一、预制化供配电系统特点
　　
　　1）部署速度快；
　　
　　传统数据中心的建设周期需要1～2年的时间,其中有相当长的一部分时间是用在机电安装等方面。而预制化的供配电系统,可以在工厂进行系统的预制化生产,能够节省大约60%左右的机电部署时间,这在很大程度上能够大大提升数据中心整体的部署速度。
　　
　　2）高灵活性及性能提升；
　　
　　预制化供配电系统是针对特定场景而采用的定制化设计,基本不存在固有的缺陷,并且在性能上能够满足整个系统的可用性需求。比如,相对于传统供配电建设方式,预制化供配电系统实现了适度的高密度、高集成,其系统损耗也相应降低,而效率则有有效提升。
　　
　　3）优化投资水平:统一设计,避免过度投资;
　　
　　4）有效的平衡冗余程度、设备参数和维修需求;
　　
　　5）强大的整体工程经验,工程现场施工工厂化,更能保证产品质量,保证快速部署、安全高效。
　　
　　预制化供配电系统可以实现与工程现场的完全解耦,但是预制化供配电系统是由多个独立功能的电气模组耦合而成的系统,而模组之间耦合的有机性、合理性就显得至关重要。所以,电气模组的耦合也必须符合一定的原则,才能保证预制化供配电系统的快速部署。
　　
　　二、预制化供配电系统的组成
　　
　　预制化供配电系统包括中低压一体化、低压一体化两种模式，目前在行业数据中心建设中，更多的是采用低压一体化的预制式解决方案。本文介绍一种数据中心供配电系统整体预制化的解决方案，包括中低压一体化、低压一体化整体解决方案。
　　
　　预制化供配电系统模组往往包含中压系统、低压配电系统、隔离变压器系统、谐波抑制系统、UPS输入和输出配电系统、UPS系统或高压直流系统,乃至末端的精密配电系统,以及自动一体化监控与管理系统、防雷系统等等。这些系统作为独立单元在进行耦合的时候,模组之间的高效、耦合的合理性就决定了整个预制化供配电系统的可用性。多个独立系统进行有机耦合的最终目的,是实现整个供配电系统的快速、标准和正确的交付,而供配电模组化设计一般遵循两个最基础的原则:
　　
　　1）一致原则,涉及连接和造型两个维度。
　　
　　连接的一致性包括一次侧连接和二次侧连接,一次侧更多是电力主回路的连接,二次侧主要是二次回路监控管理的连接。此外,造型的一致性,能够实现整体系统的合理布局,减少外部拼接,简洁美观,体现工业之美。
　　
　　2）简约原则,重点在于简约优化,可用为先。
　　
　　预制化供配电系统在将全套设备融为一体的过程中,更多的需要采用简约、优化的原则。重要的是,采用简约设计原则的前提是以不牺牲可靠性为前提,在此基础上,实现整体供配电系统的简约化设计,保证系统的可用性。
　　
　　1.中低压一体化预制化方案
　　
　　中低压一体化,包含中压柜、变压器,低压柜、管控柜、直流屏等,整体预制一体化解决方案,本文后续统称“变压器撬块”;以及包含中压柜、管控柜等整机柜整体预制一体化,本文后续统称“中压柜撬块”。
　　
　　2.低压一体化预制化方案
　　
　　包含低压柜、UPS柜、管控柜等整机柜整体预制一体化,本文后续统称“UPS撬块”;以及包含低压柜、高压直流柜、管控柜等整机柜整体预制一体化,本文后续统称“高压直流撬块”。
　　
　　以上类型基本包含了数据中心中供配电系统中配电柜的各种形式,以整体解决供配电系统现场一次线、二次线大量连接工作、现场桥架的吊装等工作优化为目标,以实现整个供配电系统整体预制化解决方案,实现工程项目工厂化。华为、维谛、施耐德等厂商有类似的方案,但基本都是机柜定制化为前提来实现,也仅仅是实现优化机柜的一次线、二次线预制化,本文实现以普通机柜、整体优化机柜一次线、二次线、整个配电房间内桥架、风管支架预制化为整体优化方案,实现供配电系统整体预制化解决方案。
