通信综合楼交直流供电系统设计和实现 信息管理专业

通信综合楼交直流供电系统设计目录31730摘要 I13076Abstract II211981概述 119071.1选题背景 1175301.2工程设计的目标 1310241.3编制依据 1249922设计范围、分工及局楼现状分析 2304062.1设计范围 2259502.2设计分工 28112.3局楼现有状况 2209842.4大楼电力负荷分析 2322972.4.1综合楼负荷功耗估算 2154212.4.2负荷估算小结 4216913．通信综合楼交直流供电系统设计方案 57693.1变压器选择方案 52913.3市电分类及供电 7233723.4供电系统 8165923.4.1交流供电系统 879933.4.2直流供电系统 8220923.5本期工程供配电系统建设方案 8318993.5.1交流供电系统现状 881393.6本期新增设备用电需求 9189013.6.1直流负荷计算 9202473.7本期工程新增电源系统容量计算及配置 9150023.7.1蓄电池组容量计算 9138023.7.1蓄电池组参数设置 11152023.7.3直流配电设备的配置 12291683.7.4交流配电设备的配置 12127634．接地系统及电力电缆选择 13240714.1接地系统设计依据 1345204.2接地系统要求 1367914.3接地电阻要求 13286974.4接地导线截面积选择 14195875．防雷系统及抗震设计要求 15222275.1防雷设计要求 15298035.2电源系统防震设计要求 16216265.2.1抗震设防依据 16323815.2.2抗震设防说明 169815.2.3抗震设防措施 169866.其它需要说明的问题 17176816.1电磁干扰 17105676.2.废气、废水及防治 175186.3噪音 17125046.4动力、环境监控系统及监控内容 17239756.4.1 17158986.4.2 18286857．结论 191概述1.1选题背景通信综合楼交直流供配电系统是向通信设备提供交直流电的电能源，是整个通信网的能量保证，机房IT与通信设备高压直流供电系统（HVDC）是一种新型的供电方式，作为通信电源系统，其安全可靠性以及节能特性得到中国电信的高度认可。中国电信已把240VHVDC作为近年度推广技术应用内容之一，在2007年就开始对其进行试点，目前中国电信已经在江苏、浙江、湖北等12个省、36个地区进行了HVDC部署或试用。“预计今后每年通信行业HVDC需求数量会有30%的增长幅度。”

