冷站供配电系统与数据机楼需求的适应性研究

郑亚轩

摘要：参照供配电及数据中心规范、标准，结合6号供冷站工程实例，具体阐述该项目变配电系统的解决方案，并进行安全性、经济性及风险分析。

关键词：可靠性;经济性;数据机楼;供冷站

1.前言

区域供冷凭借其特有的优势，在国内发达地区及欧美发达国家得到大力推广，并已获得广泛应用。另一方面，随着大数据、云计算、物联网等新技术的应用深入，数据中心的建设也在国内从逐步兴起到进入快随发展的阶段。无论是区域供冷还是数据中心，在国内都有很多成功的案例，有成熟的供配电方案可以借鉴，但采用区域供冷方式为数据中心提供冷量，在国内尚无先例。区域冷站供配电系统如何在满足数据中心对供配电可靠性要求的同时，又要兼顾冷站其它用户的需求，满足运行经济性、分期建设等要求，是需要重点研究的内容。

2.项目概况

本项目位于深圳市前海深港合作区第九开发单元06街坊09地块，为一类高层民用建筑，耐火等级为一级，总建筑面积68265m，地上18层，地下3层。该建筑主要由两部分功能单元组成，一是作为前湾信息枢纽中心的功能定位，包括运营商及广电的自用的传输交换机房、数据服务外租机房、政企单位数据机房、邮政用房等功能;二是作为前海6号冷站的区域供冷功能，为包括本楼信息枢纽中心及周边地块提供冷量。信息枢纽功能房间位于地上各层，地下一层、二层局部为信息枢纽的设备用房，包括柴油发电机房、变配电室、消防水泵房、光缆进线间等。6号冷站位于地下一至三层，其中地下三层为制冷设备用房及自控值班室，地下一层、二层为冷站配套的变配电室、柴油发电机房、UPS室、水泵控制柜室等，冷却塔设在屋顶层。

前湾信息枢纽中心定位为A级数据中心，一旦供电中断，会造成重大损失，还会引起严重社会混乱，因此供配电系统需按一级负荷中特别重要負荷进行供电，按容错系统进行配置。设计需要从供电电源、备用电源、设备配置、线路敷设等方面进行设计，以确保供电的可靠性。6号冷站的主要用电负荷分为两类，即信息枢纽供冷负荷和区域供冷负荷，信息枢纽供冷负荷的供配电措施必须和信息枢纽电子信息设备的供配电措施保持一致，而区域供冷负荷可以按二级负荷进行供电，两类负荷对供电要求的差异需在系统设计时予以考虑。

3.设计原则

3.1需要满足国标GB 50174中A级数据中心对供配电系统的设计要求，采用双重电源供电，变压器为2N配置，柴油发电机采用N+X（X=1）冗余配置，不间断电源系统采用一路（N+1）UPS和一路市电直供，并有自动和手动旁路装置。变配电设备布置在不同的物理隔间内。

3.2需要满足信息枢纽及区域供冷设备分期建设、分批投入运行的要求，避免出现前期变压器负载率很低却需要交纳很高的基本电费的情况。

4.供电电源

采用双重市政电源供电，柴油发电机组作为备用电源。

4.1 正常电源

深圳前海地区为20kV供电，6号冷站总用电装机容量为15768kW，根据项目性质及南方电网的相关规定，考虑从上级城市220kV区域变电站引来2路相互独立的20kV专线电源回路，电源引至本楼首层20kV公共开关房。两路电源同时工作，互为备用，满足信息枢纽一级及一级中特别重要负荷的市电供电要求，以及供冷站二、三级负荷的供电要求。

双重电源需确保两路电源来自不同的220kV区域变电站，以确保电源的可靠性。另外需要和供电部门协调，确保尽可能为专线供电，以便每路电源的供电容量满足项目的的用电需求，减少其他用户对供电系统的影响。

4.2备用电源

信息枢纽供冷设备的备用电源采用独立于正常电源的柴油发电机组，由于供冷设备中10kV负荷占比较大，因此选用4台10kV柴油发电机组，3+1冗余配置。另设置 3 组 UPS （2+1配置）供信息枢纽供冷设备使用，以保证故障情况下电源切换期间不间断供冷的要求。

针对安防系统、消防区域报警控制器、电子信息设备机房等对自动恢复供电时间有特殊要求的场所就地设置UPS不间断电源，UPS持续供电时间大于30min。应急照明采用集中电源并满足必要的供电时间要求。

5.供电方案

在6号冷站项目设计中，随着设计深入，项目参与各方的不断磨合，信息枢纽供冷和区域供冷方案在不断调整完善，电气专业供配电系统方案也随之不断优化。以下是形成的方案：

20kV中压配电柜的接线型式为单母线分段型式，两路电源互为备用。当某路电源失电时，合上联络开关，单母线运行，另一路电源保证所有二级以上负荷的运行。平时由两路20kV市政电源供电，当两路市政电源均失电后，信息枢纽供冷设备由柴油发电机组供电。考虑到电源转换期间制冷设备会短暂停机，为保证重要负荷的供电可靠性和连续性，设置持续供电时间为15min的不间断电源为冷冻水循环水泵、BA控制系统、电动阀门、冷水机组控制屏及油泵加热装置等供电，配合蓄冷罐等工艺措施，可保证信息枢纽的不间断供冷。

方案有20/10kV、10/0.4kV两种变电方式。信息枢纽供冷设备的供电系统在10kV电压等级与区域供冷设备的供配电系统完全分开。

下表是将信息枢纽供冷供配电系统与国标GB500174-2017附录1中A级数据中心技术要求进行了对比。

由上表可以得出方案可以完全满足A级数据中心的技术要求。

本方案2台6300kVA的变压器（1TA、1TB）为信息枢纽供冷设备供电，1台6300KVA变压器（2TA）和1台5000KVA变压器（2TB）给区域供冷用户供电。项目一期建设时，安装1TA、2TA 2台6300kVA的20kV变压器，此时信息枢纽供冷供配电系统的第二路电源取自2TA变压器的10kV侧，为此需增加一条由信息枢纽供冷10kV配电柜到区域供冷10kV配电柜的联络母线，如图5-1所示。二期建设时，根据供冷设备的安装情况，再安装1TB、2TB两台变压器，此时1TA、1TB和2TA、2TB各自组成变压器组，分别为信息枢纽供冷和区域供冷设备供电，供配电系统从20kV电压等级就完全分开。

此方案需增加两面10KV联络柜，总造价约28万元。但从运行和管理的角度看更加经济合理，可以做到兼容并蓄，既满足了信息枢纽供冷和区域供冷对供配电系统的不同要求，又兼顾了分期建设和运行经济性的要求，系统的可靠性也没有受到影响。初步测算，此方案一期可少报装一台6300KVA变压器，根据深圳市工商业电价价目表（2019年7月1日执行）每年节约基本电费为0.63*22*12=166万元。

表5-2  深圳市工商业电价价目表（从2019年7月1日起执行）

6.结束语

供电方案的确定除了要满足相应的规范，同时还需要根据冷站的规模、工艺系统要求、当地的供电政策等因素充分考虑变压器分期，尽量减少过渡阶段变压器报装容量，进而提高项目的经济性。