数据中心 E-House 中的中压开关设备集成

数据中心 E-Houses 中的中压开关设备集成可帮助运营商在更短的时间内通过更好的工厂控制构建可靠的电力系统。 预制变电站可以将开关设备、保护继电器、变压器、控制面板和电缆系统组合在一个经过测试的外壳中。 数据中心所有者还需要支持高负载、未来扩展和有限站点空间的模块化配电。 当电气室作为一个完整的单元到达时，该项目可以减少现场接线并缩短安装工作。 电能质量、故障保护和热管理仍然必须设计为一个系统。 协调不良可能会导致跳闸、设备损坏或不安全的电弧闪光事件。

简介：为什么中压集成很重要

本指南介绍了如何将中压设备集成到数据中心 E-House 中。 涵盖设计、设备选型、保护、测试、交付和调试。 它还解释了如何普申可以支持受控的工厂到现场流程。

总结答案

将中压开关设备集成到数据中心 E-House 中的最佳方法是将外壳、开关设备、保护系统、冷却系统和控制网络设计为一个经过测试的套件。 使用正确额定的设备，保持安全工作间隙，协调保护设置，并在装运前完成工厂验收测试。 典型的系统可能使用 11 kV 或 13.8 kV 开关设备、25 kA 或 31.5 kA 短路额定值、IP54 外壳保护和冗余电源路径。 此方法减少了现场工作，提高了质量控制，并支持更快的数据中心调试。

1. 在建造 E-House 之前定义电气设计

1.1 确认电源系统要求

第一步是定义公用设施连接、负载需求、故障级别、工作电压和冗余目标。 许多数据中心使用 6.6 kV 至 35 kV 之间的中压系统。 常见的项目电压包括11 kV、13.8 kV和33 kV。

设计团队应确认以下值：

1. 输入市电电压和频率。
2. 正常和紧急负载（兆瓦）。
3. 变压器容量（kVA 或 MVA）。
4. 输入母线处的可用短路电流。
5. 所需的短路耐受额定值。
6. 独立电源路径的数量。
7. 发电机、UPS 和自动转换要求。
8. 场地海拔、环境温度、湿度和地震条件。

1.2 设定实际负荷和增长幅度

数据中心负载在建设和运营期间可能会发生变化。 设计应包括记录的增长裕度，而不是未经验证的闲置容量值。 例如，10 MVA 初始负载可以使用 20% 的增长容限。 规划设计容量将为 12 MVA。

工程师还应计算 IT 负载与总设施负载之间的差异。 冷却、照明、泵、消防系统和安全系统都会消耗电力。 电力使用效率目标影响总需求。 较低的 PUE 可以减少所需的中压容量，但并不能消除短路和保护研究的需要。

2. 选择合适的中压开关柜

2.1 选择开关柜类型

中压开关设备可采用空气绝缘、气体绝缘或固体绝缘。 选择取决于安全、空间、维护、环境条件和当地法规。

2.2 将评级与功率研究相匹配

设备额定值必须与计算出的系统条件相匹配。 典型值包括：

• 额定电压：11 kV 系统为 12 kV。
• 额定频率：50赫兹或60赫兹。
• 连续电流：630 A、1,250 A 或 2,000 A。
• 短路承受能力：25 kA 或 31.5 kA 3 秒。
• 峰值耐受电流：通常在 52 kA 和 80 kA 之间，具体取决于设计。
• 工频耐受：12kV级设备一般为28kV或38kV。
• 雷电冲击耐受能力：对于12kV级设备，通常为75kV或95kV。

最终额定值必须来自短路研究和所选制造商的型式测试设计。 评级越高并不总是越好。 它会增加成本、尺寸、发热和重量。

3.围绕安全性和可维护性构建易居

3.1 规划内部布局

数据中心 E-House 应提供对开关设备、控制面板、电池系统和电缆室的安全访问。 当设计需要时，布局必须将中压区域与低压控制区域分开。

重要的布局要点包括：

1. 在开关设备设计需要的地方提供前后通道。
2. 使电缆弯曲半径保持在制造商的限制范围内。
3. 为断路器拆卸和起重设备留出空间。
4. 分开正常和紧急电源路径。
5. 将保护继电器放置在技术人员可以安全测试的地方。
6. 让发热设备远离敏感控制设备。
7. 提供内部照明、应急照明、接地点和火灾探测。

3.2 根据现场环境设计外壳

E-House结构应符合当地天气和安装方式。 室外机可能需要 IP54 或 IP55 外壳防护等级。 沿海地区可能需要腐蚀保护，例如 ISO 12944 项目规范下的 C4 或 C5 涂层系统。 寒冷地区可能需要面板加热器和防冷凝控制装置。 炎热场所可能需要适合内部热负荷的空调。

