论240V高压直流供电技术在油田信息机房中应用的可行性分析

齐国富 田雨 杜玉刚 王斌

［摘要］ 随着IT行业的高速发展，信息机房的规模越来越庞大，设备越来越复杂，用电安全以及节能问题日益凸显。相对于UPS电源，高压直流供电技术以其安全性、可靠性以及节能方面的巨大优势已经在国内机房供电方面崭露头角。本文通过对高压直流供电技术的介绍，结合油田信息机房的现状，讨论高压直流供电技术在油田信息机房中应用的可行性。

［关键词］ 高压直流；供电技术；信息机房；可行性

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 13. 033

［中图分类号］TP308［文献标识码］A［文章编号］1673 - 0194（2014）13- 0052- 02

据江苏盐城电信试点得出的数据，用高压直流替代传统的ＵＰＳ供电，整个生命周期内平均节能２０％~３０％，相对于新建ＵＰＳ系统则可平均节省投资超过４０％。另外高压直流供电系统从根本上克服了ＵＰＳ存在的单点故障问题，且维护操作方法简便，使得系统的安全性、可靠性大大提高，在节能减排方面也有着优异的表现。

１通信用高压直流技术简介

通信用高压直流电源（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ，HVDC），是一种新型的直流不间断供电系统，这里说的高压是相对传统的－４８Ｖ直流通信电源而言。２００９年１２月，工信部推出了通信标准类技术报告《通信用２４０Ｖ直流供电系统技术要求》。ＨＶＤＣ系统主要由交流配电单元、整流模块、蓄电池、直流配电单元、电池管理单元、绝缘监测单元及监控模块组成。正常工作情况下，整流模块将交流配电源输出的３８０Ｖ交流转换成２４０Ｖ高压直流，高压直流经直流配电单元给通讯设备供电，同时也给蓄电池充电。当交流输入发生故障时，由蓄电池给通讯设备供电。

２高压直流在油田信息机房应用的可行性分析

随着电源技术的发展，高压直流供电模式由于其拓扑简单、扩容方便等特点引起了人们的关注。高压直流供电方式逐步从实验室走向市场，虽然其技术和应用还需和实际设备进一步磨合，但高压直流供电代表了技术发展的一种趋势。

２．１ 高压直流供电的优点

（１）可靠性高。主要有两个方面：一是直流供电蓄电池的输出和电源整流模块的输出并联在负载端，当外电停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，母线电源是不间断的，确保供电的连续性。二是采用直流输出，无谐波干扰。

（２）效率高，能耗低。和交流ＵＰＳ系统相比，直流供电省掉了逆变环节，而一般逆变的损耗在５％左右，同时又没有谐波损耗，因此电源的效率得以提高。据实验证明，可节能１０％~１５％。其次，由于直流电源采用了模块化的设计，并联输出，使每个模块的使用率可达到７０%～８０％，比交流ＵＰＳ系统提高了很多。

（３）扩容便捷。首先，由于直流供电采用模块化结构，单机扩容容易实现，只要增加相应的模块即可。其次，由于是直流输出，不存在相位和频率的问题，多机并联变得简单易行，电源并机容易实现。

（４）不存在“零地”电压等不明问题的干扰。因为是直流输入没有零线，因此，也就不存在“零地”电压，避免了一些不明的故障。

２．２ 为什么直流电源可以替代交流电源

首先看负载设备内部，一般来说，设备的电源部分为独立的电源模块。虽然设备的输入电源是交流的，但是设备电源的最终输出还是直流，其核心部分还是ＤＣ／ＤＣ变换，只要我们输入一个合适的直流电压给变换部分，设备就可以正常工作。

３高压直流应用中存在的问题

高压直流供电虽然有以上列举的种种优点，但也存在着缺点和面临的问题：

（1）配电开关性能要求高，对于交流电，电流在周期内会有过零点，当短路时，过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。而如果是直流電，不存在过零点，灭弧相对困难。

（2）现在市场上选用的开关器件大都按照２２０ＶAC／３８０ＶAC来设计，但直流开关器件和交流开关器件在要求上是不同的，所以在直流供电系统中，必须采用符合安全要求的直流配电器件，这会相应增加建设成本。

（3）高压直流供电大规模市场运用还需要很长一段路要走。油田信息机房设备种类繁多，虽然机房大部分使用开关电源的设备都可以用直流电源供电，但也有很多设备不能直接使用。如：①少数设备的电源输入端有工频变压器，输入直流会产生短路。②具有输入端频率检测启动的设备不能直接进行使用。③具有启动过压保护功能的设备，不能直接进行使用。④部分电源对地设计有电感滤波，虽然不影响使用，但会造成正极接地。⑤风扇类设备要区别对待，交流输入的风扇使用直流电源会产生短路。⑥显示器设备区别对待，ＣＲＴ（阴极射线管）显示器，内部有交流激励回路的，不能使用直流供电。

４高压直流供电应用建议

高压直流虽然有诸多优势，也是未来ＩＤＣ机房供电系统的主流方向，但目前国内机房中，高压直流应用处于起步阶段。未来几年将出现高压直流与传统交流ＵＰＳ混合并存过渡时期。

建议如下：

（１）新建ＩＤＣ机房、以ＩＴ系统主机类为主的机房以及数据设备机房建议采用高压直流供电系统。

（２）原有机房扩容，对扩容更新设备应采用高压直流供电系统，原有ＵＰＳ损坏或到寿命到期时，应改造为高压直流供电系统。

（３）对于核心ＩＴ网络设备、集中计费系统设备、重要客户ＩＴ设备，应采用备份双母线高压直流供电系统，过渡期机房可采用交直流备份供电系统。

（４）对于ＵＰＳ供电系统负荷白昼变化较大的，如各类呼叫中心、各类申告受理中心等ＩＴ系统，这类系统能耗特大，从节能角度考虑，宜尽早采用高压直流供电系统取代ＵＰＳ供电。

（５）对于需要不间断供电的网络末端通信设备，如高层楼宇ＥＰＯＮ设备、二层和三层交换机等，宜采用高压直流供电而不应考虑-４８Ｖ电源系统或交流ＵＰＳ系统。

随着长庆油田油气上产和数字化、信息化建设的不断推进，以及企业对于生产节能减排要求的逐步提升，作为交换和传输油田的钻探、采油、输油、炼化作业以及办公、社区服务等数据信息的关键节点，数字化信息机房的电源安全保障以及节能减耗无疑成为提高工作效率的重要工作。高压直流供电技术以其低投资、高可靠性、低运营成本、低耗能的优势，成为一种ＵＰＳ替代技术和很好的解决手段。