某金融数据中心扩容改造供配电在线割接实战

科技 2024-12-19 13:06 广东

摘要：随着国家对数据中心能耗管控加强，中心城区新建数据中心能耗指标严控；位于中心城区的某金融数据中心由于业务增长需求导致机房需要扩容，将原大楼办公用电改为机房用电进行扩容；为满足当地供电部门验收要求，将原有地下室高低压配电室扩容改造置于一楼，改造过程中同时做好原有数据中心在线安全运行的配电割接。

关键词：金融数据中心、供配电、扩容改造、在线割接、安全运行

一、项目概况

某金融数据中心位于中心城区园区大楼内二楼，所在大楼地上5层、地下室1层，占地面积2500m²，原大楼2路10kV分A、B路接入，单路供电容量为6400kVA；其中大楼二楼为金融数据中心、地下室为低压柴发机房和高低压配电室、一/三/四/五楼为常规办公区域；机房IT供电采用2N，单个变压器容量1600kVA，机房动力供电（与大楼办公用电同变压器）采用2N，单个变压器容量1600kVA。本项目计划将地下室低压柴发（容量不足）改为中压柴发作为备用电供电、一楼改为高低压配电室（当地供电部门要求新扩建项目配电室不允许在地下室）、二楼原有数据中心功能不变、三楼办公功能不变（如三楼改为数据中心涉及到二楼顶面加固作业，则无法保证二楼机房在线运行）、四/五楼改为新建数据中心。

本文不探讨新供配电架构如何规划、办公层如何安全加固、办公层改造为机房层高受限如何进行机房管综优化、加固作业与其它专业作业如何穿插施工等项目难点，只针对在供配电改造过程中如何确保二楼原有数据中心在线安全运行的配电割接实战进行叙述。

二、供配电系统改造

1、原有供配电系统架构

根据原二楼数据中心负载和其它楼层办公业态负荷，机房IT供电采用2N，单个变压器容量1600kVA，机房动力供电（与大楼办公用电同变压器）采用2N，单个变压器容量1600kVA；原有大楼供配电系统架构如图1所示。

图1 原有供配电系统架构图

2、新供配电系统架构

本项目进行数据中心机房楼层扩建，将四/五楼改为数据中心，根据负荷容量需求，原二楼机房IT供电维持原状采用2N，单个变压器容量1600kVA；四/五楼机房IT供电采用2N，合用变压器容量2500kVA；机房动力及大楼公区动力供电采用2N，合同变压器容量2000kVA；大楼消防及三楼办公合同变压器250kVA（为满足机房负荷要求，总体损失了50kVA容量）；备用应急供电采用DCP2000kW柴发机组3主1备单母线供电；新供配电系统架构如图2所示。

图2 新供配电系统架构图

3、供配电在线割接难点

1）原二楼机房所有IT设备需在线安全运行：

原二楼机房IT供电来自原地下室TM2、TM4段，分别采用3200A大母线直接连接至二楼机房UPS室A、B始端配电柜；机房动力供电来自原地下室TM1、TM3段，分别采用1600A大母线直接连接至二楼机房动力室A、B始端配电柜，末端风冷精密空调机组N+1配置均采用ATS互投配电箱供电；割接过程中IT部门不允许机柜IT设备出现单路供电（虽然IT负载均为双电源、单电源IT负载也配置了末端STS，但根据金融业务特殊性，一旦单电源供电的IT负载出现任何单电源故障，对金融系统影响将是灾难性的）；同时割接过程中还要保证机房IT环境的正常可靠。

2）割接前后均需有备用应急柴发供电：

鉴于金融业务特殊性和市电供电不可预知性，IT部门要求割接过程中除了市电供电之外，必须要有备用应急柴发供电，确保后端负载供电的连续性。大楼原备用应急供电为0.4kV低压柴发机组，改造完成后的备用应急供电为10kV中压柴发机组，且整个高低压配电室从原地下室移到一楼以便给扩容的中压柴发机组腾挪安装空间，必然导致新的高低压配电室送电割接期间没有正式的中压柴发可用，则需要租用临时低压柴发机组供电至二楼机房供电的四个低压段，确保改造割接期间万一市电停电后可手动启动临时柴发给二楼机房供电。

4、二楼机房供电在线割接实战

通过对原有和新建供配电架构梳理，针对IT需求部门的割接要求，制定细化割接操作如下（每个割接步骤细化到具体配电柜及抽屉编号，以下为简化描述省略）；割接过程示意图如图3所示。

图3 割接过程示意图

1）梳理新旧高低压段对应关系如图4所示，以免割接时线路混乱；

图4 新旧高低压段对应关系图

2）确认一楼高低压配电室机电安装临电调试完毕、临时消防就位、环境装修完毕，具备割接送电条件；

3）协调供电公司、施工单位将原地下室1#高压进线上端断电、割接至一楼新高压配电室1#高压进线，调试一楼新高低压配电室供电正常、低压母联逻辑正常；此时原地下室只有2#高压供电，原TM1、TM2低压进线断电，其后端负载通过TM3、TM4低压母联自投供电，备用应急供电由原低压柴发通过低压ATS互投保障；原二楼机房IT及动力负载还由原地下室对应的低压段供电，满足安全供电要求；