本研究设计立足于当前通信及设备行业的发展，根据综合枢纽楼的实际情况，针对实际的电源工程，对实际的通信综合楼做设计。通过现状分析，了解通信局综合楼近远期的实际需求，并根据需求对通信局楼做相应的规划和设计。1.2工程设计的目标某通信综合楼为一栋新建5层综合性大楼，每层建筑面积为750平方米，为了保障大楼用电安全，本设计方案根据大楼功能规划进行负荷估算，对该综合楼供配电方案进行综合考虑，提出安全、可靠供电方案。1.3编制依据(1)通信局(站)电源系统总技术要求(YD/T1051-2000)。(2)通信行业标准(YD5040-2005)“通信电源设备安装工程设计规范”。(3)通信局(站)防雷与接地工程设计规范(YD5098-2005)。(4)机械工业部《10KV及以下变电所设计规范》（GB50053-94）。(5)相关专业提供的资料及现场勘查取得的资料。本设计为通信综合楼交直流供电系统工程一阶段设计。2设计范围、分工及局楼现状分析2.1设计范围本设计包括：通信楼一套低压配电系统和两台发电机组的安装设计。负责对机房新增交直流配电系统、接地系统进行设计。2.2设计分工本设计主要是配电系统的设计分工：市电引入由电力部门负责,一套低压配电系统、一台发电机组的设计、一台备用发电机组、开关电源、直流配电屏、蓄电池组等新增整套交换局配套电源系统的设备安装及线缆布放由本设计负责。2.3局楼现有状况各楼具体功能划分如下：表2-1表2-1楼层规划功能表楼层楼层功能划分大楼一层营业厅(500平方米)、电力室大楼二层营业厅(300平方米)、仓库(450平方米)大楼三层机房大楼四层办公室大楼五层办公室为了减少噪声、油烟、油污等污染，故另建油机房据通信大楼5米处。2.4大楼电力负荷分析2.4.1综合楼负荷功耗估算考虑到今后网络建设中核心网将主要采用软交换和3G设备，一方面网络设备将分布在各市、县公司枢纽楼，另一方面由于设备集成度与传统交换设备相比大大提高，因此预计地市公司交换机房所需面积有较大下降，为通信设备机房总面积的50%左右；随着数据新业务的发展，接入设备的增加，数据、支撑、传输机房所需面积相应增加，分别占通信机房总面积的30%、10%和10%左右。市、县公司机房内电力、电池不小于通信设备机房面积的20％。各专业机房比例分配表表6设备类型交换传输数据支撑合计各专业机房面积比例50%10%30%10%100%拟以各机房的单位面积功耗如下：拟各单位面积平均功耗如下：办公室按100W估算，营业厅按100W估算，传输专用机房按240W估算，交换专用机房按560W估算，数据专用机房按600W估算，支撑专用机房按1200W，通信机房专用配套空调功耗＝（机房设备功耗×0.9＋建筑面积×0.2）×1.125/2.5估算，电力机房专用配套空调功耗＝（机房设备功耗×0.1＋建筑面积×0.2）/2.9估算，各个机房的面积终期使用率为75％的装机。该综合楼办公面积约为750×2=1500平方米，远期耗电量合计约1500×0.1=150KW，营业厅面积约为800平方米,近期耗电量合计约800×0.1=80KW。各机房面积：交换机房面积为750×50%=375平方米，传输机房面积为750×10%=75平方米，数据机房面积为750×30%=225平方米，支撑机房面积为750×10%=75平方米。各机房设备面积功耗：交换机房面积功耗为0.56×375=210KW，传输机房面积功耗为0.24×75=18KW，数据机房面积功耗为0.6×225=135KW，支撑机房面积功耗为1.2×75=90KW。由上可得，机房设备面积总功耗=210+18+135+90=453KW各机房75%的装机面积功耗：交换机房75%的装机面积功耗为210×75%=157.5KW，传输机房75%的装机面积功耗为18×75%=13.5KW，数据机房75%的装机面积功耗为135×75%=101.25KW，支撑机房75%的装机面积功耗为90×75%=67.5KW。由上可得，机房75%的装机面积总功耗（即通信设备总功耗）=157.5+13.5+101.25+67.5=339.75KW。故直流电源系统充电功耗=339.75×30%=101.925KW各机房空调耗电量：交换机房空调耗电量为（157.5×0.9+375×0.2）×1.125/2.5=97.5KW，传输机房空调耗电量为(13.5×0.9+75×0.2)/2.22=12.2KW，数据机房空调耗电量为(101.25×0.9+225×0.2)/2.22=61.256KW，支撑机房空调耗电为(67.5×0.9+75×0.2)/2.22=34.8KW。通信机房空调总耗电量=97.5+12.2+61.256+34.8=205.86KW通信负荷估算表表2—3专业机房名称交换传输数据支撑合计所占面积比例50%10%30%10%100%750平方米可装机面积3757522575750设备面积功耗(KW)210181359045375％装机面积功耗(KW)157.513.5101.2567.5339.75空调耗电量(KW)97.512.261.25634.8205.86综上可得，750平方米面积机房总耗电量=设备总功率+直流电源+空调功率=339.75+101.925+205.86=646.86KW。综上所述,该综合楼耗电量=机房总耗电量+办公室总耗电量+营业厅总耗电量=150+80+646.86=876.86KW。2.4.2负荷估算小结设备的平均功率因数按枢纽楼标准化研究方案选取为0.8,为了使电压器的高压侧功率因数达到0.9，则在变压器的低压侧，功率因数需要补偿到0.92则补偿电容的需求容量可按下式计算=876.86×(tanarccos0.8-tanarccos0.92)=876.86×0.326=285.85636kvar

