淺議數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶赟愷

摘要：基于單位近兩年來一直在準(zhǔn)備一個(gè)大型數(shù)據(jù)處理中心項(xiàng)目立項(xiàng)的研究，結(jié)合供配電系統(tǒng)運(yùn)維管理積累的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中的供電、低壓配電、防雷接地等部分設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等提出一些建議，旨在進(jìn)一步探討如何通過合理的供配電設(shè)計(jì)而構(gòu)建一個(gè)節(jié)能、環(huán)保、高效的數(shù)據(jù)中心。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；系統(tǒng)可用性；功率密度

隨著廣播電視監(jiān)測(cè)監(jiān)管事業(yè)的發(fā)展，廣播、電視、新媒體等監(jiān)測(cè)監(jiān)管系統(tǒng)越建越多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模也是越來越大，分而治之的運(yùn)維管理模式弊端漸漸突顯，統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)監(jiān)管數(shù)據(jù)中心機(jī)房將是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)?？紤]到供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和多樣性，本文從高壓供配電、UPS、低壓配電等關(guān)鍵部分進(jìn)行討論。

一、設(shè)計(jì)原則及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要包括：高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、輸入低壓配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)以及照明、防雷接地等。

供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)管理的規(guī)定，達(dá)到雙路市電輸入、柴油發(fā)電機(jī)等多路的可用電源，具備冗余構(gòu)件，可進(jìn)行并行維護(hù)等要求，同時(shí)兼顧考慮系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保、可擴(kuò)充、便于管理等設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)時(shí)參照相關(guān)的國(guó)家、國(guó)際和行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要做好數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要深刻理解數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)對(duì)供配電系統(tǒng)的要求，概括起來主要是連續(xù)、穩(wěn)定、平衡、分類這四項(xiàng)總體要求。

連續(xù)是指電網(wǎng)的不間斷供電。只要是在容忍區(qū)內(nèi)的暫態(tài)電能質(zhì)量的變化對(duì)計(jì)算機(jī)等信息設(shè)備損害可以忽略，也就是說一般的供電系統(tǒng)切換、電壓跌落等控制在20毫秒以內(nèi)是不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。

穩(wěn)定是指要求供電電源的頻率穩(wěn)定，波形失真小。要求穩(wěn)態(tài)電壓的偏移值控制在±3%之內(nèi)，一般市電供電很難滿足，必須配備UPS。

平衡是要求三相電源平衡，負(fù)載在三相之間平衡有利于保護(hù)供電設(shè)備及負(fù)載。

分類是指把IT設(shè)備及相關(guān)輔助設(shè)備按照供配電保障要求進(jìn)行分級(jí)，這樣可以在保證整個(gè)系統(tǒng)可用性不變的前提下降低成本。

為了更好闡述數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文以全媒體融合監(jiān)測(cè)監(jiān)管數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例，其擬建規(guī)模為總建筑面積約4000平方米的4層監(jiān)測(cè)設(shè)備機(jī)房，約有200個(gè)左右機(jī)柜投入使用，主要設(shè)備包括有服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、信號(hào)接收解調(diào)等監(jiān)測(cè)設(shè)備，參照Tier3類可用性進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)PUE指標(biāo)≤1.6。

（一）供電負(fù)荷等級(jí)及容量計(jì)算

數(shù)據(jù)中心機(jī)房整體為一級(jí)負(fù)荷用戶，為了更好的進(jìn)行用電保障，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、消防用電設(shè)備、機(jī)房空調(diào)設(shè)備、應(yīng)急照明為一級(jí)負(fù)荷；其余機(jī)房照明、空調(diào)、電梯電力等分為二級(jí)負(fù)荷。

隨著IT設(shè)備的集成度越來越高，機(jī)房的功率密度也在不斷的升高，對(duì)不同設(shè)備的機(jī)柜功率估算值也不同。一般的解調(diào)設(shè)備的功率密度較小，以2KVA/m2計(jì)算，一般的服務(wù)器、轉(zhuǎn)編碼設(shè)備機(jī)柜按照5KVA/m2計(jì)算，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備約1000kVA；監(jiān)測(cè)機(jī)房空調(diào)設(shè)備約650kVA；其它辦公及生活負(fù)荷約為300kVA，最大用電量為1950kVA。

