某机房配电系统设计

文｜北京诚高科技发展有限公司 田博光

机房工程中配电系统是非常重要的，如果机房内不能保证正常供电，设备也不能很好地工作，甚至发生事故，进而损坏设备或伤人。所以保证机房内设备的正常供电是机房配电系统要实现的最终目的或根本宗旨。

在机房配电系统的设计和实施中执行相关国家标准为实现机房正常供电提供了基本保证。按照国家标准，机房配电系统应满足保障人身安全、配电可靠、电能质量合格、节能、技术先进、经济合理、安装和维护方便的要求。实际情况是比较复杂的，如何实现上述要求，常常需要反复进行方案设计；设计中还要不断地与用户沟通，消除误解，最后做出可行的用户满意的方案。设计这一步非常关键，因为设计指导施工，也决定验收标准。当然做出满足要求的设计不是唯一的；但最佳方案应是唯一的。一般来说，设计者个人处于局部位置，其知识水平、经验都是有限的，找到宏观上的最佳方案是较难的，或者说，你认为是最佳方案了，可在别人看来并不是最佳方案，可能还有更好的。所以，设计方案的交流与讨论很重要，它可以使我们的设计不断向最佳接近。

为此，本文介绍某公司托管机房工程配电系统设计方案，希望与同行讨论并得到专家的指教。

1 总体情况

机房总面积：600m2（其中机房430 m2）；

机柜数量：50个；

UPS 系统：80kVA×2，双母线；

接地系统：本楼层原有；

供电路数及每路最大供电量：二路分别来自1250kVA、1600kVA变压器，200A/3P断路器/路，要自动切换且该两路电源需定期维护；供电距离：380m；

机柜是否双路供电：每个机柜双路供电；

空调设置：商用 3台，精密 2台 舒适性3台，新风机 2台；

照明设置：嵌入式反射灯 3×40W：31盏；3×20W：46盏；

插座设置：五孔（10A/250V）43个，地插 5个；

应急灯方式：抽管方式，5×36W，UPS供电；

紧急出口、疏散标志方式：自发光；

备用电源：暂无油机但以后要配置，方案中需预留接口。

2 机房配电柜（SRPD）

大楼配电室只能给该机房两路供电且每路由200A空开控制，每路分别来自一个大变压器（1250kVA、1600kVA）；大楼配电室在地下二层，机房在三层。这样就从地下二层引两路供电到三层，线缆长度380m/路，进入《机房供电柜SRPD》，分别接到空开GD2和GD3输入端上；称为“配电室电源1”和“配电室电源2”，GD2和GD3的下端分别接到自动转换开关ATS2的输入端上，GD2下端同时接到ATS2的一个输入端上，GD2和GD3的下端分别设有两路电源的电能计量，如图1所示。

图1

ATS2的输出经空开FGD2加到图中的右侧母排上，动力部分，向空调、新风机、照明供电。“配电室电源1”也通过GD2加到自动转换开关ATS1的输入端上，平时通过ATS1经FGD1向图中左母排供电，即向UPS系统供电；另设油机接口，可在特殊情况下通过空开GD1、ATS1和FGD1向UPS系统供电和GD4、FGD2向动力部分供电。ATS1和ATS2 都可设定在自动状态，ATS2优选“配电室电源2”供电；ATS1优选“配电室电源1”供电。

当大楼配电室维护“配电室电源1”时，即停止“配电室电源1”供电时，UPS系统通过自身的后备电能（在满载下，近70分钟/台）继续向负载供电，或启动柴油发电机连续供电。当大楼配电室维护“配电室电源2”时，即停止“配电室电源2”供电时，ATS2自动切换到“配电室电源1”供电，但在此之前，系统自动将空开 FGD1跳开，以保证“配电室电源1”不超载；此时UPS系统由电池放电维持向负载供电，并由ATS1发出信号，启动柴油发电机供电。

市电完全停止时，可启动油机，闭合GD1，断开 GD2、GD3，再闭合GD4、FGD1、FGD2，油机向左侧母排和右侧母排供电；如果油机容量不足，可断开FGD1，只向动力部分供电，UPS系统由电池供电。空开FGD2内设有脱扣器，可与消防系统联动。空开GD1、GD2、GD3、FGD1、FGD2可 在 ATS1或ATS2 故障时，使其完全断电，进行检修或更换。

图1中左侧母排和右侧母排上分别设有一级防雷保护。

该柜在使用中不能超载，两路电源，每路供电量132kVA。

在A、B点间设一个200A断路器，内置交流220V欠压线圈；线圈的一端接A点（单相），另一端通过断路器GD2、GD3的串联的常闭辅助触点接N，当GD2、GD3主触头任一个闭合时，通过其辅助触点断开欠压线圈的供电通路，从而使GD4不能闭合，保证在B点有电时GD4合不上。