　　
　　3.变压器撬块
　　
　　如图1为变压器撬块三维示意图,如图2为集成解决方案。
　　
　　

1）底部使用一个整体的底座,将一排的柜子(中压柜、变压器、低压柜、UPS柜、管控柜、直流屏等)安装在一个整体底座上,这样整体的撬块形式,定义为“变压器撬块”,一般在一楼主配电房间或者对应列头柜所在楼层的主配电房间。
　　
　　2）整体的底座机柜柜前预留一个300mm宽的中空区域,放置三个桥架,控制桥架,弱电桥架、消防切非桥架,通过机柜底部连接机柜之间的控制、弱电、消防切非电缆,统一汇总到边上的管控柜中。管控柜整体通过桥架支架上控制、弱电、消防切非桥架对外或者AB路之间连接。
　　
　　3）整体的底座机柜底部预留一个1000mm宽的中空区域(稍微小于机柜深度1200mm),机柜安装在前后的槽钢支撑座上。主要用来连接UPS机柜与UPS机柜输入输出机柜之间的电缆连接。
　　
　　4）整体的底座形式,机柜之间、变压器之间的柜顶铜排可以在工厂集成完成。
　　
　　5）底座预留了机柜的接地线、变压器的接地线、中心点接地,方便现场对外连接;房间内地面预留了铜排铺设,可以快速的通过螺栓连接。
　　
　　6）顶部一个双层的门支架,上面的桥架使用焊接的桥架,把对应机柜路径的对外输出桥架整体规划出来,按照一层二层的动力桥架路由项目现场对应敷设电缆(连接冷机、空调、水泵等设备,或者连接到电池间、列头柜前机柜)。
　　
　　7）顶部的双层门支架顶部预留了密集母线吊点,用于AB路之间、撬块之间的密集母线连接。
　　
　　8）顶部一层底部的标高预留了照明桥架、控制桥架、弱电桥架、消防桥架。
　　
　　9）顶部对应中压柜顶部预留了高压桥架。
　　
　　10）顶部的门支架之间预留了跨接桥架路由,用于现场快速拼接,可以将整个房间内的桥架路由全部贯通,完全解决了配电房间内桥架的吊设问题,彻底配电房间内桥架路由工厂集成完成。
　　
　　11）顶部的门支架顶部预设了门支架支撑,用来支撑风管,风管现场可以直接铺设在对应的门支架上。
　　
　　12）其他一些温湿度传感器集成在了桥架支架上。
　　
　　4.中压撬块
　　
　　如图3为中压柜撬块三维示意图,如图4为集成解决方案:
　　

　　1）底部使用一个整体的底座,将一排的柜子(中压柜、管控柜等)安装在一个整体的底座上,这样整体的撬块形式,定义为“中压柜撬块”,一般在一楼的主配电房间。
　　
　　2）整体的底座机柜柜前预留一个300mm宽的中空区域,放置三个桥架,控制桥架,弱电桥架、消防切非桥架,通过机柜底部连接机柜之间的控制、弱电、消防切非电缆,统一汇总到边上的管控柜中。管控柜整体通过桥架支架上控制、弱电、消防切非桥架对外或者AB路之间连接。
　　
　　3）整体的底座形式,中压柜机柜之间的柜顶铜排可以在工厂集成完成。
　　
　　4）底座预留了中压柜机柜的接地线,方便现场对外连接;房间内地面预留了铜排铺设,可以快速的通过螺栓连接。
　　
　　5）顶部一个单层的门支架,上面的桥架使用焊接的桥架,把对应中压柜机柜高压桥架路径的对外输出桥架整体规划出来,按照一层的高压桥架路由项目现场对应敷设电缆(连接柴发机组、上级主配电中压柜、或者其他撬块上的中压柜)。
　　
　　6）顶部一层底部的标高预留了照明桥架、控制桥架、弱电桥架、消防桥架。
　　
　　7）顶部的门支架之间预留了跨接桥架路由,用于现场快速拼接,可以将整个房间内的桥架路由全部贯通,完全解决了配电房间内桥架的吊设问题,彻底配电房间内桥架路由工厂集成完成。
　　
　　8）顶部的门支架顶部预设了门支架支撑,用来支撑风管,风管现场可以直接铺设在对应的门支架上。
　　
　　9）其他一些温湿度传感器集成在了桥架支架上。
　　
　　5.UPS撬块(或者高压直流撬块)预制一体化方案