故选取6组50kvar的补偿电容。所需变压器容量：式中，K为同时利用系数，考虑到负荷的不同时使用，取Ｋ＝0.9。所以，=857.18KVA；所以，S=857.18KVA负荷估算小结表表8局楼功耗需求变压器(KVA)油机(KW)857.18646.863．通信综合楼交直流供电系统设计方案3.1变压器选择方案专用变压器容量应按满足近期负荷并考虑一定的发展负荷需要配置考虑，所以，选择1000KVA的变压器。3.2油机发电机组的选择方案（1）本期工程所选择的油机相关参数如下：备用功率为800KW/1000KVA备用电流1519A@380V，尺寸大小为：长4050mm、宽1100mm、高2160mm机身重量5500KG机油容量38公升冷却水容量：发动机部分20.8公升、散热器部分33.7公升（2）安装方案及工艺要求根据YD/T502-2007，通信用柴油发电机组，油机基础长度L：两头各比油机底座长度长0.3米。油机基础宽度W：两头各比油机底座宽度宽0.3米。油机基础深度H（米）：其中：K：与发动机有关的常数，取1.3至1.5，对于容易出现振动的机型，选此值的上限。当油机采用减振器时，K取下限值。M：发动机的运行重量（公斤）=油机净重+机油容量*机油密度+冷却水容量*水的密度；L：油机基础长度（米）；W：油机基础宽度（米）；D：混凝土密度，2403(kg/m3)进风洞孔面积：QUOTES1：进风洞孔面积（米2）；P1：油机排风量（米3/秒）；P2：油机排烟量（米3/秒）；P3：油机燃气量（米3/秒）；V：进排风洞孔有效截面空气流速，一般取5米/秒；K：面积系数，只安装进排风百叶窗时取1.25，考虑降噪时K取1.5。导风罩洞孔面积:S2：导风罩洞孔面积（米2）；P1：油机排风量（米3/秒）；V：进排风洞孔有效截面空气流速，取5米/秒。排风洞孔面积：S3：排风洞孔面积（米2）；P1：油机排风量（米3/秒）；V：进排风洞孔有效截面空气流速，取5米/秒；K：面积系数，只安装进排风百叶窗时取1.25，考虑降噪时K取1.5。因本通信楼采用二类市电，根据YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》的相关规定，二类市电应配备两台柴油发电机组。3.3市电分类及供电通信用交流电源宜利用市电作为主用电源，主要从10KV（线电压）高压电网引入。重要通信枢纽局由两个变电站引入两路10KV高压市电，并由专线引入，一路主用，一路备用；其他通信局（站）一般引入一路10KV高压市电。用电量小的通信局（站）则直接引入220/380V（相电压220V，线电压380V）低压市电。根据我国通信行业标准YD/T1051-2000《通信局（站）电源系统总技术要求》将市电供电方式分为一类、二类、三类和四类。一类市电供电方式：从两个稳定可靠的独立电源引入两路供电线。该两路电源不应同时出现检修停电，平均每月停电不大于一次，平均每次故障时间不大于0.5h，市电的年不可用度应小于6.8×10-4。两路电源供电线宜配置备用电源自动投入装置。

