配電系統改造日漸成為一門經濟學與風險學之間的綜合議題。 這門議題包括配電系統使用年限、安全穩定性、可靠性以及能耗成本在內的諸多因素，結合改造成本和責任風險來制定優先改造計劃。全面對配電系統進行成本效益的分析，客觀、合理制定出長短期改造計劃，審慎投資， 謹慎執行改造、升級計劃。

· 闡述配電工程師應對配電和電力系統深入研究的必要性

· 說明改造、升級的配電設備類型

· 分析設備設計規范與標準

通常，配電系統、設備的改造、升級都是隨著時間的變化而變化，過去的配電系統沿用到現在，已經跟不上今天的發展需求，需做出適當改造或者更換。過去的配電系統與今天新技術的運用給運維人員維護帶來不小的挑戰。對配電系統進行調試、評估、并做出整體規劃分析都是在了解整個配電系統的安全穩定性，可靠性以及能否正常運行，是否能夠滿足未來擴容需求。

通過研究顯示設備是否有無故障，通過監視設備運行，了解設備狀態，調整優先改造評級。 通過了解配電系統的方方面面，制定出切實可行的改造、升級預算，以及運營計劃。

分析什么?何時分析?

配電系統設備性能，運行性能以及用戶使用傾向性無一不在推動商業利益向前發展。同樣，改造目標驅動績效指標，相應地，績效指標也在影響著計劃、行動以及相關的運營成本。

績效測量需提供預期結果數據與現行監測數據進行比對分析。電力系統分析目標包括：使用年限、運行環境的條件、可靠性、安全性，設備操作是否符合操作流程，可擴容性、冗余性，節能指標，設備通道，可操作性、可維護性等。

配電系統應每隔10年進行評估、調整，以滿足自身業務發展需要。制定維護升級內容：重新能夠利用的空間，技術更新、隨使用年限增長而變得效率低下的系統。由于大多數配配電設備具有20年的使用年限，10年做一次評估，足以對配電設備做出全面評估，包括對配電設備更新改造計劃，中期改造以及設備報廢評估等。

或者當發現數據中心配電設備由于業務需要需擴容或改造時，這時就可以開始著手分析配電系統，以及與配電系統相關的系統，從而確定是否需要進行改造，或者發現某類配電設備的故障會定期發生，從而導致數據中心運行成本、電力能耗意外上升，或者有第三方資金投入等(例如能源補貼， 效用激勵)，以上情況都意味著配電系統亟待升級。

分析什么?

應選擇專業級的評估公司為數據中心配電系統進行評估，專業公司能夠為配電系統評測提供專業的服務、檢測設備，以評估方法。

例如，紅外檢測設備可快速找到由于線纜連接不牢靠或部件損壞引發的熱點。評估配電系統的現場測試人員需具備有專業經驗、具有廣博、全面的專業知識、以及多年的實戰經驗，熟悉專業內各種相關規范、標準，具備15-20年的從業經驗。

只有具備多年從業經驗的評估人員才能在評估配電系統期間洞察覺察出老系統與新系統之間的不同，從而為數據中心制定合理的升級、改造方案，制定方案要以數據中心生命周期為前提來制定，評估人員需要與數據中心管理人員溝通，明確改造最終要實現的目標，對配電系統中各個子系統進行全面評估。

數據中心運維人員通常將注意力放在他們日常維護的配電設備上，缺少對配電系統升級、改造長遠的、有建設性的規劃，能提供的 改造建議缺少全局性。

在對配電系統進行分析與優先級別制定時，需考慮到很多因素。比如：應優先考慮對人身安全，最大限度地保障人身安全，并盡量減少或避免潛在的違規操作。

配電設備老化是因為設備常年運行，溫度過熱，設備蓋板上有積塵，冷凝水，斷路器觸點和接觸器的磨損，彈簧、絕緣材料的老化等。

如維護保養得當，建筑中商業級配電系統的使用年限通常在20至30年，配電組件使用年限如下表：

配電設備老化取主要與設備自身品質、維護情況、以及當時的環境條件有關。需提高日常維護設備要求、增加維護工作量，降低室溫，這樣會延長設備的使用壽命。 設備部件老化是對于數據中心有一定的危險性，因為配電設備的故障有時是根本無法預測的，(要在它們使用年限到期前，對其提前進行更換)，一旦出現故障，設備極有可能出現電弧，火災，電力故障以及人身安全。

