电信生产楼电源四期扩容后系统风险案例分析

摘要：某通讯运营商通信生产楼电源系统经历三次扩容，实际使用负荷为58%，由于省级集中的电信业务发展需求旺盛，启动四期扩容工程。该文对已制定的四期初步扩容方案进行详细评估，确定按初步方案建成后电源系统使用风险较大，就此进行分析、论证和评审，揭示系统风险所在，实现风险控制。

关键词：电源系统；风险；评估；管控

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）05-1115-04

某运营商新技术生产楼（以下简称：新大楼）按计划将对现有大楼电源系统进行四期扩容工程。

1 电源系统现状分析

新大楼电源系统已分别进行二、三期扩容。现有两路10KV高压市电输入、一套高压配电系统、两套低压配电系统配置电力变压器为1250KVA干式电力变压器、四台728KW/910KVA柴油发电机组，和三套3*200KVAUPS电源系统，具体配置和现有容量分析详见下表：

1.1 低压配电系统现状

[序号＼&系统名称＼&额定容量＼&实际负荷＼&季节负荷＼&夏季最大负荷＼&1＼&低配系统一＼&1250KVA＼&528KVA＼&66KVA＼&730KVA＼&2＼&低配系统二＼&1250KVA＼&601KVA＼&＼&757KVA＼&＼&小计＼&2500KVA＼&1129KVA＼&66KVA＼&1487KVA＼&]

其中：低配系统一还要加66KVA的季节性负荷（即：办公层中央空调负荷），经统计夏季最大负荷已使用到低配系统额定负荷的59.5%。

1.2 UPS电源系统现状

[序号＼&系统名称＼&额定容量＼&平均相电流＼&实际负荷＼&故障负荷＼&引用市电＼&1＼&UPS系统一＼&3*200KVA＼&355A＼&234KVA＼&336 KVA＼&低配系统2＼&2＼&UPS系统二＼&3*200KVA＼&309A＼&204KVA＼&321 KVA＼&低配系统1＼&3＼&UPS系统三＼&3*200KVA＼&200A＼&132KVA＼&249 KVA＼&低配系统1＼&＼&小计＼&9*200KVA＼&＼&570KVA＼&＼&＼&]

由于新大楼三套UPS电源系统已于2008年改造为双系统互为备用供电，即允许一套UPS电源系统出现故障时，另外两套UPS电源系统能平稳过渡和承担瘫痪系统的负荷，因此，三套系统的额定容量应为2*3*200*0.7=840KVA，目前已使用570KVA。

1.3 柴油发电机组系统现状

[序号＼&系统名称＼&额定容量＼&平均相电流＼&实际负荷＼&备注＼&1＼&油机组1、2＼&910KVA＼&850A＼&561KVA＼&位于负一层＼&2＼&油机组3＼&910KVA＼&570A＼&376KVA＼&院内集装箱式＼&3＼&油机组4＼&910KVA＼&230A＼&152KVA＼&院内集装箱式＼&＼&小计＼&3*910KVA＼&1650A＼&1089KVA＼&＼&]

负一层两组柴油发电机组由于机房进排气口等限制，两台只能是一组使用、一组备用状态，且达不到满载功率，只能使用到：910KVA*0.8=728KVA。

通过以上分析可知，油机电负荷实际值为1089KVA，低配系统总负荷为1129KVA，只有40KVA的一般负荷（非油机组供电）。

2 新技术生产楼业务需求

省级业务与信息平台（系统）的新建和扩容需求旺盛，本期启用六楼IT机房，使用面积250m2。预测机房负荷最终需要约400KVA的UPS电源，和150KVA的机房专业空调负荷，加上近期其余机房空调扩容容量75KVA，合计需新增400+150+75=625KVA的低压配电负荷和油机电负荷。

3 本期工程初步建设方案

为满足以上新增负荷的需求，机房面积又许可的情况下，拟定了新大楼四期扩容工程的初步建设方案，具体主要设备配置如下：

[序号＼&设备名称＼&规格容量配置＼&单位＼&数量＼&备注＼&1＼&集装箱式柴油发电机组＼&400KW/500KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS电源＼&2*160KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄电池组＼&3＼&ATS自动转换控制柜＼&380V/800A＼&台＼&1＼&＼&4＼&交流输入柜＼&380V/400A＼&台＼&2＼&＼&5＼&UPS电源并机与配电柜＼&380V/400A＼&台＼&2＼&＼&6＼&机房专用空调＼&70KW＼&台＼&7＼&＼&7＼&空调电源配电屏＼&380V/400A＼&台＼&1＼&＼&]

其中现有三套UPS电源系统还可提供200KVA的UPS电源，上表配置的系统容量为224KVA，因此能满足预测机房负荷最终约400KVA的UPS电源需求，机房专用空调的配置也能满足要求，其中总制冷量为6*70 KW =420KW。

