【原】变压器与UPS最佳容量匹配

老巫水暖电设计 2020-07-20

展开全文

变压器与UPS
最佳容量匹配

一、 A级数据中心UPS配电架构

根据《数据中心设计规范》GB 50174-2017的要求，数据中心分为A级要求有容错能力，通常为2N的配电架构供电。

下图为UPS的2N配电架构示意图。

UPS的2N配电架构2N系统的特点是：
两路电源平时各带50%的用电设备，当一路电源失电时由另一路电源带全部负载。

平时变压器TA与UPSA带50%的用电设备，变压器TB与UPSB带剩余50%的用电设备。

当UPSA故障时，所有负载均由UPSB来提供电源。
当变压器TA故障时，所有负载均由变压器TB来提供电源。

2N系统中，变压器和UPS需要考虑两种工作场景：
半载带50%的IT负荷；
满载带100%的IT负荷。

二、UPS的负载率

根据《数据中心设计规范》GB 50174-2017第8.1.7条：确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。

不间断电源系统的基本容量可按下式计算：

E≥1.2P
E——不间断电源系统的基本容量（kW/kVA）；
P——电子信息设备的计算负荷（kW/kVA）。

P/E≤1/1.2=83.33%，即负载率不大于83.33%。此处的负载率是满载时的负载率，对应的2N系统半载时的负载率为41.67%。

控制UPS的负载率是因为服务器运行功耗是不平稳的，存在用电功耗的波动，而UPS的过载能力比较差，从安全可靠的角度预留余量。

UPS长期运行过载能力为105%，过载125%时只能维持10min，过载150%时仅30s。

通常，要求UPS满载时的负载率控制在90%，半载时的负载率为45%。

三、变压器和UPS的容量匹配

目前变压器和UPS的容量匹配有两种方式：
——UPS的容量与变压器容量基本一致；
——UPS的容量大于变压器的容量。

1、UPS的容量与变压器容量基本一致；

下表为2000kVA变压器与总容量2000kVA(4台500kVA并机）的UPS匹配的计算表。

第一行是根据规范GB 50174建议的UPS负载率83.3%，
第二行是目前IDC行业通常执行的UPS负载率90%，
第三行是UPS在变压器负载率达到100%时的负载率99.9%。

当UPS和变压器的容量基本一致时，变压器的负载率与UPS的负载率也基本相同。

2、UPS的容量大于变压器的容量。
下表为2000kVA变压器与总容量2400kVA(4台600kVA并机）的UPS匹配的计算表。

第一行是根据规范GB 50174建议的UPS负载率83.3%，
第二行是目前IDC行业通常执行的UPS负载率为90%，
第三行是变压器达到100%时的UPS负载率为83.2%。

3、结论
当UPS与变压器容量基本一致，UPS负载率较为合理时变压器的负载率偏低，变压器负载率合理时UPS的负载率又过高；

当UPS的容量高于变压器20%左右时，变压器负载率和UPS的负载率均可以处于比较合理的位置，且变压器满载时的过载率不超过10%。

【变压器过载能力较强，应合理利用变压器的过载能力】

四、变压器配置容量的比较

相同的IT设备功率8100kW，UPS满载负载率均控制在90%，半载负载率为45%。

当UPS与变压器的容量基本一致时，需要设置变压器容量为2000X5，变压器负载率为90.1%，半载负载率为45%。

当UPS容量高于变压器20%配置时，需要设置变压器容量为2000X4，变压器负载率为112.6%，2N系统中单路半载负载率为56.3%。
【减少了一台变压器的设置】

五、总结

由于UPS过载能力低，变压器的过载能力强，若要合理利用变压器的过载能力，UPS的容量应适当大于（20%）变压器的容量。

利用变压器的过载能力可以降低变压器的配置容量，减少系统的变压器空载损耗，带来节能效益。

同时减少变压器设备房的面积需求，提高出机柜率，带来经济价值。