1、现代通信机房电力系统配置方式及趋势

现代通信机房不同电力配置方式及发展趋势主讲人：杜秋[e-mail]目录一．IDC机房的历史及其演变；二．IDC机房的历史问题；三．IT系统及IDC机房的基本组成；四．IDC机房中电力系统组成及其结构形式；五．UPS的技术原理及常用的组合结构；六．UPS的蓄电池七．IDC机房的配电以及ATS\STS的应用和特性；•IDC机房的发展与计算机技术的发展、信息产业政策、国家经济发展等息息相关，总体可分为四个阶段；•第一阶段（早期机房）：1959—1979；•第二阶段（中期机房）：1980—1990；•第三阶段（近期机房）：1990—1999；•第四阶段（现代机房）：2000年后；一、IDC的历史及其演变1.1、第一阶段•计算机技术的发展历程：晶体管——集成电路——大规模集成电路。主要为国产设备，用于国防、科研及特殊领域；•里程碑：–59年9月，我国第一台大型电子管计算机104研制成功；–65年6月，我国自行成功研制第一台晶体管大型计算机109乙机；–74年8月，DJS130小型多功能计算机研制成功，共生产1000台；–78年1月，以inter8080为CPU的微机，配I/O部件的DJS-054微机研制成功；•环境要求：该时期的计算机对环境要求苛刻，温、湿、尘都严格控制，没有机房环境标准，每台设备都需要专门的场地，这就是当时的机房；1.2、第二阶段•硅技术的发展，使微机、超微机、小型机、大型机、超大型机诞生，改革开放使计算机脱去了神秘面纱；•里程碑：–80年，MS-DOS/PC-DOS开发成功；–82年，Compaq公司发布IBM-PC兼容机；–83年，我国第一台PC机—长城100诞生；–88年，我国第一套国产以太局域网系统诞生；–89年，创立WordWideWeb，超文本链接上网；•这个时期计算机、机房和网络开始工业化和标准化，出台了《计算机站场地技术要求》标准，这个时期开始引进机房专用空调、UPS电源设备（逆变器从可控硅到晶体管脉宽波的转型期）等，初步形成计算机机房的概念，主要在国防、金融、电信等行业应用；1.3、第三阶段•这个阶段计算机通信技术大幅发展，计算机作为网络中的一个节点运行，从X.25—帧中继---ATM网络，从拨号---卫星---光纤专线，计算机和通信成为不可分割的一体，我国和世界的差距越来越小；•里程碑：–1990年，微软windows3.0发布，兼容MS-DOS；–1991年，上海长途首次开通电子邮件业务；–1992年，windows3.1发布、1995年，win95发布；–1996年，全国骨干网chinanet建成开通、1998年，信产部解决千年虫问题；–1999年，中国电信和经贸委发动“政府上网工程”；•此时的计算机技术已经成熟，电源广泛采用开关电源（-48V直流），120-240V、50-69Hz的电源环境下可运行，疑惑：机房电源的发展方向？稳压？稳频？零地电压的超高（2V）的烦恼（金融系统的卫星小站设备损害率极高）！隔离变压器、综合接地等有效措施摸索了多年。1.4、第四阶段•21世纪，计算机技术的飞速发展，人们已经不太关注计算机自身性能，而是更关注他的应用，数据中心（DataCenter原是全球协作的特定设备网络）的概念由此引入并延伸。•目前，各大行业（金融、保险、通信、公安、税务、国家安全）均在建设基于自身业务需求的网络数据中心，这就是IDC；•IDC的概念：互联网数据中心（InternetDataCenter）简称IDC，就是通过互联网通信线路、带宽资源，建立标准化的专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务；•IDC的功能：通过使用电信部门的IDC服务器托管业务，企业或政府单位无需再建立自己的专门机房、铺设昂贵的通信线路，也无需高薪聘请网络工程师，即可解决自己使用互联网的许多专业需求。主要应用范围是网站发布、虚拟主机和电子商务等。