　　
　　UPS机柜与高压直流机柜对应的输入输出整体的形式比较相似,本文仅介绍UPS撬块的预制一体化方案,见图5、6所示。
　　
　　

1）底部使用一个整体的底座,将一排的柜子(UPS柜、低压柜、管控柜等)安装在一个整体的底座上,这样整体的撬块形式,定义为“UPS撬块”,一般在对应列头柜所在楼层的主配电房间。
　　
　　2）整体的底座机柜柜前预留一个300mm宽的中空区域,放置三个桥架,控制桥架,弱电桥架、消防切非桥架,通过机柜底部连接机柜之间的控制、弱电、消防切非电缆,统一汇总到边上的管控柜中。管控柜整体通过桥架支架上控制、弱电、消防切非桥架对外或者AB路之间连接。
　　
　　3）整体的底座机柜底部预留一个1000mm宽的中空区域(稍微小于机柜深度1200mm),机柜安装在前后的槽钢支撑座上。主要用来连接UPS机柜与UPS机柜输入输出机柜之间的电缆连接。
　　
　　4）整体的底座形式,低压柜机柜之间的柜顶铜排可以在工厂集成完成。
　　
　　5）底座预留了机柜的接地线,方便现场对外连接;房间内地面预留了铜排铺设,可以快速的通过螺栓连接。
　　
　　6）顶部一个双层的门支架,上面的桥架使用焊接的桥架,把对应机柜路径的对外输出桥架整体规划出来,按照一层二层的动力桥架路由项目现场对应敷设电缆(连接到电池间、列头柜前机柜)。
　　
　　7）顶部的双层门支架顶部预留了密集母线吊点,用于AB路之间、撬块之间的密集母线连接。
　　
　　8）顶部一层底部的标高预留了照明桥架、控制桥架、弱电桥架、消防桥架。
　　
　　9）顶部的门支架之间预留了跨接桥架路由,用于现场快速拼接,可以将整个房间内的桥架路由全部贯通,完全解决了配电房间内桥架的吊设问题,彻底配电房间内桥架路由工厂集成完成。
　　
　　10）顶部的门支架顶部预设了门支架支撑,用来支撑风管,风管现场可以直接铺设在对应的门支架上。
　　
　　11）其他一些温湿度传感器集成在了桥架支架上。
　　
　　三、供配电系统配电房间内桥架、风管支架整体预制化一体化方案
　　
　　中压撬块+变压器撬块房间内整体示意见图7、8、9、10、11所示。
　　

　　1）房间内撬块之间通过跨接桥架路由,用于现场快速拼接,可以将整个房间内的桥架路由全部贯通,完全解决了配电房间内桥架的吊设问题,彻底配电房间内桥架路由工厂集成完成。
　　
　　2）顶部的门支架顶部预设了门支架支撑,用来支撑风管,风管现场可以直接铺设在对应的门支架上。
　　
　　综合以上所述,所有的机柜集成在了一个底座上面,机柜不用现场安装;整排机柜之间的顶部铜牌、电缆在工厂集成完成;整排机柜机柜之间的控制弱电消防接线在工厂完成;顶部的门支架预留了配电房间内所有的桥架路由,现场不用吊设桥架;门支架上集成了照明、控制、弱电、消防桥架;门支架上预留了密集母线的吊点;门支架上预设了支架支撑风管等;最大程度的解决了配电房间内整体的工厂预制化方案,将工程项目实现工厂化生产,既保证了产品质量,又能满足快速交付的要求。
　　
　　该方案在常熟某数据中心大规模应用,近两年已服务阿里巴巴、快手、B站、字节跳动等用户。满足客户的快速交付要求,从项目现场施工6个月缩短到1-2个月交付;工程项目的产品化,使得项目现场安装施工转换到工厂生产,产品的质量得到可靠的保证;撬块形式的灵活性,为以后项目的调整预留了空间,后续可以快速的更换调整,保证了产品的灵活性。
　　
　　作者简介
　　
　　裴金良:2008年毕业于重庆科技学院，现就职于易普集集成设备(上海)有限公司，任职数据中心预制化高级结构工程师，一直致力于特种设备箱的设计与研究，近几年重点关注数据中心柴发应急用电、配电、制冷、微型数据中心预制化产品的设计与研究。
　　
　　编辑：Harris