供配電系統(tǒng)的原理以及數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和社會(huì)生活中的主要能源和動(dòng)力，是應(yīng)用非常廣泛的二次能源。電能可以比較容易地從其他形式的能量轉(zhuǎn)換而得，又能很方便地轉(zhuǎn)變成其他形式的能量，并可以很經(jīng)濟(jì)地遠(yuǎn)距離傳輸。

電能的控制、分配、測(cè)量都很方便。建筑物所需電能由電力系統(tǒng)提供，由于發(fā)電廠距用戶較遠(yuǎn)，需要通過輸電線路和變電所等中間環(huán)節(jié)，才能把電力輸送給用戶。同時(shí)，為了提高供電的可靠性和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，常將許多的發(fā)電廠和電力網(wǎng)連接在一起并聯(lián)運(yùn)行。

所謂電力系統(tǒng)就是由各種電壓等級(jí)的輸電線路將發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。如圖1所示。

圖1：電力系統(tǒng)示意圖

1.電力網(wǎng)或電網(wǎng)

電力系統(tǒng)中各電壓等級(jí)的電力線路及其聯(lián)系的變電所稱為電力網(wǎng)或電網(wǎng)。電網(wǎng)通常分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩大部分。由35kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成的稱為輸電網(wǎng)， 其作用是將電力輸送到各個(gè)地區(qū)或直接供電給大型用戶。35kV以下的輸電線路稱為配電網(wǎng)，其作用是直接供電給用戶。

2.變電所

將來自電網(wǎng)的電源經(jīng)變壓器變換成另一電壓等級(jí)后，再由配電線路送至各變電所或直接供給用戶的電能供配電場(chǎng)所稱為變配電所，簡(jiǎn)稱變電所。

3.配電所

引入電源不經(jīng)過變壓器變換，直接以同級(jí)電壓重新分配給各變電所或供給各用電設(shè)備的場(chǎng)所稱為配電所。

建筑中由于安裝了大量的用電設(shè)備，電能消耗量大，為了接受和使用來自電網(wǎng)的電能，內(nèi)部需要一個(gè)供配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高壓供電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、變配電所和用電設(shè)備組成。通常對(duì)大型建筑或建筑小區(qū)，電源進(jìn)線電壓多采用10kV，電能先經(jīng)過高壓配電所，再由高壓配電所將電能分送給各終端變電所。經(jīng)配電變壓器將10kV高壓降為一般用電設(shè)備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設(shè)備使用。

智能建筑供配電系統(tǒng)

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智能建筑的負(fù)荷等級(jí)劃分

由于智能建筑用電設(shè)備多、負(fù)荷大、對(duì)供電的可靠性要求高，因此應(yīng)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分析，合理、準(zhǔn)確地劃分負(fù)荷等級(jí)，以便組織供配電系統(tǒng)，使之既能做到供電合理，不造成浪費(fèi)，或使初投資不增加。負(fù)荷等級(jí)劃分的原則主要是根據(jù)中斷供電后在政治、經(jīng)濟(jì)上造成影響的程度而定。按照《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 16-1992)對(duì)負(fù)荷等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：

①一級(jí)負(fù)荷。中斷供電將造成人身傷亡者；中斷供電將造成重大的政治影響者；中斷供電將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失者；中斷供電將造成公共場(chǎng)所的秩序嚴(yán)重混亂者。

②二級(jí)負(fù)荷。中斷供電將造成較大政治影響者；中斷供電將造成較大經(jīng)濟(jì)損失者；中斷供電將造成公共場(chǎng)所的秩序混亂者。

③三級(jí)負(fù)荷。凡不屬于一級(jí)和二級(jí)的負(fù)荷。

在智能樓宇用電設(shè)備中，屬于一級(jí)負(fù)荷的設(shè)備有：消防控制室、消防水泵、消防電梯、防排煙設(shè)施、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火裝置、火災(zāi)事故照明、疏散指示標(biāo)志和電動(dòng)的防火門窗、卷簾、閥門等消防用電設(shè)備；保安設(shè)備；主要業(yè)務(wù)用的計(jì)算機(jī)及外設(shè)、管理用的計(jì)算機(jī)及外設(shè)；通信設(shè)備；重要場(chǎng)所的應(yīng)急照明。屬于二級(jí)負(fù)荷的設(shè)備有：客梯、生活供水泵房等?？照{(diào)、照明等屬于三級(jí)負(fù)荷。