4）割接二楼机房IT段A路母线、动力段A路母线至临时电缆供电：

① 为节省工程割接时间，但同时保证安全要求，割接IT、动力母线段只能一次进行其中一路，以免割接过程中突发情况造成双路供电中断。根据IT、动力负载大小，提前敷设从地下室某一低压段备用断路器（容量必须满足对应负载要求）至二楼机房IT段A路、动力段B路的临时电力电缆；

② 确定临时电缆安全受电点（以割接机房IT段A路母线为例）：

此时，为保障割接过程中A路IT设备的正常供电，IT段A路虽然有UPS供电，但根据目前IT设备A路负载率，主路断电后蓄电池后备时长只有大约30分钟，原有A路母线断电、拆除、临时电缆接线需要在这30分钟内完成，施工单位才能继续将原有A路母线从地下室原配电室TM4段割接至一楼新配电室KT3低压段对应的断路器；同时待A路母线正式对接调测完送电前，断电、拆除临时电缆、对接正式母线送电也需要在这30分钟内完成；这就要求对二楼机房IT段A路临时电缆的安全受电点进行慎重选择，否则一旦蓄电池放电完毕、IT段A路UPS整体关机，后端对应的IT设备A路将全部断电导致割接失败。

项目团队经过对图纸（IT段A路供电示意图如图5所示）、现场配电柜实际查勘，决定选择在A路其中1台UPSA1的旁路断路器作为临时电缆的安全受电点（配电柜实际安全受电点如图6所示，有备用开孔压接临时电缆端子）；

图5 二楼机房IT段A路供电示意图

图6 二楼配电柜实际安全受电点选择

③ 原母线段割接至临时电缆送电（以割接机房IT段A路母线为例）：

Ø按正常UPS关机流程关闭UPSA1主机及设备本体输入输出开关、关闭配电柜对应UPSA1主路、旁路、输出断路器，此时IT设备A路负载由另外3台UPS共同承担；将临时电缆压接至UPSA1旁路开关，做好绝缘、相序测试，为后续反送电做准备；

Ø断开原A路母线前后端开关做好禁止合闸警示标识，此时A路负载3台UPS逆变供电由蓄电池供电，合闸临时电缆开关反送电，上述操作5分钟之内即可完成，完全在蓄电池放电安全时间内；此时临时电缆正常送电，3台UPS恢复主路正常供电，A路IT负载正常；

Ø原A路母线在断电状态下安全拆除、连接至一楼新配电室KT3低压段对应的断路器，为临时电缆割接至正式A路母线做好送电准备；

④ 同理，对动力段A路母线完成临时电缆送电割接（二楼机房原动力段A路采用UPS供电）；

5）一楼新低压配电室临时柴发就位及接线：

在临时电缆割接至正式A路母线送电之前，还需要提前为一楼新低压配电室准备临时备用应急柴发（暂无临时中压柴发提供）；结合新低压配电室系统架构，提前在KT1、KT3选取备用断路器（容量必须满足低压段母联互联的两段负载要求）作为临时柴发电缆受电点，柴发临时电缆连接选好备用断路器，同时制定好1#高压供电中断后手动操作市电进线断路器、低压母联开关、临时柴发机组、市电临时受电点断路器的分合操作票，保证市电断电情况下的柴发应急供电；

6）施工单位将二楼机房IT段A路母线、动力段A路母线正式连接至一楼新配电室对应低压段安装完成，同时做好绝缘、相序测试，为正式送电做好准备；

7）割接临时电缆至二楼机房IT段A路、动力段A路正式母线供电：

如前（4）所述，进行临时电缆割接至正式母线操作（以IT段A路为例类似操作）：断开临时电缆前后端供电开关、3台UPS转逆变供电、正式母线合闸送电、3台UPS恢复主路供电、拆除临时电缆、UPSA1正常开机恢复4台UPS并机供电；

至此，二楼机房IT段A路、动力段A路正式母线割接至一楼新配电室送电完毕；

8）同理，如前（4）~（7）所述，待二楼机房IT段A路、动力段A路正式母线正常供电运行1周后（工期受限试运行时长），割接二楼机房IT段B路、动力段B路正式母线至一楼新配电室送电；

9）按照临时低压柴发手动操作票流程，手动分闸1#高压进线模拟市电停电，对临时低压柴发机组进行二楼机房实际负载实战带载测试，确保临时柴发可正常承载二楼机房所有负荷；

10）同理，如前（3）所述，协调供电公司、施工单位将原地下室2#高压进线上端断电、割接至一楼新高压配电室2#高压进线，此时一楼新高低压配电室采用两路高压正常供电、低压母联正常自动投切、低压段采用临时低压柴发手动应急操作；至此，二楼机房IT段、动力段正式母线割接至一楼新配电室送电完毕；

11）此时原地下室配电室全部断电、原低压柴发机组无使用需求，可全部拆除为后续新建中压柴发进场安装做准备。

三、结语

以上通过数据中心扩建工程供配电割接实战案例，说明在实际项目中应该如何操作保证供配电安全在线割接，当然，大部分数据中心扩建项目不太可能对整个供配电系统进行改造（多数都是在原有配电系统中预留好的备用回路接电扩容），只是通过此案例，希望对同类型供配电割接项目能起到抛砖引玉的作用。读者还是要在实际供配电改造工程中，结合项目具体需求情况，制定安全、合理、可行的割接方案，谋定而后动。

作者：李文进、王正、鄢勇浩、胡硕、丁敏

来源：数据中心基础设施运营管理

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