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1、240V高压直流供电技术在通信行业的应用240V高压直流供电技术在通信行业的应用摘要：随着近年来大量高压直流供电试验机房的建成以及行业标准规范的相继出台，高压直流供电系统的建设正逐步进入高速发展的阶段，其系统容量在不断扩大，机房类型也在由运营商自有机房向大型数据中心机房发展。本文结合工程实际，分析了高压直流供电系统的在工程应用中需要关注的问题，并给出了相关的建议，希望能够为工程建设人员提供新的思路。1. 引言随着数据通信和互联网业务的发展，通信设备对电源安全供电的要求也越来越高，而且随着数据机房规模的扩大，其用电量也大大超过了传统的交换、传输等通信业务。数据机房通常采用UPS系统供电，其可靠性
2、和能源消耗等问题随着UPS设备应用规模的扩大越来越突出。交流UPS供电存在诸多问题，因此对可替代交流UPS供电的其它系统的研究日益繁荣，业界大力推荐的高压直流供电系统也渐渐形成规模。高压直流供电技术由于其简单可靠，减少了两次能源转换，日益受到业界的广泛关注。近几年，伴随着高压直流供电技术行业规范的相继出台，国内各大运营商也加大了对高压直流供电技术的研究及测试力度，众多实验机房不断建成，为高压直流供电技术的应用提供了良好的平台。2. 通信行业高压直流应用现状2.1 各运营商应用现状中国电信：2007年开始建设240V高压直流供电试验局，2010 年开始推广扩大试点，在江苏、北京、吉林、上海、浙江
3、、安徽、江西、湖北、广西、重庆、四川、贵州、广东地区，相继进行高压直流试点，截至2010年底已建成110套高压直流系统，特别是江苏电信已有多个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。中国移动：2009年开始高压直流供电系统试验局建设，先后在深圳、内蒙古等地进行了高压直流供电的测试，且除240V的试验局建设，还选择另外一类336V的直流电压等级进行试验，目前江苏、浙江、内蒙、辽宁、天津也在进行试点。中国联通：2010年开始建设240V高压直流供电试验局，已在江苏南通、郑州等多地开展试验测试，并准备扩大高压直流供电系统的应用。2.2 标准及规范出台情况随着众多试验机房的建成
4、，国内也加快了有关240V直流供电的标准编制工作，相应出台的标准主要有：1、通信标准类技术报告：通信用240V直流供电系统技术要求（YDB_037-2009）。2、中华人民共和国通信行业标准：通信用240V直流供电系统（YD/T2378-2011）。3、中华人民共和国通信行业标准：通信高压直流电源设备工程技术规范（YD5210-2011）。4、中华人民共和国国家标准：通信高压直流电源设备工程设计规范（报批中）。 5、中华人民共和国通信行业标准：通信用240V直流供电系统应用维护技术要求（报批中）。以上标准推进了240V 直流供电系统的产业化进程，有利于产品的规范，并引导行业产品的发展方向。3.