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智能建筑用電設(shè)備的特點(diǎn)

智能建筑通常是高層建筑，與一般建筑相比，其用電設(shè)備具有如下的特點(diǎn)：

①用電設(shè)備種類多，有電氣照明設(shè)備、電梯設(shè)備、給排水設(shè)備、冷熱源設(shè)備、洗衣房設(shè)備、廚房設(shè)備、暖通空調(diào)設(shè)備、消防用電設(shè)備以及弱電設(shè)備等。

②用電量大，且負(fù)荷密度高。智能建筑的用電負(fù)荷比較集中，一般情況下，空調(diào)用電負(fù)荷約占總用電量的50％，照明負(fù)荷約占總用電量的20％～30%,電梯、水泵以及其他動(dòng)力設(shè)備約占總用電量的25％～35％。一般，像高層旅游賓館和酒店、高層商住樓、高層寫字樓等智能建筑的負(fù)荷密度都在60W/m2以上，有的高達(dá)150W/m2。

③供電可靠性要求高。智能建筑中有相當(dāng)數(shù)量的負(fù)荷屬于一級(jí)負(fù)荷，如消防用電等。所以智能建筑供電可靠性要求高，一般均要求有兩個(gè)及兩個(gè)以上的高壓供電電源，并設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組（或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組）作為備用電源。

④電氣線路多，電氣系統(tǒng)復(fù)雜。由于智能建筑的功能比較復(fù)雜、用電設(shè)備種類多、供電負(fù)荷多且可靠性要求高，導(dǎo)致智能建筑的電氣系統(tǒng)很復(fù)雜。電氣系統(tǒng)復(fù)雜了，電氣線路也就多了。不僅有高壓供電線路、低壓配電線路，而且還有火災(zāi)報(bào)警線路、防盜報(bào)警線路等弱電系統(tǒng)線路。

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智能建筑用電設(shè)備分類

智能建筑的用電設(shè)備很多，根據(jù)用電設(shè)備的功能可將其分為3類，即：保安型、保障型和一般型。

①保安型負(fù)荷。保證大樓內(nèi)人身安全及智能化設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的負(fù)荷。這類負(fù)荷有：消防負(fù)荷、通信及監(jiān)控管理用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等用電負(fù)荷。

②保障型負(fù)荷。保障大樓運(yùn)行的基本設(shè)備負(fù)荷。這些負(fù)荷有：主要工作區(qū)的照明、插座、生活水泵、電梯等。

③一般負(fù)荷。除上述負(fù)荷以外的負(fù)荷，如：一般的電力、照明、暖通空調(diào)設(shè)備、冷水機(jī)組、鍋爐等。

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智能建筑供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

①由于用電量大，一般供電電壓都采用10kV標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，有時(shí)也可采用35kV，變壓器裝機(jī)容量大于5000KVA。并設(shè)內(nèi)部變配電所。

②按照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的有關(guān)要求，為了確保智能建筑消防設(shè)施和其他重要負(fù)荷用電，智能高層建筑一般要求兩路或兩路以上獨(dú)立電源供電，當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)能自動(dòng)投入運(yùn)行，不至同時(shí)受到損壞。另外，還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組，要求在15秒鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)供電，保證事故照明、電腦設(shè)備、消防設(shè)備、電梯等設(shè)備的事故用電。

③高層建筑的用電負(fù)荷一般可分為空調(diào)、動(dòng)力、照明等。動(dòng)力負(fù)荷主要指電梯、水泵、排煙風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)等設(shè)備。普通建筑的動(dòng)力負(fù)荷都比較小，且一般大部分放在建筑物的底部，因此變壓器一般也都設(shè)置在建筑物的底部。但是隨著建筑高度的增加，在超高層建筑中，電梯設(shè)備較多，電梯負(fù)荷隨之增大，此類負(fù)荷大部分集中于大樓頂部。