在做設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮供電及制冷的動(dòng)態(tài)平衡同時(shí)要兼顧到發(fā)展需要。

（二）外部電源

該項(xiàng)目由場(chǎng)區(qū)外引來兩路獨(dú)立的35kV高壓電源，最好從2個(gè)不同變電站引入，進(jìn)入場(chǎng)區(qū)前一公里外埋地引入至變配電室高壓配電設(shè)備。

（三）低壓配電系統(tǒng)

選擇了2臺(tái)2000kVA的35/0.4型變壓器，變壓器繞組接線組別為DYn11。兩臺(tái)變壓器互為備用，進(jìn)線分別引自兩路不同的高壓電源；其中一臺(tái)變壓器帶工藝及照明負(fù)荷，另一臺(tái)變壓器帶機(jī)房空調(diào)及動(dòng)力負(fù)荷。采用單母線分段運(yùn)行，平時(shí)母聯(lián)斷開，當(dāng)其中一臺(tái)變壓器停止工作后，母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)閉合，由另一臺(tái)變壓器帶起全部負(fù)荷。

（四）應(yīng)急電源

為保證工藝設(shè)備的不間斷供電，項(xiàng)目選擇了2臺(tái)500kVA的不間斷電源UPS，后備時(shí)間30分鐘。UPS具備PC通訊電路及CAN通訊電路，為后臺(tái)自動(dòng)化環(huán)控預(yù)留接口。

本項(xiàng)目選擇了1臺(tái)備用功率為2000kW的柴油發(fā)電機(jī)作為本項(xiàng)目的備用電源，滿足所有一二級(jí)負(fù)荷的用電要求。

（五）防雷接地設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目按二類防雷建筑設(shè)計(jì)。防雷接地、保護(hù)接地、工作接地、弱電系統(tǒng)接地等共用一個(gè)接地裝置，低壓配電房設(shè)專用接地線進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，并與大樓預(yù)留的總等電位盤連通。優(yōu)先考慮利用建筑物基礎(chǔ)作為接地極，要求接地電阻不大于1歐姆，實(shí)測(cè)不能滿足接地電阻值的要求時(shí)增設(shè)人工接地體。

（六）照明設(shè)計(jì)

照明光源主要采用LED燈等高效、節(jié)能光源。機(jī)房及控制室、變配電室等重要房間設(shè)置應(yīng)急工作照明。同時(shí)，按防火規(guī)范的要求在各有關(guān)部位設(shè)置疏散標(biāo)志燈。應(yīng)急工作照明及疏散標(biāo)志燈采用集中蓄電池供電，電池持續(xù)供電時(shí)間不低于20分鐘。

（七）設(shè)備選型

變壓器選用損耗小、過載能力強(qiáng)、滿足防火要求的樹脂澆注干式變壓器。變壓器繞組接線組別為DYn11，以提高變壓器承受不平衡負(fù)載的能力，削減諧波干擾。35KV高壓開關(guān)柜選用手車中置柜，內(nèi)裝真空開關(guān)，采用彈簧操作機(jī)構(gòu)，直流電源操作。低壓配電柜選用抽屜式配電柜，低壓配電柜內(nèi)進(jìn)出線開關(guān)分?jǐn)嗄芰Σ恍∮?5KA。

三、結(jié)語

數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)建設(shè)，直接決定了系統(tǒng)的可靠性，對(duì)突發(fā)事件的自動(dòng)抵抗能力，系統(tǒng)業(yè)務(wù)的持續(xù)高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，以及綠色、節(jié)能、環(huán)保等運(yùn)維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)行業(yè)里著名的“浴盆曲線”，數(shù)據(jù)中心的可用性是可控可管理的，在數(shù)據(jù)中心所有初步設(shè)計(jì)完成后，最好采用模擬的軟件對(duì)機(jī)房設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行模擬分析，進(jìn)行整個(gè)動(dòng)環(huán)平衡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的建設(shè)投資和運(yùn)維成本控制，達(dá)到系統(tǒng)建設(shè)的整體目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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