5、 高压直流供电在工程应用中的相关问题3.1 高压直流供电系统结构的选择在高压直流供电系统的工程应用中，我们首先会遇到如何选取系统架构的问题，工程人员需要在系统的安全性、可靠性与工程建设的经济性之间做出取舍。参考48V直流电源系统建设方式以及以往UPS系统建设方式，本文对多种系统结构进行了分析，供工程人员根据现场实际情况及负荷重要性等诸多因素灵活选取。（1）方式一：高压直流单电源系统双路供电图1 单系统双路供电结构图方式一与原48V直流供电系统相同，系统结构简单，建设投资小。缺点是由于服务器双路输入均来自于同一套高压直流电源系统，系统在电源侧存在单点故障瓶颈。（2）方式二：高压直流双电源系统双路
6、供电与方式一相比，方式二中每台列头柜配置的输入电源分别来自2套电源系统，消除了系统的单点故障瓶颈，提高了供电的可靠性，缺点是系统配置采用2N方式，系统的冗余度较大，正常运行时系统带载率较低。图2 双系统双路供电结构图（3）方式三：UPS+高压直流双路供电图3 UPS+HVDC双路供电结构图方式三将传统UPS与高压直流供电系统相结合，采用1路交流UPS电源，1路高压直流电源的双路供电形式，该供电方式消除了系统的单点故障瓶颈，提高了供电的可靠性，且在每个机架内提供了交直流2路电源，末端业务设备的接电更加灵活。缺点是对于新建机房需要建设2种不同类型的电源系统，增加建设成本及后期维护工作量，且每个机架
7、提供交直流2路供电，其系统性质及接地方式等均有不同，一定程度上增加了使用及维护的难度。（4）方式四 ：市电+高压直流双路供电图4 市电+HVDC双路供电结构图方式四采用1路市电电源，1路高压直流电源的双路供电形式，该方式与方式三的优缺点类似，只是减少了UPS系统的建设投资，且市电路无需电能的转换，可最大程度的提高系统效率。但综合考虑市电的计划内及计划外停电及电能质量等因素，该供电方式的可靠性较方式二、方式三略低。综上所述，以上4种供电方式各有优缺点，考虑高压直流供电系统的结构特点，并结合通信行业广泛应用的48V直流系统的现状，供电方式一可为系统提供足够的供电可靠性，故本文建议常规机房优先选用方
8、案一；对于重要性更高的机房可选用方案二；对于一些供电可靠性要求不高、自主性强的机房可选用方案四，达到最优节能效果。3.2 高压直流供电系统配电器件的选择3.2.1 高压直流各级配电器件的配置原则1、系统直流配电全程应采用双极过流保护器件，其耐压范围应与系统电压相适应；2、直流输出各级配电应满足级差配合要求；3、直流输出各级配电（末级除外）应采用熔断器或直流断路器保护，当熔断器和直流断路器串联保护时，熔断器宜装设在直流断路器上一级，其额定电流应不小于直流断路器额定电流的2倍。4、直流输出末级配电（通信设备输入端）应采用直流断路器保护。3.2.2 高压直流各级配电器件的选择直流配电系统采用电力室直
9、流配电屏、数据机房直流列头配电柜、机架直流配电单元三级配电结构，如图5所示。图5 高压直流供电系统结构图3.2.2.1 直流总配电屏高压直流系统与48V直流系统相比，系统所需输出分路数较少，且在日常维护及工程施工中，直流配电屏内的器件操作较少，熔断器在造价以及48V直流系统维护习惯方面具有一定的优势；同时，考虑高压直流供电系统中熔断器与断路器的上下级配合关系（熔断器应在断路器的上级），为保证系统下级配电的灵活性，建议在直流配电的第一级输出开关优先选用熔断器。当系统中选用熔断器时，需要保证正负极均配置熔断器，并且两个熔断器要求必须同时分断，避免出现仅单极分断的情况，因为系统中出现单极分断时，另一
10、极仍然带电，系统安全存在隐患。3.2.2.2 机房列头柜直流列头柜进线可选用熔断器或直流负荷隔离开关，输出分路考虑到操作较为频繁，同时配置双极熔断器占用柜体空间较大，因此建议优先配置双极直流微型断路器。上下级配电器件之间应具备选择性。当熔断器和直流断路器串联保护时，熔断器宜装设在直流断路器上一级，其额定电流应不小于直流断路器额定电流的2倍；当上级、下级均选用熔断器时，其额定容量比应大于1.6，使其具有选择性；当上级、下级均选用断路器时，按各厂家器件之间的选择性要求配置。3.2.2.3 设备机架传统交流系统末端设备机架配电主要有插座式PDU、端子式PDU两种方式，本文对上述两种配电器件的特点进行