水泵容量也隨著建筑的高度增大，豎向中段層數(shù)較多，通常設(shè)有分區(qū)電梯和中間泵站。在這種情況下，為了減少變配電系統(tǒng)的電能損失，采用變壓器深入負(fù)荷中心的方式，宜將變壓器按上、下層配置或者按上、中、下層分別配置，變壓器進(jìn)入樓內(nèi)而且上樓。供電變壓器的供電范圍大約為15-20層。

④由于供電深入負(fù)荷中心，變壓器進(jìn)入樓內(nèi)，為了防火的需要，不能采用一般的油浸式變壓器和油斷路器等在事故情況下能引起火災(zāi)的電氣設(shè)備，而采用干式變壓器和真空斷路器。

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智能建筑的高壓主接線

圖2:高壓主接線方式

智能建筑具有電氣設(shè)備多、人員密度大、火災(zāi)隱患多、對(duì)消防安保要求高、用電負(fù)荷大等特點(diǎn)，對(duì)供電可靠性及供電質(zhì)量要求都很高。通常采用一路主供、一路備用的方式集中供電。

圖2是智能建筑中常用的高壓主接線方式。兩路電源同時(shí)工作，當(dāng)其中一路發(fā)生故障時(shí)，由母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)對(duì)故障回路供電。具有單母線分段、自動(dòng)切換、互為備用的特點(diǎn)，可保證較高的供電可靠性。

自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

目前城市電網(wǎng)的供電狀況雖然較穩(wěn)定，但對(duì)一個(gè)建筑物來說，即使城市電網(wǎng)已提供兩路電源，并且有時(shí)這兩路電源來自不同的上一級(jí)變電站，但實(shí)際運(yùn)行中，一路電源檢修時(shí)不排除另一路電源出現(xiàn)故障的情況，而且還有可能兩路電源同時(shí)出現(xiàn)故障(因?yàn)樵偕霞?jí)電源往往是同一電源)。因此，為了確保大廈供電的可靠、安全，設(shè)置自備柴油發(fā)電機(jī)組是必要的。

自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)始終處于準(zhǔn)備啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)市電中斷時(shí)，機(jī)組應(yīng)立即起動(dòng)，并在15s內(nèi)啟動(dòng)且供電；當(dāng)市電恢復(fù)后，機(jī)組延時(shí)2～15分鐘（可調(diào)）不卸載運(yùn)行，延時(shí)時(shí)間到后主開關(guān)自動(dòng)跳閘，機(jī)組再空載冷卻運(yùn)行10分鐘后自動(dòng)停車。

智能建筑的低壓主接線

智能建筑變配電所的低壓主接線一般采用分段單母線接線方式，母聯(lián)開關(guān)手動(dòng)或自動(dòng)切換。低壓配電的接線方式可分為放射式和樹干式兩大類。放射式配電是一獨(dú)立負(fù)荷或一集中負(fù)荷。它們均由一單獨(dú)的配電線路供電，一般用在單臺(tái)設(shè)備容量較大、容量比較集中或供電可靠性高的場(chǎng)所。例如大型消防泵、生活水泵和中央空調(diào)的冷凍機(jī)組，供電可靠性要求高，且單臺(tái)機(jī)組容量較大，因此通常都采用放射式專線供電。

樹干式配電是一獨(dú)立負(fù)荷或一集中負(fù)荷按它所處的位置依次連接到某一條配電干線上。樹干式配電所需配電設(shè)備及線纜消耗量較少，系統(tǒng)靈活性好，但干線發(fā)生故障時(shí)影響范圍大，一般適用于用電設(shè)備比較均勻，容量不大，又無特殊要求的場(chǎng)合。

目前智能建筑低壓配電方案是：在干線上基本采用放射式，而樓層間配電則為混合式。混合式即放射-樹干的組合方式。圖3（a）~圖3（c）分別為放射式、樹干式和混合式接線圖。

(a)放射式 (b)樹干式 (c)混合式

數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

一、一般規(guī)定

1、數(shù)據(jù)中心應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174的規(guī)定劃分為A、B、C三類級(jí)別。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的重要性確定所屬級(jí)別。

2、數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括：配變電系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)等。

條文說明：各系統(tǒng)主要包括下列內(nèi)容：

①配變電系統(tǒng)：10kV~20kV配電柜、變壓器、0.4kV配電柜等。

②備用電源系統(tǒng)：10kV柴油發(fā)電機(jī)組、0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)組并機(jī)柜等。