•早期——没机房标准、手工作坊式；中期——有了电力、空调、消防、环境等基本标准；现代——智能化、集成化、高效安全、节能减排；二、IDC的历史问题-11.数据中心所要支持的业务系统要求与企业IT架构的设计、基础设施的设计严重脱节。建数据中心的目标不明晰、领导意识起重要作用、规模、资金、业绩、倒推。2.设计标准落后，基础研究空白，缺乏统计数据。多用93年标准，现流行TIA-942，大多写电信业的通信、写综合布线、写光纤网络接入，基础设施方面提的比较少。基础研究空白，国内没有专门的跟数据中心对口专业机构。缺乏统计数据，现在的数据发展很快，虽然有很多数据中心，但是没有统计过其运行的能耗、效率、成长生命周期、成本与盈利。3.设计建造依靠经验，缺乏科学的方法和工具。空调冷量平衡计算和风量计算，基本凭经验算。数据中心三维空间内任意一点的风压分布，有没有办法做计算？（CFD模拟）。4.技术经济指标、节能措施缺乏计算和考虑。不考虑建设有效单位成本，单位耗电量是多少，所有的只是经济指标，在收支两条线…。5.目前，最热的话题是节能，据统计，截止2005年，美国36%的电力全部消耗在各个数据中心，数据中心的节能是非常重要的。如果考虑到环境成本，问题可能更加严重。目前计算机设备越来越便宜，电力越来越贵，按照这个趋势发展，未来十年，一个数据中心能不能开得起是能不能付得起电，而不是能不能买得起计算机，观贯彻科学发展观理念！二、IDC的历史问题-2三、IT系统的基本组成NetworkIT系统People（人员）Process（流程）InformationTechnology（信息系统）NetworkCriticalPhysicalInfrastructure网络关键基础物理设施—机房环境设施三、IDC的基本组成：基础物理设施—NCPI（NetworkCriticalPhysicalInfrastructure)①物理结构：建筑物结构、空间、地域环境、承重、层高等；②电力系统：高低压变配系统、柴油机组、UPS设备、电池系统、UPS设备及配电、机架配电、直流配电等③空调系统：制冷技术、空调设备、气流组织、送风方式、机架微环境、布局工艺、综合布线、架空地板等；④消防系统：消防类型、灭火介质、系统联控、消防监控及联动等；⑤监控系统：设备监控（UPS、空调）、电力监控、闭路电视安保监控、门禁监控、个性开发等；四、IDC机房的电力系统组成及其结构形式高低压变输配电系统内容高压（HV)超高压（EHV)特高压（UHV)直流高压（HVDC)国际标准35~220KV330~750KV≧1000KV±500KV国内标准110\200KV330\500\750KV≧1000KV±800KV西北电网电压序列750\330\110\35\10\0.38KV和220\110\35\10\0.38KV其他电网电压序列500\220\110\35\10\0.38KV最终用户变配电10\0.38（＜6300KVA容量），35\0.38KV（≧6300kva容量）2、直流电网：10年3月10日，世界第一条±500KV（目前较高电压等级的还有±800KV）、180万kw(额定300万kw双回路直流输电线路——葛沪直流综合改造（三沪Ⅱ回直流）线路工程正式通过竣工验收，4月1日正式送电。工程西起湖北省荆门换流站——东至上海枫泾换流站，全长976千米，额定输送功率300万千瓦。工程投产后，湖北至上海的500KV输电线路送电能力将由过去的720万KW增加到900万KW，送电能力相当于上海用电负荷的45%左右。