只有当GD2、GD3主触头都断开时，才能使欠压线圈通电，从而可闭合GD4。这样油机就可向 UPS和动力部分同时供电或只向其中之一供电，最好只向动力部分供电，UPS系统由电池放电。这种方式能避免油机供电与电网供电相遇的危险。

由于平时GD4内的欠压线圈是不通电的，所以用欠压线圈方式比脱口器方式更节能、更安全；且220V取自A点也增加了GD4闭合的条件，即发电机正常供电，如图2所示。

图2

尽管大楼配电室的供电空开已是200A，为了充分利用供电容量，系统的主进开关及其以下的空开也选择了200A，这样，它们的选择性只能靠上下级断路器的短延时动作时间差来解决。

3 UPS输出配电柜（SCPD）

两台UPS 输出分别通过柜中的200A断路器加到A电源和B电源的主母排上。每个主母排上带有四组分母排，它们分别向机房1、机房2、机房3 和网络机房供电；在各机房的分母排上设有电能计量表，以检测三个机房的用电量。

主母排上设有三级防雷保护，如图3所示。

机房1内有17个机柜，每个机柜接受A、B两路单相电源，每路微断为16A；另设分别来自A电源和B电源的两路三相电源（16A）备用。

图3

机房2内有15个机柜，每个机柜接受A、B两路单相电源，每路微断为16A；另设分别来自A电源和B电源的两路三相电源（16A）备用。

机房3内有18个机柜，每个机柜接受A、B两路单相电源，每路微断为16A；另设分别来自A电源和B电源的两路三相电源（16A）备用。

网络机房内的6个机柜，每个机柜接受A、B两路单相电源，每路微断为16A。

B电源的主母排上还设有5路用于地插的微断（16A），地插分别设在办公室1、办公室2、办公室3和值班室内。

该柜由UPS系统供电，在使用中不能超载，UPS系统额定输出80kVA。

4 分析UPS输出配电柜（SCPD）向各机柜的供电情况

（1）对于A电源

网络机房机柜耗电16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜，应急照明用电36W×5=180W，180/0.65=276VA，给3个机房机柜的供电为80-21.12-0.28=58.6kVA，平均每个机柜可得58.6/（17+15+18）=1.17kVA/柜。

（2）对于B电源

网络机房机柜耗电16×6=96A，96×220=21.12kVA，3.52kVA/柜， 地 插用 电 16×5=80A，80×220=17.6kVA，给3个机房机柜的供电为80-21.12-17.6=41.28kVA，平均每个机柜可得41.58/（17+15+18）=0.83kVA/柜。

由于每个机房（A或B）电源主开关容量足够大（63A或100A），即使到机柜的每路（16A）都达到16A，它们也不会跳开，而此时 UPS早已过载，所以使用中，除要保证本路不过载（16A）还要注意UPS不超载，如图4所示。

根据经验数据，上下级断路器容量比大于1.6倍即可满足选择性。系统中，除配电柜内的8个200A空开外，由于上下级空开容量相差很大，所以都具有选择性。

精确计算系统中各级的预期短路电流是很繁琐的，一般通过经验或简便算法得出。本方案中，主进断路器所需的分断容量是这样考虑的：两路供电的上级变压器容量分别是1250kVA和1600kVA，各自通过一个200A断路器向三层机房供电；由于每路负荷已接近满额，为了充分利用容量，机房的主进断路器也用200A的。大楼配电室内的两个断路器的分断容量应能承受预期的变压器短路电流，如果按简便算法I≈1.44×P/UK（P为变压器功率，kVA；UK为阻抗电压百分数，本例中可取6%），其值约为1.44×1600/0.06=38.4kA，这种分断容量的选择不在本方案范围内。机房的主进断路器的预期短路电流应为上级断路器的瞬时脱扣电流，一般为6～16In，取最大值为16×200=3.2kA，另外，由于供电距离较长（380m），实际可达到的预期的短路电流应小于3.2kA；实选NS250NTMD/3P 200A/36kA，36kA＞＞3.2kA，完全满足要求。以下各级的预期短路电流也会小于3.2kA，而施耐德微断C65N型的分断容量为6kA，也完全满足要求。

图4

图5

图6

另外，目前节能灯具用的电子镇流器功率因数有的较低，例如：某专用电子镇流器：20W～24W，功率因数：0.65。这样一来，实际耗电就要比标称功率大得多，如按功率计算为0.11A，考虑功率因数后为0.17A，相应断路器的容量就要加大，不能只按其标称功率计算电流。

UPS系统选择两台艾默生80kVA的，后备时间70分钟/台，两台UPS的输出形成双母线，向双电源负载供电。如见图5所示。由于资金关系，致使所选UPS容量是偏小的。

每台UPS配三组电池，即三个电池柜，除总电池开关外，每组电池设置一个空开，这样使用维护都很方便；电池柜内配置如图6所示。三组电池电缆同时接到UPS设备的总电池开关下口不易连接，所以特设了一个汇流排箱。