通信机房供电面临两大挑战密集绝缘母线槽方案被看好

2012-03-06中国移动设计院黑龙江分公司崔忠慧

通信世界 2012年26期

中国移动设计院黑龙江分公司 | 崔忠慧

黑龙江省建筑设计研究院 | 杨东

电信运营商机房面临电缆敷设量过大，协调困难等挑战，而密集母线槽具有散热能力强、产品环保、布线灵活等特点，可有效减少电缆的使用量。

目前，一些旧信息网络综合楼大都采用集中供电，一般电力机房设置在一层，而信息负载在楼上，电力机房与信息负载距离过大，信息机房直流电缆使用数量巨大。另一方面，还有一些中国移动与中国联通合用的机房楼，在施工过程中难免要穿过中国联通机房敷设电缆，如中国移动交换机房在四层，而电力机房在一层，二、三层为中国联通机房，在工程实施阶段需与中国联通公司协商，每施工一次需协商一次，由于两家是竞争关系，存在沟通协调困难，影响工程进度。

为避免电缆敷设量过大，协调困难等因素，笔者建议应采用一种一次性的方式将直流电源由电力机房将电能输送到负载机房侧。在机房直流供电系统中采用密集母线槽，是一种能有效减少电缆的使用量的选择方式，具有散热能力强、产品环保、布线灵活等特点，在集中供电模式的综合楼内具有实际应用意义。目前，该解决方案已经越来越多地应用在运营商机房中。

直流供电中的母线槽分类

母线槽常用在高层建筑的交流供电系统中，母线槽是由金属板（钢板或铝镁合金板）为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。母线槽按绝缘方式可分为空气式母线槽、密集绝缘母线槽和高强度母线槽三种。

通过分析母线槽在交流系统中的成功应用案例，运营商在直流供电系统中选用密集型绝缘母线槽作为电能的传输介质，可以将电能更可靠、安全地输送到负载侧。

密集型绝缘母线槽封闭母线由工厂成套生产，质量有保证，运行维护工作量小，施工安装简便。另外，密集型绝缘母线槽外壳采用多点接地，使外壳基本处于等电位接地方式，大为简化结构，并杜绝人身触电危险。

一般情况下，直流供电系统由交流屏、整流屏、直流屏组成。采用密集母线槽后，需对常规直流供电系统进行调整：在交换机房安装一架或两架大容量直流分屏，直流分屏内设置大回路输出；在电力机房直流供电系统中安装一架母联屏，其功能为专用母线输出，其柜体内不设置输出回路；采用密集母线槽将直流分屏与母联屏连接；交换机房的直流列头柜取电均引自本机房内的直流分屏。

密集母线槽的成功应用

应用一，密集母线槽方案应用在吉林省长春市七道街综合楼。七道街综合楼电力机房设置在综合楼四层，交换机房设置在综合楼五层。电力机房与交换机房虽然为临近楼层，但是该综合楼建设年代久远，电力机房为后改造、启用的机房，楼层间新开楼板孔难度较大，而且楼板孔的大小、数量均不能满足工程需求。因此，我们采用密集母线槽方案。

图1 密集母线槽解决了不同运营商机房资源协调问题。

具体而言，我们在综合楼五层的交换机房安装两架直流分屏，该屏设计容量为2000A，采用截面积为2400mm2的密集母线槽，从综合楼四层的电力机房开关电源上直流屏连接。综合楼五层交换设备的直流列头柜取电是在从直流分屏上取电。最后新方案解决上述难题。

应用二，该方案应用在吉林省长春市普阳局。普阳局为中国联通与中国移动合用机房，中国移动电力机房设置在一层，二层、三层为中国联通机房，四层为中国移动交换机房。如果采用常规电缆连接方式，在一层与四层机房之间敷设大量电缆，而且每期工程还需与中国联通进行协商，工程安装非常麻烦。

因此，中国移动采用也在该机房采用密集母线槽安装方案。

具体而言，我们在四层交换机房安装两架直流分屏，该屏设计容量为2000A，采用截面积为2400mm2的密集母线槽，从一层电力机房开关电源上直流屏连接。四层交换设备的直流列头柜取电是在从直流分屏上取电。该新方案同样解决上述工程安装复杂的难题。

密集母线槽截面设计

通过上述案例，我们可以看到，采用密集母线槽作为直流电源传输介质选择密集母线槽截面积非常重要，这里我们通过全程压降的分配和电流矩法计算进行说明。

我们以开关电源为2000A系统考虑，蓄电池组为3组2000Ah进行设计。

直流供电系统中，蓄电池组到设备负载全程压降为3.2V。设计中需关注五方面的压降。

一是设备自身压降：直流供电设备压降≤0.5V，从蓄电池组到负载共经过开关电源、直流分屏、直流列头柜三种直流设备，压降为1.5V；

二是蓄电池组与开关电源之间的压降：一般蓄电池组与开关电源之间的距离较短，15米至20米左右。电池组放电电流按600A设计，适当增加蓄电池组与开关电源之间的电缆数量，可以将蓄电池组与开关电源之间的压降控制在0.5V以内；

三是直流分屏与直流列头柜之间的压降：由于直流分屏与列头柜在同一楼层，他们之间的电缆长度不会太长，按照均长为20米，列头柜设计电流按300A设计，可以将直流分屏与直流列头柜之间的压降控制在0.5V。