11、分析。1、传统交流机架配电方式 图6插座式PDU 图7端子式PDU（1）插座式PDU特点：插座输出、垂直安装、无断路器，结构简单、每一个插座连接一台服务器，后期接线方便。（2）端子式PDU特点：端子输出、结构简单、每一个微断连接一台服务器，后期接线工作量大。2、高压直流机架配电原则：（1）严禁通信设备机架内直流配电单元一个断路器回路接入多台设备。通信设备内部配置多个电源模块时，必须对应多个分路开关控制；（2）由于高压直流供电采用不接地系统，为了保证系统的完全分断，以及满足元器件的耐压，高压直流供电系统均需采用双极开关；（3）直流与交流电路相比，直流电流不存在过零点，因此直流配电中使用的断路器性
12、能要求要比交流配电高，不允许使用普通交流型开关，因此通信设备配置的自有船型开关、插座等器件均不能用来分断设备工作电流。3、高压直流机架配电方式通信设备机架直流配电单元进线可选用与列头柜对应输出断路器同容量的直流负荷隔离开关，直流配电单元出线有多种方式，（1）插座式PDU虽然插座式PDU安装接线方便，但目前无直流专用插座，直接插拔电源插头时会出现拉弧现象，故在应用中不能用来分断工作电流，系统安全性存在隐患；而且采用插座PDU时，不能保证每台设备对应一个断路器，系统安全可靠性存在隐患，因此在工程中不建议采用。（2）端子式PDU端子式PDU能很好的保护末端设备，但设备接线工作量大，特别是对于大规模数
13、据机房，服务器设备厂家在安装设备过程中需要频繁在机架内布线、压接端子，工程质量难以保证。采用该方式配电时，建议在工程建设阶段就由施工单位将电源插头线布放在机架内，后期设备加电时，厂家工程师只需直接将插头接入设备即可。（3）“端子+插座”式PDU对于设备厂家自行提供电源插头线的机房，直流机架内可采用“端子+插座”式PDU的配电方式，直流微断的安装保证了系统的安全可靠性，插座的安装方便了机架内后期设备的安装，但该方式造价稍高，且占用机架空间稍大，建议在机架内垂直安装。同时，该配电方式需注意设备的上电及下电操作，其中设备的开通及分断均只能操作直流微断，而不能操作插座电源。开关操作顺序见下：a)设备安
14、装设备安装 设备电源插头接至插座 闭合直流微断b）设备拆除分断直流微断 拆除设备至插座的电源线 设备拆除4、机架PDU的选用综上所述，工程应用中直流机架内建议采用“端子式”或“端子+插座”式PDU的配电方式，“端子式”建议在工程建设阶段将电源插头线布放在机架内，“端子+插座”式在工程应用中需注意操作顺序。3.3 高压直流供电系统电缆选择通信行业传统48V直流供电系统均采用正极接地系统，而考虑到系统的可靠性及对人身安全性的保证，高压直流供电系统均采用不接地系统，下面本文针对不接地系统，讨论了高压直流系统的几种供电电缆的选择方式，差别主要体现在接地电缆方面。（1）方式一图8 高压直流供电系统接线系
15、统图（方式一）方式一与传统48V直流系统的接地方式相同，主供电线路采用3路单芯电缆，对于传统48V系统来说，PE接地的主要有3个作用：（a）等电位联结；（b）抑制外界电磁干扰；（c）在系统发生接地故障时，形成故障电流的通路，使故障电流尽快回到电源侧。 而对高压直流这种不接地系统来说，PE接地的作用只有2个：等电位、抑制电磁干扰，因此方式一这种接地方式完全没有必要，未体现出高压直流供电不接地系统对配电线路节省的优势。（2）方式二图9 高压直流供电系统接线系统图（方式二）方式二主供电线路采用2路单芯电缆，业务机房内的地来自机房接地汇流排，该系统与方式一相比，在主供电线路上节省了1路电缆，机房列头柜PE均与机房地线排联通，减少了电缆投资并节省了线路的布线空间，且此处的地线电缆只起到等电位及抑制电磁干扰作用，其电缆截面满足35平方以下即可。（3）方式三图10 高压直流供电系统接线系统图（方式三）方式三主供电线路采用2路单芯电缆，与方式二相同，同时，在业务机房设备列走线架上方统一设置地线网，设备列内的所有PE线均接至该地线网，接地系统更清晰、抗干扰能力更强，该方式工程投资较方式二略高。综合考虑建设投资、系统结构、性能等因素，本文建议在有条件的机房优先选用方案三，若工程中不具备统一设置地线网的
