干貨分享-數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)負荷計算實例分析

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負荷計算目的和意義

低壓供配電系統(tǒng)的設計中負荷的統(tǒng)計計算是一項重要內(nèi)容，負荷計算結果對供電容量報裝、選擇供配電設備及安全經(jīng)濟運行均起決定性的作用。負荷計算的目的是：

1. 計算變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。

2. 計算流過各主要電氣設備 （斷路器、隔離開關、母線、熔斷器等）的負荷電流，作為選擇設備的依據(jù)。

3. 計算流過各條線路（電源進線、高低壓配電線路等）的負荷電流，作為選擇線路電纜或導線截面的依據(jù)。

4. 計算尖峰負荷，用于保護電器的整定計算和校驗電動機的啟動條件。

負荷計算方法

我國目前普遍采用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法確定用電設備的負荷，其中需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計算負荷的方法，最為簡便；而二項式系數(shù)法在確定設備臺數(shù)較少且各臺設備容量差別大的分支干線計算負荷時比較合理；在建筑配電中，還常用負荷密度法和單位指標法統(tǒng)計計算負荷。在方案設計階段可采用單位指標法；在初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數(shù)法。

負荷計算原則

進行負荷計算時，應按下列原則計算設備功率：

1. 對于不同工作制的用電設備的額定功率應換算為統(tǒng)一的設備功率。

2. 整流器的設備功率是指額定交流輸入功率。

3. 成組用電設備的設備功率，不應包括備用設備。

4. 當消防用電的計算有功功率大于火災時可能同時切除一般電力、照明負荷計算有功功率，應按未切除的一般電力、照明負荷加上消防負荷計算低壓總的設備功率、計算負荷。否則計算低壓總負荷時，不應考慮消防負荷。當消防負荷中有與平時兼用的負荷時，該部分負荷也應計入一般電力、照明負荷。

5. 單相負荷應均衡分配到三相上，當單相負荷的總計算容量小于計算范圍內(nèi)三相對稱負荷總計算容量的15%時，全部按三相對稱負荷計算；當超過15%時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相負荷相加。

數(shù)據(jù)中心相關經(jīng)驗總結

負荷計算是供配電系統(tǒng)設計的基本計算，數(shù)據(jù)中心的負荷計算更適合使用需要系數(shù)法。計算時需要系數(shù)的取值、負荷取舍計入、蓄電池充電和空調(diào)照明的估算等內(nèi)容，在數(shù)據(jù)中心的計算中還是有別于其他建筑專業(yè)的計算，現(xiàn)總結如下：

1. 數(shù)據(jù)中心的ＩＴ 負荷重要性都比較高，必須使用 UPS等設備來保證不間斷供電，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設標準不同，UPS會采取“1+1”、“2+1”、“2N”等不同的配置。由于供電部門需要統(tǒng)計機房設備安裝總容量，所以數(shù)據(jù)中心的ＩＴ 設備額定容量要用 UPS設備的總裝機容量。計算IT 設備容量時的需要系數(shù)根據(jù) UPS設備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)＝主 用UPS設備數(shù)量UPS配置數(shù)量。例如：UPS按照2N 設置，進行負荷計算時，需要系數(shù)取0.5。

2. UPS配置的蓄電池充電容量需計入負荷計算。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設標準不同，UPS蓄電池需按照不同后備時間配置，即每臺UPS配置的蓄電池容量及組數(shù)不同。UPS蓄電池充電容量＝電流×電壓×組數(shù)×效率根據(jù)計算可知，UPS蓄電池充電容量約為UPS配置容量的10%~20%，做負荷計算時可直接應用結論簡化計算。

