240V高压直流电源系统在通信工程中的设计应用

240V高压直流电源系统在通信工程中的设计应用
摘要通信用240V高压直流电源系统在可靠性、转换效率等方面较传统的交流UPS系统有更大的优势，其经济效益和社会效益显著，虽然尚未有后端IT设备厂商宣布支持通信用240V高压直流电源，但高压直流电源技术早已被通信运营商所接受，目前正在广泛推广使用中。

本文结合工程设计案例，对高压直流供电系统工程设计中应注意的问题展开探讨。

关键词高压直流；建设；标准；节能减排
2010年底，我院接到某地运营商委托的为某区政府新1个IDC机房的建设任务。

根据调研得悉，新IDC机房定位为该区政府办公OA网和教育网的数据中心，该IDC机房作为该区社会信息网络化的坚实后盾，客户就供电系统的稳定性及可扩展性提出较高的要求。

根据现场勘察及调研，该新IDC机房终期规划能安装30个设备机架，本期工程将安装10个机架及设备。

每个设备机架的用电按照电流16A/220V （3.52KV A）规划，则本期工程需为该IDC机房新建一套电源系统，在初期提供3.52KV A×10=35.2KV A的电源容量，并且该电源系统要能满足IDC远期用电3.52KV A×30=105.6KV A的需求。

1电源系统建设方案的选择
1）UPS电源系统。

长久以来，在IDC机房的电源系统建设中UPS系统是我们的唯一选择，随着IDC业务迅猛的发展，越来越多的UPS系统上线运行，但UPS系统存在的弊端却一直无法解决。

近年来，UPS系统故障造成的通信阻断事故频繁发生，给客户、运营商甚至社会造成重大的经济损失和负面影响。

UPS系统存在的弊端主要如下：系统可靠性差、效率低、初期建设成本高、维护难度大等。

并且现在很多使用UPS的机房为无人值守机房，一但发生故障，恢复时间较长，影响大。

2）高压直流电源系统。

众所周知，高压直流电源系统有着生产技术成熟、可靠性高、维护操作简易、转换效率高、在线扩容简单等优点，在IDC机房供电领域，通信业界一直在探讨采用高压直流系统来代替UPS系统。

在国内，电信标准化协会于2009年通过了YDB 037-2009《通信用240V直流供电系统技术要求》研究报告。

目前，国内江苏电信已有多个IDC机房、多套核心IT系统和业务平台改用高压直流系统进行供电。

从江苏电信提供的统计数据显示，用高压直流替代UPS 供电，在UPS整个生命周期内平均节能20～30%；从新建系统统计分析，新建高压直流系统平均节省投资大于40%。

并且高压直流系统结构简单，生产技术更成熟，其系统安全性相对UPS有很大提高，并且维护操作方法得到简化。

在综合对比高压直流电源系统与UPS电源系统的优劣及电源设备初期投资之后，建设单位决定建设一套高压直流电源系统为区政府新IDC机房进行供电，既提高电源系统的稳定性，也积极响应了国家的节能省排号召，贯彻落实科学发展观精神。

2高压直流电源系统工程设计中需注意的问题
对于高压直流供电的可行性，业界已有众多文章证明，本文就不再做说明。

下面本文结合YDB 037-2009《通信用240V直流供电系统技术要求》，对高压直流供电系统在工程设计时应注意的问题展开探讨。

1）系统容量的选择。

国内的240V高压直流电源系统制造技术及供电体制还处在摸索阶段，无论是模块制造技术还是系统结构，或者是维护方式，都没有丰富的经验可循，因此，在工程设计时宜遵守《通信用240V直流供电系统技术要求》的要求：系统供电宜采用分散供电方式，单个系统容量最大不宜超过600A。

故本期工程拟采购1套最大整流能力为600A的高压直流电源设备，根据前期的调研，新建的600A高压直流电源系统完全满足区政府新IDC机房的终期用电需求，并且本期工程只需要配置300A的整流能力即可满足初期用电需求，能有效节省工程的初期建设投资。