1、交流电网高低压变输配电系统3、国家电网交流线路输配示意图输电电压KV输送容量MW输送距离km11010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500150~8507502000~2500500以上4、国家电网常用的电压等级及输送距离终端高低压变配电结构进线柜隔离小车避雷柜接地柜开关柜A-1开关柜A-2A路10KV进线柜隔离小车避雷柜接地柜开关柜B-1开关柜B-22变压器1主开关1-1电容柜1开关柜1-2开关柜1-3开关柜1-4开关柜1-5开关柜…开关柜1-n变压器2主开关2-1电容柜2开关柜2-2开关柜2-3开关柜2-4开关柜2-5开关柜…联络柜变压器3主开关3-1电容柜4开关柜3-2开关柜3-3开关柜3-4开关柜3-5开关柜…开关柜3-n变压器4主开关4-1电容柜4开关柜4-2开关柜4-3开关柜4-4开关柜4-5开关柜…联络柜B路10KV高低压的用电及精细化管理•S总=2*5000KVA（如，定值）：该机房的装机总额定容量；S实（KVA）：电表记录的负载的实际视在功率；P实（KW）：电表记录的负载实际有功功率；Q实（Kvar）：电表记录的负载实际无功功率；COSФ：功率因数；S契（KVA）：每月的电力契约值；F基（元）：每月的基础电费；F实（元）：实际消耗的电力费用；F调（元）：根据功率因数进行电费调节的力率调整费用；F罚（元）：是电业部门对用户执行的超过契约用电量的罚款；F总（元）：当月总的用电费；电费计算公式及参数介绍1、函数关系：S实=（P实2+Q实2）1/2；COSФ=P实÷S实；2、电费计算公式：F总=F实+F基+F罚+F调；F实=∑Dj电费单价×P实；F基=39×S契（KVA）；F罚=（S实-S契）×39×2；；F调=F实×（0.85-COSФ）÷2；•F基=39×S契（KVA），39是电业部门的规定，按用电需求契约申请的基础费用；•最佳状态是F罚=0，而F基保持最佳数值（即S实=S契）；•在安全运行的前提下，科学地计算和预测次月的用电需求，合理申请契约容量，可最大限度地节约基础电费。就某机房的实例分析如：本月的使用容量为：S实=2800KVA；经预测，次月使用量约3150KVA：1、常规管理：甲、乙两路市电各申请的契约容量为：S契=3150KVA，做到一主一备，当某路线路故障或中断时，翻至另一路供电。此时，2台变压器工作、另2台变压器备用，则该月的基础电费为:F基=39×3150×2=24.6万元，F罚=0；2、改进管理：如果根据情况，按实际需求申请：•甲路—S契=1400KVA，乙路—S契=1750KVA，当市电无故障时：F基=39×（1400+1750）=12.3万元，F罚=0；•当某路市电故障时，其最高的费用支出为：F基=12.3万元，F罚=1750*78=13.5万元；•当双路市电均出现故障时，其最高的费用支出为：F基=12.3万元，F罚=3150*78=24.6万元；备注：凡因供电方故障引起的电力中断，在上海可至电业局申请免于罚款！调整前后的费用比较内容常规模式改进模式预计总使用容量3150KVA（本月使用量2800KVA、预计新增量350KVA）各分路容量分配A线B线A线B线3150KVA3150KVA1400KVA1750KVA运行模式一主一备双路运行基础费24.6万元12.3万元当甲线路出现故障24.6万元23.2万元当乙线路出现故障24.6万元25.8万元双路均出现过故障24.6万元36.9万元COSФ值的概念和模形建立QPMS'SP：有功功率；Q：无功损耗；M：谐波损耗；S‘：无谐波视在功率；S：总的视在功率；S=（S‘2+M2）1/2=（P2+Q2+M2）1/2柴油机组（简）•柴油机是IDC机房不可或缺的应急后备电源，特别是在西部或者市电不稳定的地区。主要有：燃气轮机组、柴油机组等；•匹配发电机时，要考虑其容量所保护的范围：整个机房？仅仅网络设备？部分重要负载？•发电机组要考虑与UPS容量的配比，注意发电机输出的负载特性和带载能力等问题，防止谐振！感性负载Ė＞ύ容性负载Ė＜ύĖ等于ύ与İ×Z的矢量和五、UPS的技术原理及常用的组合结构5.1、UPS设备分类UPS定义：即UninterruptiblePowerSupply缩写，其分类多样性：1.按动静分：旋转型、动静型、静止型；2.按功率分：大、中、小功率；3.按输出波形分：方波、正弦波；4.按输入\出电压的相数分：三相、单