二类市电供电方式：允许有计划检修停电，平均每月停电不大于3.5次，平均每次故障时间不大于6h，市电的年不可用度应小于3×10-2。还应满足下列条件之一者：

1)从两个以上独立电源构成的稳定可靠的环形网引入一路供电线或从一个稳定可靠的电源（输电线）环形网引入一路供电线。

2）由一个稳定可靠的独立电源或从稳定可靠的输电线路上引入一路供电线。

三类市电供电方式：从一个电源引入一路供电线。平均每月停电不大于4.5次，平均每次故障时间不大于8h，市电的年不可用度应小于5×10-2。四类市电供电方式：从一个电源引入一路供电线。经常昼夜停电，供电无保证，达不到三类市电供电要求；或者有季节性长时间停电，甚至无市电可用。通信局（站）宜采用专用变压器。通信局（站）局内低压供电线路不宜采用架空线路。市电引入线路过长或无市电的通信局（站），当年日照时数大于2000h、负荷小于1KW时，宜采用太阳能电源供电；负荷小于50KW、年平均风速大于4m/s时，宜采用风力发电电源供电。综上所述，本通信楼应采用二类市电供电方式。3.4供电系统3.4.1交流供电系统由市电和自备发电机组电源组成的交流供电系统宜采用集中供电方式供电。低压交流供电系统应采用三相五线或单相三线制供电。局（站）变压器容量为630kVA及以上的应设高压配电装置。设有备用市电电源自动投入装置的两路市引入的供电系统，其变压器容量在630kVA及以上时，市电自动投入装置应设在高压侧；其变压器容量在630kVA以下时，市电自动投入装置可设在低压侧。3.4.2直流供电系统由整流配电设备和蓄电池组成的直流供电系统，对通信设备可采用分散或集中供电方式供电。分散供电方式应根据通信容量、机房分布、维护技术和维护体制等条件，使电源设备尽量靠近负荷中心，并能提供机动灵活的扩容条件。对于大型通信枢纽、大型或重要的通信局（站），宜采用分散供电方式。电源设备安装于通信机房内时，必须采用高频开关型开关电源、阀控式密封铅酸蓄电池组。-48V直流供电系统由交流配电屏、开关电源、直流配电屏、阀控式密封蓄电池组成，电池组接入直流配电屏电池保护熔丝后，采用低压恒压充电，无论浮充、均衡充电或放电状态，蓄电池均能满足供电运行状态。而采用直流高压系统给通信设备供电可以克服-48V供电系统存在的问题。目前，通信机房设备采用高压直流供电，电压240V。3.5本期工程供配电系统建设方案3.5.1交流供电系统现状通信大楼机房为1路市电引入，为2类供电方式。3.6本期新增设备用电需求3.6.1直流负荷计算计算所得本期所有新增设备的直流需求如表3-3所示下：表3-3新增设备用电需要表耗电设备单机架本期近期功耗(W)直流电(A)机架数直流电(A)机架数直流电(A)传输设备240010.0220.0330.0交换设备240010.0220.0330.0支撑设备12005.0220.0440.0数据设备250010.5221.0442.0小计30.581.0142.0根据上表计算可知，本期新增的设备用电需求如表3-5所示下：表3-5新增设备用电需求表

序号电源系统蓄电池容量(AH)直流本期(A)直流近期(A)1新增电源电源系统1600811423.7本期工程新增电源系统容量计算及配置3.7.1蓄电池组容量计算蓄电池的容量计算二类市电条件的蓄电池的总放电小时数按1~2小时配置，但考虑到运营商需求，二类市电条件的蓄电池的总放电小时数按3~4小时配置，本设计按4小时放电配置。根据蓄电池配置：

Q——蓄电池容量(Ah)；K——

安全系数，取1.25；I

——负荷电流(A)；T——

放电小时数(h);η——放电容量系数,如表3-6所示；t——实际电池所在地最低环境温度数值。所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑；α——电池温度系数(1/℃)，当放电小时率≥10时，取α=0.006；当10>当放电小时率≥1时，取α=0.008；当放电小时率<1时，取α=0.01。

表3-6铅酸蓄电池放电容量系数（η）表

电池放电小时数(h)0.512346810≥20放电终止电压(V)1.71.751.751.81.81.81.81.81.81.8≥1.85放电容量系

数阀控电池0.450.40.550.450.610.750.790.880.9411所以，蓄电池配置容量为：,所以Q=1070.0（Ah）Q=1600AH，配两组800AH蓄电池组，采用双层双列安装方式。蓄电池充电电流：I2=Q×C=1600×0.1=160(A)

式3-3其中C为放电常数，取值0.1。本工程设备使用240V基础电源，电压范围为216－312V，电池的放电终止电压为216/120=1.8V/单体。电源系统采用全浮充供电方式，电池的浮充电压为2.23V/单体（25℃时），则240V供电系统的浮充电压为(2.23×120=267.6)267.6V。市电正常时由高频开关电源供电给通信设备，同时对蓄电池组进行浮充充电；市电中断且油机未启动时，由蓄电池组放电供电给通信设备。当市电恢复或油机启动后，系统控制设备中的蓄电池自动充电装置控制高频开关电源启动对蓄电池进行恒流充电，待电池电压上升到设定值时，自动切换至浮充供电。因为蓄电池的均充电压为267.6（25℃时），所以开关电源的工作电压应设在能够保证蓄电池的端电压为267.6V（25℃时）的电压值，并且满足均充电压267.6V的要求。（2）整流设备的配置本期设备总耗电量为81A/240V，蓄电池充电电流按10小时率充电电流计算，蓄电池合计充电电流160A，总的电流合计为241A。近期设备总耗电量为142A/240V，蓄电池充电电流按10小时充电电流计算，蓄电池合计充电电流是160A，总的电流合计为302A。开关电源按近期配置，最大负荷电流：I=I1+I2=142+160=302(A)即需要配置2架DUM240V/20的开关电源及3块100A的整流模块(包括冗余模块1块)。3.7.1蓄电池组参数设置蓄电池浮充功率计算公式，如式3-1所示：P1=浮充电压×电池节数×I负载/(0.91×1000)(KW)