图3 密集母线槽是一种能有效减少电缆的使用量供电线缆布线方式。

四是列头柜与负载之间的压降：由于列头柜与负载在同一列，距离很短，而且每个单独交换负载电流很小，此段之间的压降忽略不计。

五是通过上面的分析，能分配给开关电源与直流分屏之间的压降为：3.2V-1.5V-0.5V-0.5V=0.7V。

因此，密集母线槽截面积采用电流距法计算得出，计算方法为S=(I×2×L)/ (△U×57)。该公式中，S是电缆截面，I是负载电流，L是电缆长度(单程)，ΔU是电缆压降（开关电源至直流分屏之间取定为0.7V），57是铜导电系数。

按照上面参数：I=1200A，L=30米，ΔU=0.7V；计算出S=1805mm2，密集母线槽选型为2000mm2。

通过这种方法，无论多大容量的开关电源系统，设计人员只要将全程压降合理分配，便可计算出密集母线槽的截面积。

密集母线槽监控管理

目前，密集母线槽监控方式有两种，第一种是整体监控模式，该模式是监控单元在整流模块侧采集数据，并将该数据通过智能接口上传到监控中心。可将直流屏看做是独立的配电设备，只需将直流分屏上具有智能接口的电表中数据上传到监控中心即可。该电表能够读出直流分屏上总体电流、电压值，及每个输出回路的电流值等参数。

第二种是反馈式监控模式，该模式为监控单元在整流模块侧采集数据A，然后在各直流屏上采集数据B（包括直流分屏），监控单元将数据A与数据B进行比较，如有异常将报警。如果是此种监控方式，由于直流分屏与开关电源系统采用母线连接距离远，存在直流分屏的监控数据如何传回开关电源上的监控单元内。这种模式需重新布放直流分屏与监控单元的信号线。将直流分屏内的监控数据反馈到监控单元内，最终由监控单元向监控中心反馈数据。

密集母线槽工程实施

在工程实施中，一般情况下密集母线槽在竖井中敷设。在竖井中敷设时进入电缆竖井处做全封闭处理（包括端口处增加防火封堵措施），密集母线槽外壳做接地处理。运营商工程实施应考虑采购管理、系统优化和可靠性分析。

在采购方面，运营商对于密集母线槽采购应明确具体设备的说明，避免设备到现场后无法安装的情况发生。一是采购电源设备时，运营商在设备采购前最后能与建设单位明确供货厂家，便于与厂家直接沟通，使其明白设计意图，对监控方式如何处理，密集母线如何与开关电源系统连接，连接在什么位置，与直流分屏的关系等。在采购密集母线槽时，运营商首先明确母线槽要符合CECS 170:2004《低压母线槽选用、安装及验收规程》的相关要求，其次明确母线槽相关参数，如母线槽的截面积，参考长度（母线槽实际长度由供货厂家实地测量后确定）。

在系统优化方面，我们首先在电力机房安装一整套的直流供电设备，并多安装一架母联屏，用来连接密集母线槽。

图4 密集母线槽在电力系统和负载设备间搭建了安全通道。

密集母线槽在与电源设备连接时，均采用软连接。软连接可以采用电缆、也可以采用铜编织带。由于密集母线槽自身的截面积较大，若采用电缆连接需与之匹配的截面积，那么电缆的根数也很多，而且此连接距离很短（0.5m 1m之间），单根电缆截面积大后，硬度变大，不便于工程实施。

我们建议运营商在实际施工过程中采用铜编织带软连接，截面积能满足要求，便于实施。

工程实施的可靠性分析分四个方面，一是从供电系统设计方面论证。直流整体供电系统均按照规范要求设计，满足全程压降的要求，设计容量满足工程需求及机房未来发展的负荷需求。

二是从接地系统设计方面（含防雷措施）论证。电源设备分别均单独接地，并汇流到机房内的中接地汇流排，同时密集母线槽的外壳做接地处理，在竖井中布放是每层均须接地。

三是从电源设备的购置方面论证。电源设备的采购，需要厂家按照设计单位提供的供电系统图和技术要求进行供货，密集母线的测量，待设备安装固定好后，母线厂家现场实际测量勘察给出，有效地避免偏差。

与传统的电缆相比，在大电流输送时充分体现出它的优越性，即降低了压降，同时由于采用了新技术、新工艺，大大降低的母线槽两端部连接处及分线口插接处的接触电阻和温升，并在母线槽中使用了高质量的绝缘材料，从而提高了母线槽的安全可靠性，使整个系统更加完善。

四是从电源维护方面论证。采用密集母线槽后，竖井中无电缆布放，只有一条密集槽，简介、美观、便于维护。密集母线槽很好地解决电磁干扰，杜绝了电力电缆集束安装的发热问题，采用密集母线槽可以更加有效地利用上线井面积，综合比较可节省上线井面积50%以上，尤其是上线井的纵向空间，走线架空间利用率低，密集母线槽空间利用率高，同时节省大量电力电缆和走线架的布放；还有耐压等级更高，机械性能、防火性能更优异，提高供电系统安全可靠性及减少维护人员工作量。