保證信息樞紐的不間斷供冷。

方案有20/10kV、10/0.4kV兩種變電方式。信息樞紐供冷設備的供電系統在10kV電壓等級與區域供冷設備的供配電系統完全分開。

下表是將信息樞紐供冷供配電系統與國標GB500174-2017附錄1中A級數據中心技術要求進行了對比。

由上表可以得出方案可以完全滿足A級數據中心的技術要求。

本方案2臺6300kVA的變壓器（1TA、1TB）為信息樞紐供冷設備供電，1臺6300KVA變壓器（2TA）和1臺5000KVA變壓器（2TB）給區域供冷用戶供電。項目一期建設時，安裝1TA、2TA 2臺6300kVA的20kV變壓器，此時信息樞紐供冷供配電系統的第二路電源取自2TA變壓器的10kV側，為此需增加一條由信息樞紐供冷10kV配電柜到區域供冷10kV配電柜的聯絡母線，如圖5-1所示。二期建設時，根據供冷設備的安裝情況，再安裝1TB、2TB兩臺變壓器，此時1TA、1TB和2TA、2TB各自組成變壓器組，分別為信息樞紐供冷和區域供冷設備供電，供配電系統從20kV電壓等級就完全分開。

此方案需增加兩面10KV聯絡柜，總造價約28萬元。但從運行和管理的角度看更加經濟合理，可以做到兼容并蓄，既滿足了信息樞紐供冷和區域供冷對供配電系統的不同要求，又兼顧了分期建設和運行經濟性的要求，系統的可靠性也沒有受到影響。初步測算，此方案一期可少報裝一臺6300KVA變壓器，根據深圳市工商業電價價目表（2019年7月1日執行）每年節約基本電費為0.63*22*12=166萬元。

表5-2? 深圳市工商業電價價目表（從2019年7月1日起執行）

6.結束語

供電方案的確定除了要滿足相應的規范，同時還需要根據冷站的規模、工藝系統要求、當地的供電政策等因素充分考慮變壓器分期，盡量減少過渡階段變壓器報裝容量，進而提高項目的經濟性。