③不間斷電源系統(tǒng)：交流不間斷電源、直流不間斷電源、輸入配電柜（屏）、輸出配電柜、蓄電池組等。

3、A級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)宜按容錯(cuò)要求配置，B級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)按冗余要求配置。

二、基本要求

1、A級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）應(yīng)由雙路電源供電，并應(yīng)配置10kV或0.4kV備用電源；備用電源可采用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路。

（2）低壓配變電系統(tǒng)宜采用M（1+1）冗余（M=1、2、3……），系統(tǒng)主接線應(yīng)采用單母線分段，并應(yīng)設(shè)分段開關(guān)。

（3）低壓配變電系統(tǒng)依據(jù)其工作特點(diǎn)可采用DR、RR系統(tǒng)配置。

條文說明：

①DR配置即有3組低壓配變電系統(tǒng)互為備份，當(dāng)其中1組系統(tǒng)出現(xiàn)故障，利用剩余2組系統(tǒng)供電，保證后級(jí)設(shè)備的正常運(yùn)行。

②RR配置即有1組低壓配變電系統(tǒng)為其他幾組系統(tǒng)冗余備份，當(dāng)其中1組系統(tǒng)出現(xiàn)故障，利用備份系統(tǒng)供電，保證后級(jí)設(shè)備的正常運(yùn)行。

（4）不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)按2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4……）配置，當(dāng)滿足下列要求時(shí)，可采用不間斷電源和市電電源相結(jié)合的配置方式。

1）設(shè)備或線路維護(hù)時(shí)，應(yīng)保證電子信息設(shè)備正常運(yùn)行；

2）市電直接供電的電源質(zhì)量應(yīng)滿足電子信息設(shè)備正常運(yùn)行的要求；

3）柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能承受容性負(fù)載的影響；

4）電子信息設(shè)備向電網(wǎng)注入的諧波量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（5）不間斷電源系統(tǒng)電池備用時(shí)間應(yīng)不小于15min。

條文說明：不間斷電源系統(tǒng)需保證市電失電、發(fā)電機(jī)組正常供電之前的系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。后備時(shí)間主要包括兩路市電停電、發(fā)電機(jī)組延時(shí)啟動(dòng)、發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)成功及并機(jī)完成時(shí)間、市電與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換時(shí)間。

（6）機(jī)房設(shè)備用空調(diào)系統(tǒng)配電應(yīng)由雙路電源供電，冷凍水循環(huán)泵及末端空調(diào)宜采用不間斷電源供電。

（7）容錯(cuò)配置的配變電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)等，應(yīng)分別布置在不同的物理隔間內(nèi)。

（8）監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括：機(jī)房環(huán)境量監(jiān)控、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、主機(jī)集中監(jiān)控和管理系統(tǒng)。A級(jí)數(shù)據(jù)中心宜監(jiān)控每只蓄電池的電壓、內(nèi)阻。

A級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電要求可按表1規(guī)定：

2、B級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）供電宜采用雙路電源，當(dāng)只有一路電源時(shí)，應(yīng)設(shè)置備用電源。

（2）低壓配變電系統(tǒng)宜采用M（1+1）冗余（M=1、2、3……）。

（3）不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)按N+1冗余配置，也可采用N不間斷電源和市電電源相結(jié)合的配置方式，市電電源應(yīng)滿足二1（4）中1至4款的要求。

（4）當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源時(shí)，不間斷電源系統(tǒng)的電池備用時(shí)間宜不小于15min。

（5）機(jī)房設(shè)備用空調(diào)系統(tǒng)電源宜采用雙路供電。

（6）監(jiān)控內(nèi)容應(yīng)包括：機(jī)房環(huán)境量監(jiān)控、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、主機(jī)集中監(jiān)控和管理系統(tǒng)。B級(jí)數(shù)據(jù)中心宜監(jiān)控每組蓄電池的電壓、內(nèi)阻。

B級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電要求可按表2規(guī)定：

3、C級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）應(yīng)配置不間斷電源系統(tǒng)。

（2）電池備用時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定。

C級(jí)數(shù)據(jù)中心供配電要求可按表3規(guī)定：

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編輯：黃飛

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