規范和安全問題：

故障電流額定值：配電設備故障電流額定值基于設備在發生短路的情況下可承受的最高電流。計算故障電流值需要識別：是公共用電?柴油發動機還是電動機供電?

如果故障電流超過設備額定值發生故障，極有可能會發生災難性的故障。由于系統改造和擴容帶來的額外故障電流，導致整個系統會變得不安全。

系統有序性：NFPA 70國家配電規范，第517,700、701條，以及NFPA 99規定：保健設施規范要求保障電力系統有序性。 它確保每個過電流裝置按順序跳閘，具備隔離故障的功能，并不會導致對上游的不必要的中斷。 很多時候，解釋在正常的電力系統上謹慎操作，被認為是明智的做法。

(備注： NFPA：NationalFireProtectionAssociation, 美國國家電工標準美國消防協會)

接地系統是使電工設備的金屬外殼接地的措施，可防止在絕緣損壞或意外情況下金屬外殼帶電時強電流通過人體，以保證人身安全。接地系統出現故障一般有兩級保護，確保饋電斷路器在故障狀態之前跳閘主斷路器。應急系統還需具有接地故障報警指示，而不是跳閘，因為系統是設備在緊急情況下維持電力的最后機會。

電弧閃光危險：電弧閃光額定值取決于設備在故障條件下的能力，以引起爆炸或電弧故障。該等級定義了設備釋放能量的等級，并且與個人防護設備(PPE)裝置相關，電工在帶電施工時，需佩戴相應設備確保自身安全。

安全參數參見NFPA 70E：工作場所配電安全標準中定義。

對應急事件響應上可用的故障電流水平與清除故障所需時間成正比。舊設備可能需要更多的時間來清除，這會運維人員工作帶來壓力。

除OSHA對電弧沒有特別規定外，它通常是決定更換現有配電設備的決定性因素。許多建筑物的配電設備在維護期間中需保持通電，只有保持通電狀態，設備的電弧閃光危險性才越低，對在該設備上工作的運維人員就越安全。

(備注：OSHA：<美>職業安全與衛生條例[管理局])

地震規定：對于放置在地震區域的配電設備需做好防震措施;另外，建筑物本身也需要考慮抗震措施。

閃電保護：應根據NFPA 780：安裝閃電保護系統的標準來做防雷風險分析，評估建筑物體防雷保護等級。檢查現有防雷系統的狀況與連接是否符合本標準。

保護建筑物內電子設備、電子設備是否購買保險;保險費率也應成為評估的組成部分。

接地和連接：接地系統對于數據中心是很重要的一個系統，它將保障人身安全與設備安全。

評估內容：設備獨立接地系統的方式，安裝在室外的變壓器、發電機的接地系統等，要對接地電極的腐蝕程度以及整個接地系統的狀態做出評估。

諧波等級：配電設備過熱可能是由于非線性負載引起。(主要非線性負載有UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等)應檢查的諧波設備額定值或諧波抑制技術是否。

測試報告：依據國際配電測試協會提供的驗收測試報告填寫設備運行概況，工作循環周期以及負載是有意義的。經常定期的進行測試，會對數據中心有更深刻的了解。

評估系統缺陷

可持續性發展以及故障的影響：在評估中應考慮設備長期發展出現電路中斷對安全運行造成的影響。如果有備用系統，需定期進行檢查，評估等級，維持配電設備安全以及關鍵業務運行能力等。依據中斷故障報告去檢查設備出現故障的頻率。

