大型企业通信机房电源设计

侯 伟 王 敏 孙亚宁

摘要:在一个企业,尤其是在大型的企业中,信息系统的正常运行是企业稳定、高效运作的必不可少的条件之一。而为了保证信息系统的稳定运行,电力——作为所有系统的基础设施也应该适应通信系统的特殊需求而进行单独的设计。本文尝试从系统的需求的角度上简单分析大型企业信息化机房所需的电源设计方案。

关键词:稳定;高效;基础设施;系统的需求;电源设计

1 概述

电源系统,作为通信机房的基础保障设备,电源系统在整个通信系统的设计中是十分重要的一个环节。通信系统的供电系统应包括市电供电系统、UPS电源供电系统、应急供电系统和接地四大部分构成。如何将这四大部分有效地连接为一个整体,为系统提供稳定、高效的电力环境是每个设计人员都需要面对的问题。

2 系统建设位置选择

电源系统一般由于其线缆长度会影响系统整体的成本以及电力的损失,因此一般其建设位置不会距离上级低压配电系统太远。出于对一般电力设备的自重,尤其是UPS电池组重量较大的考虑,系统应放置在一楼或者地下室为宜。系统的房间应保持清洁,尽量选择防尘性较好的房间,有条件的可在房间内加装新风系统和空调系统以维持一个良好的工作环境。

3 系统设计

3.1 接地系统

接地系统是每一个电力系统中必不可少的子系统之一,其重要性是不言而喻的。就现在笔者的接触而言,一般使用的接地方法有联合接地和单独接地两种。所谓的联合接地是指的直流地、交流地和保护地使用同一个接地铜排进行接地;单独接地是直流地、保护地和交流地以及其他有特殊要求的设备使用不同的接地系统进行接地。从效果来看,单独接地的效果明显优于联合接地的效果。但是,在工程成本上来看,联合接地的成本远小于单独接地的成本。

一般来说,在建设核心机房时都是使用的单独接地。单独接地中有一点要注意的是特殊设备或核心设备电源的单独接地。这一点在雷电多发区尤为重要,在2007年山东省中部经历过一场较大的雷雨性天气,在这一段时间过去后,朗讯——程控交换机生产供应及服务商——曾一度要求将其所有程控交换设备的接地改为独立接地。原因就在于其设备在与其他设备共地时受到影响,引发了交换机的故障。在制作接地系统的过程中,应注意根据接地系统所处区域的地形以及土地状况选择接地所需的材料和制作方法。传统方法制作的接地棒适合于周围土壤状况较好的环境状况,在周边地形及土壤状况较复杂的情况下,传统接地效果并不是很好,而且使用时间越长,其效果由于使用铁棒表面被氧化的缘故变得越差。针对这种状况,现在有一种新型的粒子接地棒可以有效的解决这一问题。这种接地棒在埋入地下后本身会向周围的土壤中扩散导电的粒子,因此,随着其使用时间的增加,其接地效果是越来越好的。只是这种接地棒成本较传统接地极较高,如果不是周围接地环境很差的情况下或在工程成本被控制很低的状况下,一般不使用这种接地极。

3.2 市电供电

通信机房的市电供应最好是双路市电通过ATS或STS等自动切换装置组成互为热备的市电系统。这里提到的双路市电不应当是来自同一个变压器或低压配电室的市电,应当是来自不同干路,最好是两个完全无关联电力干线的市电。这两路电力干线的关联性越小,机房在范围性停电事故中所受到的影响也就越小。选择的市电应当是较为稳定的电源,机房中大部分使用市电的设备一般能够承受的电压波动范围为380V±10%左右。应当接入市电的设备应包括UPS设备、机房空调、新风系统、机房照明系统、各类维护用插座(排)及其他非核心类设备。这类设备一般功耗较大,因此,在敷设电缆时应选用质量较好的电力电缆,且由于这类电缆一般是一次性敷设到位,因此,在选择电缆规格时应适当为未来扩容负荷做出考虑。电力电缆敷设入机房时,如配电设备在通信类设备附近时,应有一定防护措施,有条件的应在电缆外包裹屏蔽层,以减少其对设备的干扰。市电接入ATS或其他自动切换装置后最好加装进电的监控单元,避免市电缺相、断相、相位不平衡等其他非断电类因素给机房设备带来不必要的损失。当某一路市电不稳定时,应将自动切换功能关掉,改为手动控制电源切换,以避免设备频繁进行电源切换引发机房供电不稳和设备机械故障。