外壳还需要提升和运输设计。 12米长的E-House设备安装后重量可达30多吨。 结构设计应在制造开始前定义吊点、重心、运输限制和基础载荷。

4、保护、控制、监测一体化

4.1 坐标保护设置

保护协调允许最近的保护设备首先清除故障。 这种方法限制了停电区域。 保护研究应涵盖过流、接地故障、欠压、过压、断路器故障、差动保护以及必要时的电弧闪光保护。

典型的保护功能可能包括：

4.2 添加远程监控

远程监控为操作员提供有关断路器状态、负载电流、电压、功率因数、温度、警报和继电器事件的信息。 该系统可以通过 IEC 61850、Modbus TCP 或其他批准的协议连接到数据中心监控和数据采集平台。

每个信号都应该有定义的源、目的地、警报优先级和响应操作。 实际的点列表可能包含数百个数字和模拟信号。 信号测试应验证从现场设备到控制室显示器的每个点。

4.3 管理电弧闪光风险

模块化电气室中的电弧闪光保护需要工程和工作实践控制。 设计应包括弧闪研究、设备标签、保护设置、屏障、联锁和安全操作程序。 在适用的情况下，IEEE 1584 可用作入射能量计算的技术参考。

最终标签应注明入射能量、工作距离、弧闪边界和所需的个人防护装备。 标签数据必须与最终继电器设置和设备配置相匹配。

5. 控制热量、通风和电缆布线

5.1 计算内部热负荷

开关设备、变压器、UPS 设备、电池充电器和控制面板都会产生热量。 HVAC 设计应使用测量的或制造商提供的损耗，而不是简单的房间大小估计。

例如，如果设备损失总计 18 kW，而太阳能或墙壁增益增加 4 kW，则在应用项目设计裕度之前，冷却系统应至少去除 22 kW。 20% 的裕度将产生 26.4 kW 的最小设计容量。

E-House 温度应保持在已安装设备的操作范围内。 许多控制系统设计用于接近 20 至 30 摄氏度的室内温度，但准确值必须遵循设备数据表。

5.2 保护电缆和控制线路

可行时，中压电缆的布线应远离敏感通信和仪表接线。 隔离的电缆桥架可以减少电气干扰并简化维护。 电缆入口应保持外壳防护等级，并防止水、灰尘和昆虫进入建筑物。

每根电缆都应有识别号、端接时间表、测试记录和相位标记。 电缆屏蔽层和屏蔽层必须根据电缆和开关设备的设计连接到接地系统。

6.遵循受控的集成流程

6.1 分步流程图

1. 步骤 1：收集公用设施、负载、故障、环境和现场数据。
2. 第 2 步：完成潮流、短路、接地和保护研究。
3. 第三步：选择开关设备、变压器、继电器、控制系统、暖通空调和消防系统。
4. 步骤 4：创建 E-House 布局、单线图、接线图和电缆表。
5. 第 5 步：检查与发电机、UPS 系统、变压器和数据中心控制网络的接口。
6. 第6步：在工厂制作外壳并安装设备。
7. 第 7 步：完成机械、电气、功能和通信测试。
8. 步骤8：与客户或检验团队一起进行工厂验收测试。
9. 第 9 步：运送设备时附上图纸、测试记录、备件和安装说明。
10. 第10步：完成现场安装、电缆端接、现场验收测试和通电。

流程顺序：设计数据->工程研究->设备选型->工厂组装->工厂测试->装运->现场安装->现场测试->通电。

6.2 使用接口控制文档

许多项目延误发生在设备接口处。 接口控制文档应该定义每个连接的职责。 它应涵盖进线电缆、出线电缆、控制电源、通信、接地、HVAC 电源、火灾报警信号和紧急关闭电路。

该文件应包括连接器类型、电压等级、信号名称、电缆编号、端子编号和测试责任。 这减少了易居供应商、变压器供应商、发电机供应商和数据中心承包商之间的纠纷。

7. 申请工厂质量检验和测试

7.1 工厂验收测试

数据中心 E-House 的工厂验收测试应在发货前证明完整的套件可以正常工作。 测试应遵循批准的检验和测试计划。 客户可以根据合同见证选定的测试。

典型的 FAT 程序可能包括：

• 目视检查设备、标签、油漆、门、锁和电缆入口。
• 外壳和设备位置的尺寸检查。
• 断路器和隔离器的机械操作至少五个完整周期。
• 电源和控制电路的绝缘电阻测试。
• 接线连续性和点对点验证。
• 保护继电器的初级和次级注入测试。
• 联锁和跳闸电路测试。
• 控制电压和电池充电器测试。
• 对每个批准的协议和信号列表进行通信测试。
• HVAC、加热器、照明、火灾报警和紧急关闭测试。
• 接地连续性测试。
• 自动转换和减载逻辑的功能测试。