4 初步建设方案风险分析

根据现状和四期扩容方案，编制了“生产楼电源系统容量分析（预测模型1）”（详见附表1），预测模型按满足省级业务和信息系统建设需求和配套空调环境的需求测算。

模型提示系统将有如下风险：

1）两套低压配电系统终期最大负荷已达电力变压器额定容量的90%以上；

2）在终期故障时最大负荷、即允许任一套UPS电源系统故障时，电力变压器即告过载且过载较大；

3）地下室油机组1、2的终期运行负荷已达油机组的83%；在终期最大负荷时，地下室油机组即告过载且过载较大。

风险分析：

新大楼现有干式电力变压器可短暂性过载，其过载运行能力如下：

[干式变压器＼&过载量＼&20%＼&30%＼&40%＼&50%＼&60%＼&持续时间＼&

另外地下室油机组1、2的现有负载率过高，终期最大负荷运行时即告过载将使低配系统2失去油机保障，造成严重的安全隐患。

因为预测模型一中提出的建设方案超出了大楼低配系统所能承担的最大负荷能力，所带来的系统运行风险将是难以估量，假设发生终期故障最大负荷情况，极有可能出现油机过载、变压器开关跳闸或烧毁等无法挽回的后果。所以本预测模型无实际可行性。

5 调整后建设方案

根据以上风险的分析和揭示，修订的建设方案如下：

[序号＼&设备名称＼&规格容量配置＼&单位＼&数量＼&备注＼&1＼&集装箱式柴油发电机组＼&480KW/600KVA＼&套＼&1＼&＼&2＼&UPS电源＼&2*120KVA＼&套＼&2＼&含400AH蓄电池组＼&3＼&双电源自动转换柜＼&380V/630A＼&台＼&1＼&＼&4＼&交流输入柜＼&380V/400A＼&台＼&2＼&＼&5＼&UPS电源并机与配电柜＼&380V/400A＼&台＼&2＼&＼&6＼&机房专用空调＼&70KW＼&台＼&7＼&＼&7＼&空调电源配电屏＼&380V/400A＼&台＼&1＼&＼&]

修正后的建设方案减小了新增UPS电源的容量，加大了集装箱式柴油发电机组的容量，将大楼供电方案和专用空调配电方案做了一些调整，编制了 “生产楼电源系统容量分析（预测模型2）”（详见附表2），预测模型2减少了对省级业务和信息系统建设需求的电源提供能力，其新增UPS电源可用容量变为168KVA，现有三套UPS系统提供能力降低为164KVA，合计最大容量为332KVA。另外调整了不同油机组所带空调负荷，将原承担在地下室油机组1、2的部分空调负载调整至本期新增油机组5，降低油机组1、2的负载率。

调整后模型2提示系统将还有如下风险：

1）两套低压配电系统终期最大负荷已达电力变压器额定容量的85%；

2）在终期故障时最大负荷、即允许任一套UPS电源系统故障时，低配系统一的电力变压器即告过载；

风险分析：

一般来说，低配系统电力变压器在额定容量的80%范围内可以长期稳定运行，在80%-85%范围内也可长期运行，但需密切注意变压器温升，避免长期高负荷运行降低变压器使用寿命，必要时通过变压器强制排风或空调降温等措施减少变压器温升影响。

另外由于新大楼低配电源系统所带负荷主要为UPS电源系统，其反馈的高次谐波对电力变压器的温升等影响是不可小视，对此要判断高次谐波含量及对电力变压器的影响。为了减少新建UPS设备产生的谐波影响，首先必须保证新建设备为12脉冲产品，其次控制低配系统夏季正常最大运行总负荷不超过变压器容量80%。

至于，在终级故障时最大负荷、即允许任一套UPS电源系统故障时，低配系统一的电力变压器即告过载，可以通过应急卸载非通信负载或开启油机组分担部分故障负荷的方案，来降低低配系统负载率，保证新技术生产楼电源安全。

6 风险管控措施

为克服还存在的风险，方案实施后建议采用如下控制方案：

1）控制低配系统夏季正常最大运行总负荷不超过变压器容量80%，后期运行中注意控制负载加载容量，夏季系统负荷达到变压器容量80%后即停止新增负荷，后期重要负荷增加可通过降低非重要负荷进行调节；

2）设计应急预案，应急预案应保证UPS故障时变压器负载能够降低至安全运行状态；

3）应急预案可选择两种方式：（一、故障时卸载非重要负载；二、故障时开启油机组，分担一部分负荷）；

4）新建UPS设备采用12脉冲主机，避免高次谐波对电力变压器温升影响；

7 小结

通过本次生产楼电源四期扩容后系统风险评估分析，可以发现对于大系统电源部分项目的扩容建设不能仅仅依据实际业务需求，还要从整个供电大系统全盘考量需求增加对整体系统安全带来的影响。理论上的扩容能力不等于系统整体安全运行所能允许的实际能力，这就要求我们在具体设计时必须抱着谨慎、畏惧的态度，从宏观性、多角度对基础数据进行更详细、科学的论证，力求保证得到最安全可靠的预测结果，因为任何电源系统出现的问题都将造成不可挽回的损失。

参考文献：

[1] 安徽电信规划设计院电源专业委员会[M].通信电源设计技术设计指导书”.

[2] 中国电信集团公司：中国电信[2005]741 号“关于《中国电信数据中心机房电源、空调环境设计规范（暂行）》和《中国电信数据中心机房电源、空调环境验收规范（暂行）》的通知”.