3. 在數(shù)據(jù)中心中，除了IDC機架外，空調(diào)在總負荷中占的比重也相當大，一般會配置備用空調(diào)設備，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設等級備用數(shù)量會不同。計算空調(diào)設備容量時的需要系數(shù)根據(jù)空調(diào)設備的配置方式調(diào)整，即需要系數(shù)＝主用空調(diào)設備數(shù)量／空調(diào)配置數(shù)量。2007年綠色網(wǎng)絡組織制定了數(shù)據(jù)中心能效比指標PUE，目前被行業(yè)廣泛使用，PUE＝數(shù)據(jù)中心總能耗／IT設備總能耗。根據(jù)對數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)中心的PUE值一般介于1.6～1.8之間，即機房空調(diào)和照明負荷約為IT設備負荷的60%~80%，照明負荷與空調(diào)相比來說占比相當小，所以可近似認為機房空調(diào)負荷約為ＩＴ設備負荷的60%~80%，此 結論可以直接在負荷計算中應用來簡化計算。

4. 根據(jù)相關經(jīng)驗據(jù)，照明負荷一般按照30w/ｍ２估算、辦公空調(diào)負荷一般按照50w／ｍ２估算、有餐廳用電的情況下按照2kW／人估算、用燃氣的情況下按照5w／人估算。

5. 根據(jù)負荷計算要求，季節(jié)性用電設備應選擇其最大者計入總設備容量。數(shù)據(jù)中心空調(diào)負荷一般會遠遠大于采暖負荷，所以計算時只需計算空調(diào)負荷即可。

6. 根據(jù)負荷計算要求，消防設備容量一般不計入總設備容量，所以計算時消防電梯不計入。

7. 根據(jù)供電部門要求，進行無功補償后的功率因數(shù)需達到0.95以上，一般按照變壓器容量的30%進行補償。

8. 根據(jù)相關經(jīng)驗數(shù)據(jù)，負荷計算中同時系數(shù)取0.9-0.95。

實例分析

本文以某運營商新建數(shù)據(jù)中心為例：建設標準為Toer IV 等 級，IDC 機 房 約1000ｍ2，新建單機功耗5kW的IT設備200架、單機功耗100kW的IT設備50架，IDC機房內(nèi)空調(diào)和照明按配套配置（空調(diào)系統(tǒng)暫不考慮由UPS系統(tǒng)供電）。變配電及UPS等設備機房約1000ｍ2、辦公區(qū)約1000ｍ2。消防電梯2臺1用1備，設備容量為50kW／臺。辦公室設電采暖2臺，容量分別約80kW和50kW。要求通過負荷計算確定本數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設備配置。

步驟1：確定為IT 設備供電的系統(tǒng)配置

根據(jù)《通信用不間斷電源—UPS》（YD ╱T095-2008）對UPS設備輸出有功功率的要求為：≥額定容量×0.7kW／kVA，因 此，配置的UPS容量應為：(200*5+50*10)/0.7kVA=2142.86kVA。IDC機房按 Tier IV 標準機房設置，UPS設備按2N配置考慮，配置的 UPS設備總容量不應小于4285.71kVA。本工程需新建2套“3+3”并機400kVA UPS電源系統(tǒng)。UPS主機配置的蓄電池組按單機滿負荷情況下后備時間為15min（2V蓄電池單體的放電終止電壓為1.8V）考慮，每臺UPS設備配置3組200AH蓄電池組，共計36組。

步驟2：進行負荷計算

需進行計算的各要素：UPS、UPS蓄電池充電、機房空調(diào)及照明、辦公區(qū)空調(diào)及照明等。并按照供電部門要求進行無功補償。

步驟3：根據(jù)負荷計算結果及配置設備

根據(jù)負荷計算，交流總負荷約為6425.36kVA，需油機保障負荷為6032.88kW。按照Tier IV 等級和電源配置的要求，擬設置2路10kV市電引入，雙路市電應滿足單路承擔全部負荷的能力。安裝高壓開關柜1套（包含進線隔離柜2臺、進線柜2臺、計量柜2臺、聯(lián)絡柜2臺、出線柜 N 臺）；安裝4臺2000kVA干式變壓器；低壓抽屜式開關柜2套（每套包含2臺進線柜、2臺油機市電轉換柜、1 臺低壓聯(lián)絡柜、N臺低壓饋電柜、4臺低壓電容器柜）；安裝4臺1600kW柴油發(fā)電機組。

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