配電系統中薄弱環節：需分析系統中關鍵設備、老化設備運行時的可靠性。檢查旁路(或備份)。需要考慮設備可以選擇N + 1配置。核定老化設備的額定功率;從而確定設備在多年運行中、遇到更新、改造的情況下，系統能否滿足現在的需求。

物理位置：重要配電設備不應放在有水及潮濕的地方或其它可以導致配電系統無法正常運行的地方。備份系統設備不應與運行設備放在于同一位置，如果出現事故，設備故障會同時發生。

供電質量：應記錄數據中心總供電負載、分配電系統、設備負載產生的壓降、電壓，浪涌，尖峰，掉電和諧波;定期檢查有效電壓與設備斷路開關或配電系統。檢查敏感電子設備的電源質量，包括UPS或提供適當的功率調節。

來自非線性負載的諧波影響可能需要諧波抑制或更穩健的分布系統以適應其固有的系統過熱效應。 電梯的電力改造也可能導致電源質量問題。

評估擴容：

設備負載：應檢查電力系統中現有負載、潛在負載，以審核用于建筑物可擴容的空間有多少。應檢查額定功率，備用發電機和UPS設備。應評估發電機系統在全負荷以及負載低的條件下會引起積炭，一旦此情況若發生，會出現降低發電機的使用性能和壽命。

(備注：積炭，在發動機正常工作中，汽油和正常進入燃燒室的發動機機油，在供氧不足的條件下，不能在氣缸內完全燃燒，產生油煙和潤滑油燒焦的微粒。當發動機繼續運轉時.進一步受到氧化變成膠質。牢固地粘在活塞頂上,活塞環上,氣門背面,進氣管內面,節氣門體和燃燒室內等等。在高溫的反復作用下，又將膠質變成瀝青質、樹脂質及碳質，從而形成積炭。)

設備額定值：對現有配電設備進行改造， 安裝高容量配電設備，需在設備上安裝限流保護裝置、高阻抗變壓器或高電阻的接地，從而最大限度地減少由老化設備故障率。

設備擴容能力：雖然現有設備的額定功率能夠處理額外的負載，但物理限制可能會妨礙系統維護新負載的能力。

物理分配：壓降限制可能會阻礙系統擴容，并需要額外的高壓配電設備。

符合規范：過去的配電系統是依據過去的相關規范進行安裝。現在的配電系統一方面需要滿足擴容，一方面又要滿足更新的需求，以滿足擁有管轄權(AHJ)的執行人員所要求的權限，例如發電機的開、斷，保護裝置系統更新，配電設備的斷開連接等。

(AHJ：擁有管轄區的機構)

應急情況評估：

系統節能：對LED照明系統、發電機、變壓器做出成本效益分析，在此基礎上做出評估，以備更換。類似的的分析應該對在舊系統上安裝功率因數校正系統功率因(電容器組)進行評估，從而減少運行與安裝成本。

(功率因數校正：功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。)

功率校正系統(電容器組)：

· 可極大地減少許多小型電容器的安裝成本。

· 改變電容器步驟與不同電力要求和負載分散緊密對應，這通常使得要安裝的電容器數量減少，因為各個負載差異很大。

· 未來向系統增加任何設備都能得到簡化。

控制系統：節省能源的最佳方法是關閉配電設備。評估照明系統，發電機和制冷系統，合理降低能耗。新能源指南與規范也開始關注于之前無關緊要的負載(例如，計算機，復印機，水冷卻器等)。

燃料源：應評估發電機系統燃料使用情況，以最大限度地降低能耗。 發電機的成本降低只能通過減少長期油耗來實現;電力管理(數字監測與控制)系統可以用于自動切換開關，從而降低成本。

易于操作與維護

評估配電設備以及隨后對基礎設施的維護，應確保運行的可靠性，維護成本更低，更易于操作，并為人員提供更高的安全性。電源監控系統能夠提供實時監測數值，預測值，診斷報告和報警提示。