3.3 UPS供电

UPS电源即不间断电源,它的作用就是在外来电源(一般为市电)被切断时,保障其接入设备使用其储存电力继续进行工作。现在的UPS除了保障应急供电外,也负担了一部分市电逆变整流的功能,使得其接入设备得到更加稳定的电力供应。在为机房选择UPS时,一要注意选择的UPS的容量,二要注意选择UPS主机的入网方式。UPS的容量决定了它为机房持续供电的能力,一般其容量越大供电持续能力越强,但出于对成本、电池占地以及功耗几方面的考虑,UPS的容量并不是越大就越好。过度轻载运行虽有利于降低逆变器的损坏概率,但可能造成市电停电时,电池放电电流过小而放电时间偏长,在电池保护装置故障时,电池组被深度放电,而遭永久性损坏。UPS容量不宜过小,使其长期处于重载运行状态。这样虽可节省一部分投资,但由于逆变器处于重载运行,其输出波形将发生畸变,输出电压幅值抖动过大。这样既不能为负载提供优质电源,还极易造成UPS逆变器的本级驱动元件损坏,即使从经济角度讲也是得不偿失。根据目前一些UPS厂家推荐,UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80%。UPS接入供电系统的方式对接入的设备有着直接的影响。UPS除了保证电力的供应能力之外,对精密设备来说也有着电流稳压、整流的功能,一次,在对UPS进行选择时应当结合实际的机房设备状况来进行。一般来说,电网中经常存在差模噪扰和共模噪扰,这些噪扰对计算机正常运行存在着不同程度干扰。另外,零线电位的偏移也会对计算机运行造成影响。所以在考虑UPS供电方案时应采取措施把这些影响减少到最小。传统的UPS通过内部的工频输入及输出变压器来实现负载和电网间的电隔离和电压匹配,抑制来自电网的共模及差模噪扰电压,使其不致耦会到计算机电源。此类UPS的输出零点是取自隔离变压器次级Y型绕组的中性点。为保证输出零点电压不偏移,应从通信机房的交流工作接地排上单独引线至该输出点。为了解决通信机房面积窄小及楼板荷载能力不足问题,近年来,出现了采用高频链结构的不含输出隔离变压器的UPS。由于采用了高频变压器代替工频变压器,其体积重量明显减小,但因为其输出直接通过变换元件输出,一定程度上存在直流高压过人负载的危险,而且在三相负载不平衡情况下,还存在电压零点偏移问题。中性线与地线间的电压可达十几伏甚至更高,大大超出一些计算机厂家的要求。所以对于大型计算机网络等比较重要的负载,应尽量采用带工频隔离变压器的UPS系统。摆放UPS系统的地方最好有一个较大的空间,使得UPS主机、电池柜(架)、配电机柜及墙面之间保持一定距离,使得系统能够得到良好的散热空间并保证设备在维护时人员的作业空间。UPS主机应当维持清洁,避免灰尘进入主机内部和附着于散热风扇出气口处。

3.4 应急供电

这里提到的应急供电系统并不是指的UPS类的不间断电源系统,而是指的具有独立发电能力的供电系统。这类系统通常状况下并不会被使用到,但是遇到自然灾害、战争或其他原因造成的供电长时间内无法回复的状态时,却是系统最后的保障,一般常用的设备为柴(汽)油发电机。由于其在应用上的特殊性,因此,这一系统应单独放置于安全性高的地方,并且定期维护。由于其工作时有大量废气排出,所以,应为其选择通风性较好的工作场地。

4 结束语

电力系统是真个通信系统的心脏,是为整个通信系统提供动力支持的关键所在。通信机房一般来说都有在建设好一段时间后就有设备扩容的需求这一客观规律存在,因此系统在设计时一定要在考虑现有设备及客观环境的情况下,兼顾未来发展的需求。为整个信息机房的负责提供稳定、有效的保障。

参考文献

[1]《UPS应用技术》,曹保国主编,化学工业出版社,2007.1.1.

作者简介:侯伟,男,26,莱芜钢铁集团自动化部电讯车间

王敏,女,29,莱芜钢铁集团自动化部电讯车间

孙亚宁,男,26,莱芜钢铁集团自动化部电讯车间