通信电源系统设计及运行维护中节能方案探讨

2010-06-26宋福峰刘宝昌

电信工程技术与标准化 2010年3期

关键词：机房电能损耗

宋福峰刘宝昌

（中国移动通信集团设计院有限公司北京 100080）

1 概述

中国移动正在全面开展节能减排工作，在企业运营生产过程中积极推动各项工作的有效实施。

本文从两个方面展开，即通信电源系统设计方面的节能方案及运行维护方面的节能方案。

2 通信电源系统设计中节能方案

2.1 开关电源安装在通信设备机房

直流电源设备的设置应充分考虑以下要求：靠近负荷中心、满足面积需求、电缆短路由等。

开关电源安装在通信设备机房内就能很好的符合以上要求。开关电源安装在通信设备机房内，深入负荷中心，这样有利于减小直流配电屏至通信设备的电缆长度，虽然增加了电池电缆的长度，但是由于电池长期处于浮充状态，浮充电流很小，所以直流配电屏至通信设备的导线的发热损耗大大减少，而电池电缆的发热损耗基本不变，从而减少了电能损耗。

不单独设置电力室同时有助于提高机房利用率，该做法虽然开关电源安装分散，但由于目前开关电源整流模块均为热插拔方式，基本不需要维护，所以并不会增加维护的工作量。

以某8000m2机房楼其中一层平面为例，现需要安装1套2000A直流供电系统。开关电源安装在通信设备机房内及安装在电力电池室内两个设计方案图如图1所示。根据方案图，导线表如表1所示。

由于电池浮充电流很小，所以电池电缆的发热损耗可以忽略不计，下面只计算开关电源至通信设备电缆的发热损耗，并折算为电能损耗：年发热损耗计算公式如下：

Q：发热损耗，焦耳（J）；

I：电流，安培（A），开关电源至通信设备电缆通过的电流按100A计算；

图1 两种设计方案设备平面布置图

表1 导线明细表

R：电缆电阻，欧姆（Ω）；

t：电流流过电缆的时间，秒（s），本计算为一年的发热量，即t为3.15×107s；

γ：铜芯电缆电导率， m/(Ω·mm2)通信机房均采用铜芯电缆，取值为57。

年电能损耗计算公式如下：

kWh＝Q÷（3.6×106）

理论计算两种方案投资及年电能损耗如表2所示。可以看出，开关电源安装在通信机房内，不仅节省电缆的投资，而且减少电能的损耗，更加节约电能。

2.2 高压直流供电取代传统的UPS

图2 UPS供电原理图

图3 高压直流供电原理图

目前所有的服务器等数据设备均由UPS系统供电，UPS供电原理框图如图2所示。高压直流供电原理图如图3所示，比传统的UPS供电少一个UPS设备的直流—交流逆变的环节及服务器机架内部的交流—直流整流两个环节，这样大大提高了供电系统的效率，从而降低供电系统的发热损耗，发热损耗的降低也减少了空调的配置。通过高压直流供电方式的应用可以比采用UPS供电节约电能10%～20%。

但目前国内通信机房楼尚无高压直流供电应用，需要进一步实验后推广。

3 通信电源系统运行维护中节能方案

3.1 变压器经济运行

变压器运行时损耗主要为空载损耗和负载损耗。变压器损耗依据环境条件及负荷电流的变化而变化的情况较为复杂，当周波、电压及波形一定时，其空载损耗与负荷容量大小无关，而负载损耗则与负载率平方成正比。

变压器有功损耗为：P0：变压器空载有功损耗，kW；PK：变压器满载有功损耗，kW；Sc：变压器计算负荷，kVA；Sr：变压器额定容量，kVA；β：变压器负载率。

根据上述计算方法，SCB10系列变压器经济运行的临界负荷如表3所示。当实际负荷小于表中“减少1台运行更经济的最大负荷”值时或变压器实际负载率小于表中“减少1台运行更经济的最大负载率”值时，可以轮换关掉一台变压器，这样变压器的运行损耗更低，同时减少变压器的运行时间，延长变压器的寿命。其他系列型号变压器可参照表中值确定变压器的经济运行台数。一般变压器经济运行的负载率为30%，变压器负载率长期低于30%，可以考虑停掉一台。

3.2 合理分配变压器负载

表2 投资及电能损耗比较表

在选定变压器容量和台数之后，还应对各台变压器合理地分配负载，如果负载分配不合理，将增加功率和电能损耗。对于一个变压器群（n台变压器），在总负载一定的情况下，如果变压器的负载率符合某种规律，能使n台变压器总铜损最小，则称为n台变压器的负载率符合均衡条件。如果n台变压器的负载率不符合均衡条件，将使总铜损增加。负载率不符合均衡条件和符合均衡条件这两种情况的总铜损之差，称为负载不均衡附加损耗。

在n台变压器的型号与规格完全相同，且均投入运行的情况下，如果各台变压器的负载率相等，n台变压器的总铜损最小，此时无负载不均衡附加损耗。只要变压器的负载率不一致，必将引起负载率不均衡附加铜损，该附加铜损值与变压器负载率差值的平方成正比。调整负载，均衡变压器的负载率是一项重要的节电措施。