隨著配電系統不斷老化，系統內的配電設備逐漸被淘汰，運維人員會陸續為淘汰的設備購買其它廠商的新設備以替換舊設備。由于新舊設備更換交替，過去設備的維護數據、銘牌已經不全，圖紙也已經由于時間久遠沒有及時更新，故而，無法在圖紙上看出設備新增、改造后的設計意圖。

基于以上原因，測試系統設備的可靠性，可擴容的能力，設備分階段更新計劃、以及安全性變得更加難以分析。遇到這種情況，建議與運維人員進行詳細溝通，了解各種設備運行參數、測試報告等，并做好記錄，全面了解設備運行情況后，再做出評估。

如何分析、制定優先改造計劃

運維人員經常糾結于對哪些配電設備是先改造，還是先替換?運維人員為此不斷面臨各種高難度的挑戰，一方面要盡量減少各種運營支出，盡可能縮短設備宕機時間，一方面還要提高系統安全穩定性以及自身操作設備人身安全。一旦電力分配系統的情況被記錄下來，就需對系統中需改造的設備進行分類、排序;制定設備改造的優先級，并對設備改造制定分階段改造計劃，并根據改造最終目標標估算總成本。 電力分配系統應根據每個設施建筑或區域分類如下：

· 服務器設備

· 中壓設備

· 低壓配電設備

· 診斷，計量和照明監控與照明控制

· 供電回路接線與接線裝置

· 接地、焊接、防雷。

· 需對每個系統運行情況進行評級，運行良好，令人滿意或邊際效率(或數值衡量)打分，以得出設備總體評級：

· 符合規范/安全性

· 保證設備安全操作空間

· 可靠性/冗余

· 靈活性

· 物理分配

· 能耗

· 易于操作

· 可維護性

· 可擴容性

這種方法將為每個指定建筑區域的系統提供重點關注領域，而且能提供潛在風險的證據。 風險會因為每個項目情況不同而有所差異， 可以通過以下方式確定優先級：

人身安全/符合規范：評估改造配電系統必須先了解是否滿足人身安全的要求以及是否符合規范的問題，并將影響風險的因素以及設備正常運行是會出現的潛在故障點作為首要任務。改造需符合當地規范。

訴訟風險：配電系統改造必須考慮到合規以及改造后帶來的業務后果，這可能遠遠超過升級所花費用。任何成本效益優先級排序必須從這里開始。

設備運行不足/發生可能性：由于日常運維內容不定期發生變化是與設備系統改造有關，因此，可能在不知不覺中系統就失去了原有的可靠性與靈活性。對于承受高強度運行的重要設備，需要對其可靠性定期進行評估，并評估設備在處理不可預見事件時的應急能力。

預期使用年限需求：定義配電設備的使用年限將表明設備受到良好維護，可擴容以及總體規劃將如何影響配電系統的壽命延長或改造、升級需求。

將預期更新設備計劃歸到某個等級，通過權衡每個等級升級改造的成本以及優先性，再計算所需要支出的費用，從而對改造進行成本估算。

內部資源與數據中心施工承包商也應在評估范圍內。評估配電系統沒有固定的方法，因為每個數據中心的條件、資源以及優先級都是不同的; 因此，需對設備管理，改造工程、運維人員應進行等級排名與評估。設施系統設計，安裝，調試，運行和維護方面的投入允許通過合理的評估、投資方法對設計、安裝、調試、運行、維護進行評估，并做好記錄。

為能夠有效管理配電系統，需制定全面的、周詳的、具有預見性的改造、升級計劃、利用評級進行管理上、運用操作流程進行維護，為管理創建一份戰略性的計劃表，如此才能保障配電系統安全運行的可靠性。

配電系統改造已成為一門經濟與風險多因素的議題，諸如使用年限，安全性，可靠性，效率和能源成本等因素必須結合在一起考慮，權衡，從而制定升級計劃并確定優先級。對于每項配電子系統的綜合分析用于制定設備維護的短期計劃與長期支出，同時用于維護和升級，用審慎的態度對待設施改造、升級。 這對于所有公司機構的財務和長期業務發展、規劃至關重要。