浮充电压每节为2.23，电池节数为120，分母为整流器效率。蓄电池浮充功率

=17.6KW蓄电池充电功率=29.51KW其中3-1公式为单节电池充电电压，充电时间为10小时，温度系数为0.84，整流器效率为0.91.3.7.3直流配电设备的配置机架容量按远期负荷配置，本工程配置2架400A的直流配电屏。直流配电屏机架内含直流配电。3.7.4交流配电设备的配置本工程市电供应为二类市电。本工程配置一架400A/380V的交流配电屏，提供输出分路（2个250A/3P、2个160A/3P、4个100A/3P，4个32A/3P，6个16A/1P）。本期由交流配电屏AC3提供一路250A的三相空开，向新增的一架开关电源供电。本期新增的交流配电屏AC3由低压配电柜AC1、AC2各提供一路400A的三相空开。4．接地系统及电力电缆选择4.1接地系统设计依据YD/T5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》和YD/T1429-2006《通信局（站）在用防雷系统的技术要求和检测方法》4.2接地系统要求本期工程通信楼的接地系统采用联合接地方式，按单点接地原理设计，即通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地共用一个接地系统的联合接地方式。变压器的接地地网离通信楼30米之内时，应采用水平接地体将各地网联通。4.3接地电阻要求本工程通信楼采用联合接地系统，即新大楼全部接地采用这个联合接地网。建议通信综合楼1层及3层通信机房接地的建设采用等电位环，并从大楼的联合接地网上至少2处引入地线连接。其接地电阻按表4-1所示，<小于1欧姆。表4-1接地电阻要求表

接地电阻试用范围小于1欧姆综合通信大楼小于3欧姆2000-1万门以下交换局小于5欧姆2000门以下交换局、光端站、地球站、微波枢纽站小于10欧姆微波中继站、移动基站、光中继站小于10欧姆适用于土壤电阻率小于100Q.M，电力电缆与架空电力线接口处防雷接地小于15欧姆适用于土壤电阻率小于101-500Q.M，电力电缆与架空电力线接口处防雷接地小于20欧姆适用于土壤电阻率小于500-1000Q.M，电力电缆与架空电力线接口处防雷接地4.4接地导线截面积选择电力设备外壳应接保护地线，截面要求如表4-2所示下：表4-2相线与PE线截面积关系表相线截面（mm2）S≤1616＜S≤3535＜S≤400400＜S≤800S＞800PE线最小截面积（mm2）S16＞S/2200＞S/45．防雷系统及抗震设计要求5.1防雷设计要求本设计主要考虑交换局交流供电系统的防雷要求，交换局交流供电系统的防雷应按五级保护设置，保护设置按多雷区、城市考虑。（1）根据信息产业部《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》要求，本设计主要考虑通信局交直流供电系统的防雷要求。保护设置按多雷区（福州年雷暴天数≥40日）考虑。通信综合大楼交流供电系统的第一级SPD，可根据实际情况选择在交变压器低压侧或低压配电室电源入口处安装。第二级保护：交流次级保护SPD，可选择在后级配电室、机房交流配电屏、楼层配电箱、开关电源入口处安装。第三级保护：交流精细保护SPD，可选择在数据、控制、网络机架的配电箱入口处安装。第四级保护：直流保护SPD，可选择在直流配电柜、列头柜或用电设备端口处安装。表5-1通信综合大楼浪涌保护器SPD最大通流容量要求表