2）系统应对地悬浮。

提到直流电源系统，我们自然会想到的是接地问题。

但如果我们将高压直流电源系统的一极接地，由于系统的电压远高于人体的安全电压，人触及到未接地的一极时，触电电流通过大地形成回路，将发生电击事故，见图1。

图1高压直流系统接地，人体触电示意图
因此，《通信用240V直流供电系统技术要求》明确规定：通信用高压直流供电系统正、负极均不得接地，应采用对地悬浮即不接地的方式；系统的交流输入应与直流输出电气隔离；系统输出应与地、机架、外壳电气隔离。

3）系统应该配置有绝缘监控装置。

由于高压直流电源系统不接地，当高压直流供电系统的负载出现故障时，对高压直流供电系统本身的保护及维护人员的保护就显得非常重要了。

假如系统负载甲发生设备正极碰地故障，负载乙发生设备负极碰地故障，此时通过两个故障设备就构成了电源系统的短路故障，如图2。

图2设备碰地导致系统短路示意图
更严重情况是，如果仅在一极发生绝缘度降低或碰地，由于没有短路电流流过，断路器不会断开，系统仍能继续运行，若此时有人触摸了另一极或者电池端子，那将造成电击事故，有可能造成严重的人身伤亡事故，该情况与图1类似。

为了及时发现这种碰地故障，有必要对系统配置绝缘监察装置，用于监视直流系统对地绝缘状况，便于维护人员对供电回路的绝缘故障进行判断、查找和处理，保障通信安全及人身安全。

4）采用直流型断路器及双极开关。

在-48V直流电源系统中，我们在工程上经常发生使用交流型开关的情况，由于48V电压比较低，灭弧相对容易，所以使用交流型开关没有太大问题。

但是对于240V的直流系统而言，其电压高，灭弧会困难很多，因此决不能将交流型断路器用在直流电路上，要选用专门针对直流设计的直流型断路器。

另外，240V高压直流系统的输出正负极均未接地，并且直流电压高，单极的断路器往往达不到这个电压等级的要求，因此两极都应安装开关，通过采用双极开关来分担分断电弧电压。

本期工程是新建工程，故我们新采购的直流配电柜及设备机架PDU均要求配置双极直流断路器的。

在此特别提醒，如果是采用高压直流电源系统对现有的UPS系统进行替换，为了安全起见，我们应将未端设备机架原有PDU的交流单极输入空开更换成与上一级同容量的双极直流断路器。

5）统一系统未端负载的接线标准。

我们在设计设备机架内部配电时应考虑高压直流的正负极与IT设备L、N电源线之间的对应关系。

虽然从理论上说，直流系统的正负极和IT设备的L、N 极无需严格的采用某种对应关系，但是，从管理的规范、运行的安全及维护的方便等方面考虑，我们工程建设应该统一遵循《通信用240V直流供电系统技术要求》的建议：
直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“N”端，直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“L”端，设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接，如图3所示。

图3设备机架内插座接线路示意图
6）寻求必要的技术支持。

高压直流电源系统做为一种前沿的电源应用新技术，目前尚未在国内广泛建设使用，无论是运营商、设计院还是施工单位，均对高压直流电源系统缺乏足够的建设经验。

故在方案编制阶段，我司派出了电源设计专家对工程进行设计支撑，同时也联系了参与起草《通信用240V直流供电系统技术要求》的中达电通、爱默生能源等公司寻求技术支持，并邀请拟采购的高压直流电源系统设备厂商技术督导一并参与设计方案会审，确保工程建设方案的可行性，为工程的顺利实施打下坚实的基础。

3结束语
对于通信高压直流电源系统的应用，通信行业已就高压直流供电电压、电流等级、关键技术指标、试验方法、检验规则等关键问题达成了共识，并开始推广
使用。

我们相信，在解决了后端IT设备的适应性标准问题后，高压直流电源技术必将得到更大规模的商用，由运营商应用延伸至广大的社会客户应用，为国家节能减排做出更大的贡献。

参考文献
[1]YDB 037-2009 通信用240V直流供电系统技术要求[S].
[2]赵长煦.IT设备高压直流供电热点问题研究与应用[J].2009年通信电源专刊,2009,1:136-144.
[3]孙文波,侯福平.通信用240V直流供电技术探讨[J].电信技术,2009,9:23-25.
[4]孙文波,侯福平.高压直流供电几个值得注意的问题[J].2009年通信电源专刊,2009,1:131-133.
[5]赵长煦.IT设备高压直流供电探索与实践[J].2008年通信电源专刊,2008,1:121-127.。