7.2 测试标准和验收限值

中压开关设备测试应遵循批准的项目标准和适用要求。 IEC 62271-200 通常用于交流金属封闭开关设备和控制设备。 IEC 62271-1 提供了高压开关设备的通用规范。 IEC 60529 用于外壳入口保护。 IEC 61439 可能适用于安装在同一 E-House 中的低压组件。

7.3 现场验收及调试

现场工作应从接收检查开始。 团队应检查运输损坏、潮湿、零件缺失和设备移位情况。 在电缆端接和最终对准之前，E-House 应保持水平。

现场验收测试应在安装后重复关键测试。 这些测试可能包括电缆绝缘、变压器检查、继电器设置、接地、控制信号和联锁。 负载组测试可用于确认受控负载下的发电机和配电响应。 调试团队应记录测试值、仪器序列号、校准日期和批准签名。

8. 比较工厂集成与现场组装

当项目工期短、现场劳动力有限或天气条件恶劣时，工厂集成解决方案非常有用。 当设计尚未确定或当地建筑资源已可用时，现场建造的房间可能会更好。 该决定应考虑项目总成本、进度风险、运输限制和维护需求。

9. 普深如何支持易居整合

普深可以支持数据中心配电预制E-House的工程和组装。 工程可包括中压开关设备、变压器、低压面板、保护继电器、控制系统、暖通空调、消防、照明和接地。

9.1 使用可衡量的项目控制计划

项目控制计划应跟踪工程文件、设备订单、检查点、不合格报告和测试结果。 有用的项目指标包括：

• 制造前对已批准的单线图进行 100% 审查。
• FAT 之前进行 100% 点对点接线检查。
• 根据批准的研究进行 100% 继电器设置验证。
• 每个适用的断路器至少有五个机械操作周期。
• 100% 通信点验证。
• 发货前将关键不合格项归零。
• 现场通电前完成图纸和测试记录提交。

对于重复 E-House 设计的项目，工程团队可以为 11 kV、13.8 kV 或 33 kV 系统创建标准模块。 受控的面板布局、端子平面图、保护模板和检查表格库可以减少重复的设计工作。 每个项目仍必须接受新的负载研究和接口审查。

9.2 支持研究和实施改进

研发工作可以集中在紧凑的布局、更低的热损失、改进的继电器通信、更安全的电缆接入和更容易的维护上。 实际的开发计划可以比较两个或多个外壳布局，测试多个负载水平下的热性能，并与现场技术人员一起审查维护访问。

实施经验应通过完整的 FAT 记录、现场调试报告、安装时间、问题清单关闭时间以及通电后设备的可用性来衡量。 这些记录有助于改进下一个E-House设计，而不是仅仅依赖一般的主张。

10. 常见集成问题及解决方案

10.1 短路额定值太低

当设计使用标准开关设备额定值而不检查公用设施故障级别时，就会出现此问题。 解决方案是在项目开始时完成短路研究。 该设计可能需要更高额定值的断路器、限流设备、不同的变压器阻抗或修改的操作布置。

10.2 保护设置导致不必要的停机

不正确的时间-电流协调可能会因下游故障而使上游断路器跳闸。 解决方案是在获得最终变压器、电缆、发电机和 UPS 数据后更新保护研究。 继电器设置应在通电前通过二次注入进行测试。

10.3 易居过热

过热可能是由于损耗计算不完整、气流受阻、空调尺寸过小或设备间距不当造成的。 解决方案是计算所有热源、验证气流路径、测试 HVAC 警报并记录调试过程中多个点的内部温度。

10.4 现场电缆与规划的入口不符

电缆引入问题通常是由于电缆时间表变更较晚造成的。 供应商应在外壳制造之前收到最终的电缆尺寸、数量、弯曲半径和端接类型。 三维布局审查可以在发货前识别冲突。

结论

数据中心 E-Houses 中的中压开关设备集成将电力设备、保护、控制、冷却、安全和测试集成在一个托管包中。 该过程从准确的负载和故障数据开始。 它继续提供合适的开关设备额定值、安全的外壳布局、协调的保护、受控的热设计和完整的工厂测试。 IEC 62271-200、IEC 60529、IEC 61439、IEEE 1584等标准应用于项目时可以支持技术设计。

精心规划的 E-House 可以减少现场组装、改善检查记录并支持更快的调试。 凭借测量的设计目标以及记录的 FAT 和现场验收结果，普深可以帮助数据中心所有者创建可靠且可维护的中压电力系统。