环境因素

气象因素当地年雷暴天数≥40日交流第一级平原有不利因素100KA无不利因素60KA丘陵有不利因素120KA无不利因素60KA交流次级

40KA交流精细

10KA直流保护

15KA/65-90V(2)SPD选择限压型，在SPD电源侧引接线上，应串接保护空开或保险丝，防止SPD故障引起系统供电中断。保护空开或保险丝标称电流不应大于前级供电线路空开或保险丝的1/1.6倍，SPD应就近接地。5.2电源系统防震设计要求5.2.1抗震设防依据(1)按福建省地震局、福建省城乡厅关于转发国家地震局、建设部发布的《中国地震烈度区划图(1990)》和《中国地震烈度区划图(1990)使用规定》的通知。(2)按城乡建设环境保护部[84]第267号转发《地震基本烈度六度地区重要城市抗震设防和加固的暂行规定》文件。(3)本大楼所在地区抗基本烈度要求为7级。5.2.2抗震设防说明(1)按国家通信行业标准《通信设备安装抗震设计图集(YD5060-98)》1998北京版实施。(2)该区域防震烈度为七级，通信楼内的通信电源设备应按相关的抗震设防考虑。5.2.3抗震设防措施(1)配电设备与配电设备之间采用M8金属螺栓相互紧固；(2)配电设备底部与地面必须对地固定采用金属膨胀螺栓吗M10固定；(3)配电设备底部，设金属垫机框时必须采用金属膨胀螺栓M10对地面固定6.其它需要说明的问题6.1电磁干扰整流设备传导骚扰限值符合YD/T1058-2007，交流不间断电源设备传导骚扰限值符合YD/T1095-2008的要求；辐射骚扰限值符合YD/T983-1998中第5.2条A级的要求6.2.废气、废水及防治根据“GBJ4-73”工业“三废”排放试行标准，“废水”硫化物控制为1毫克/升，“废气”的硫酸雾根据排放口高度不同分为60毫克/立方米及600毫克/立方米。移动基站、机房内的电池组现均已采用少维护密封蓄电池，使用时不散发硫酸雾。因蓄电池为少维电池，基本杜绝了漏液现象，机房地面不需要水洗，不产生“废水”。6.3噪音整流设备、交流不间断电源设备正常运行时噪音≤55dBA(距离设备1m处)柴油发电机房经降噪处理后噪声影响达到国家《城市区域噪声标准》(GB3096)中规定的标准。本工程对环境无有害影响。6.4动力、环境监控系统及监控内容6.4.1由于通信电源的重要性，又不可能安排众多维护人员散布在各个通信局点，集中监控系统就解决了这个问题。通过这个系统，对监控范围内的电源系统、空调系统和系统内的各个设备及机房环境等进行遥测、遥信、遥控，实时监视系统和设备运行状态，记录和处理监控数据，及时侦测故障并通知维护人员处理，从而实现通信局（楼）的无人或少人值守，以及电源、空调的集中维护和优化管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性。目前已对全省交换局的动力、环境实施集中监控，建立若干个电源监控中心，本大楼电源监控系统纳入地区电源监控中心，作为一个监控端局，由监控中心对该大楼的电源系统和电源设备进行监控，实时监测系统和设备的运行情况及对交换局的机房环境等实行监控；具体由监控厂家或监控工程中负责实施。6.4.2监控系统对该大楼的电源系统和电源设备进行监控，实时监控系统和设备的运行情况及对机房的环境等实行监控。在遥信方面，进线柜需实现开关状态遥信、故障告警等，配电屏需实现开关状态、自动转换开关(ATS)工作状态遥信，电容柜中电容的接入与断开状态遥信。在遥测方面，在进线柜处需实现三相电压、三相电流、.频率、功率因数测量。主要配电屏需实现三相电流（主要输出分路）的测量。在遥控方面需实现开关分合闸、自动转换开关的转换等。7．结论综上所述，本工程新建1套的低压配电设备，新建1套高压配电设备，安装2台备用发电机组，新建1套直流系统。主要设备工程量如表所示：

本工程主要设备工程量表

序号设备名称规格型号单位数量安装位置1变压器1000KVA台1一层2油机发电机800KW/1000KVA台2一层3油机/油机ATS切换柜

面1一层4市电/油机ATS切换柜

面1一层5电容补偿柜

面1三层6低压配电柜

面2三层7交流配电屏

面1三层8开关电源柜

DUM-240/20面2三层9直流配电屏

400A面2三层10电池架

台2三层11蓄电池800AH组2三层通过此次设计，主要包括了交流供电、直流供电、防雷与