芻議IDC數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設

上海現(xiàn)代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司 張孝剛

隨著信息化社會步伐的不斷加快，IDC作為高科技時代的產(chǎn)物日新月異。IDC數(shù)據(jù)中心信息存儲巨大，如果缺乏穩(wěn)定的供電配備會導致數(shù)據(jù)中心宕機，而斷電停機意味著利益的直接損失[1]。香港之所以成為許多高端數(shù)據(jù)中心的首選位置，就是因為其具有穩(wěn)健的世界級電力供應網(wǎng)絡和供配電系統(tǒng)維持高水平供電可靠度[2]。一家合格的數(shù)據(jù)中心必須具備持續(xù)不間斷運行的特性，電力作為基本的運行要素就一定要考慮電氣冗余，當發(fā)生緊急情況時，必須要采用2NUPS和15分鐘備用電池支持在緊急情況下發(fā)電，以此防止機房運行中斷，保障數(shù)據(jù)中心24小時持續(xù)運作。

1 IDC數(shù)據(jù)中心內(nèi)涵及機房供配電系統(tǒng)驗收要求

IDC即互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，其主要為ICP、企業(yè)、媒體和各類網(wǎng)站提供服務器托管、空間租用、網(wǎng)絡批發(fā)帶寬、ASP、EC等業(yè)務，具有服務規(guī)模大、質(zhì)量高、安全可靠、專業(yè)化程度高的特點。隨著電子商務的迅猛發(fā)展，IDC已成為現(xiàn)代數(shù)字化社會不可或缺的一部分，企業(yè)用戶會把越來越多的業(yè)務通過IDC來處理，這也使得企業(yè)更好的節(jié)約成本，提高效率，無需高薪聘用開發(fā)和維護人員、無需建機房和系統(tǒng)也能獲得自己所需的專業(yè)服務品質(zhì)。IDC機房擁有大量的電子計算機、存儲和網(wǎng)絡等完善設備，機房按照功能區(qū)間劃分為數(shù)據(jù)機房、配套機房、網(wǎng)絡接入間、測試區(qū)、監(jiān)控中心、打印室等，這些數(shù)據(jù)設備需要進行專業(yè)化運行、維護才能使IDC數(shù)據(jù)中心整體運轉(zhuǎn)[3]。

IDC數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機等，每個系統(tǒng)相互交叉影響，供配電能否正常穩(wěn)定是確保其他系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務正常運行的保障。根據(jù)機房的使用性質(zhì)和管理要求及其在經(jīng)濟和社會中的重要性，國家標準《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》(GB50174-2008)將機房分為A（容錯型）、B（冗余型）、C（基本型）三級，每個級別對供電的要求不盡相同。同時，依據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房施工與驗收規(guī)范》(GB50462-2008)對IDC數(shù)據(jù)中心機房工程施工安裝方面進行質(zhì)量管理，以達IDC機房工程統(tǒng)一施工目標及驗收要求，保證IDC工程質(zhì)量，以及各級機房供配電系統(tǒng)的可用性和安全性。

A、B、C三級別機房供電要求分別為（N為基本需求；N+X冗余為系統(tǒng)滿足基本需求外，增加了X個單元、X個模塊或X個路徑）：供電電源。A、B級兩個電源供電且兩個電源不應同時受到損壞，C級兩回線路供電；變壓器。A、B級M（1+1）冗余（M=1、2、3…），C級N；后備柴油發(fā)電機系統(tǒng)。A級N或（N+X）冗余（X=1…N），B級N、供電電源不能滿足要求時，C級時間滿足信息存儲要求時可不設置柴油發(fā)電機；后備柴油發(fā)電機的基本容量。A、B級應包括不間斷電源系統(tǒng)的基本容量、空調(diào)和制冷設備的基本容量、應急照明和消防等涉及生命安全的負荷容量；后備柴油發(fā)電機燃油存儲量。A級72h，B級24h；不間斷電源系統(tǒng)配置。2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4…），B級（N+X）冗余（X=1…N），C級N；不間斷電源系統(tǒng)電池備用時間。A、B級15min、柴油發(fā)電機作為后備電源時，C級根據(jù)實際需要確定；空調(diào)系統(tǒng)配電。A級雙路電源（其中至少一路為應急電源）、末端切換、采用放射式配電系統(tǒng)，B級雙路電源末端切換、采用放射式配電系統(tǒng)，C級采用放射式配電系統(tǒng)。

2 IDC數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設

2.1 項目概況

該大型電子商務企業(yè)發(fā)展迅猛，對于IDC需求迅速增加，必須以機房建設標準規(guī)定要求為依據(jù)，建設符合該企業(yè)業(yè)務發(fā)展需求的IDC機房，保證數(shù)據(jù)中心在建設和運營等方面的質(zhì)量和性能能滿足該企業(yè)業(yè)務發(fā)展和運營穩(wěn)定。其中機房的供配電是該企業(yè)IDC發(fā)揮作用的重要系統(tǒng)之一，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)包括市電供電、防雷接地、防靜電、USP不間斷供電和柴油發(fā)電機等，機房施工應對電氣裝置、配線及敷設、照明裝置等進行質(zhì)量控制，所有數(shù)據(jù)中心建設和運營均按照設計規(guī)范要求進行。

2.2 設計布置

根據(jù)用戶提出的技術(shù)要求和實地勘察，根據(jù)國家相關(guān)標準和規(guī)范對數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)進行總體設計。該企業(yè)為大型IDC機房，服務節(jié)點數(shù)在10萬以上，其構(gòu)成包括多個不同級別機房，按照高級別IDC機房供電要求配置，即A級/T4級機房，由2個來自不同變電站的2個電源供電，1用1備用或2用互備用，2個電源不應同時損壞；所有模塊、系統(tǒng)和路徑都設計為2（N+1）配置，各機房樓層都有變壓器和配套UPS不間斷電源進入，電源模塊配置與模塊機房相對應。對于重要負荷供電，如空調(diào)均采用由兩臺不同變壓器、不同母線段放射式雙電源供電，且供電線路與出電開關(guān)可互為備份。采用高級別IDC機電供電，要求配置每個電源均要滿足整個建筑及IDC機房全部重要負荷的用電要求。

2.3 IDC數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設

2.3.1 設備功能區(qū)劃分

本工程供配電系統(tǒng)設置獨立的配電間和變配電所，考慮到UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機等供配電相關(guān)的設備占地面積大、重量大，必須對其擺放位置從功能和空間、承重、外界的危害等幾方面進行確定，同時為盡可能降低從UPS輸出到用電設備間的壓降和損耗，UPS電源機房布置在靠近設備機房的位置。以數(shù)據(jù)中心等級要求為依據(jù)，對UPS大型設備重量、噪音等進行綜合考慮，將UPS電源主機、配電柜與蓄電池阻分隔，并在承重較好的位置放置。

配電柜滿足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上要放置于供電負載較近的位置，但也要保持規(guī)定要求的距離。發(fā)電機房盡量在地面一層布置，如在地下層設置必須要滿足進出風通道要求，尤其對發(fā)電機組儲油裝置的消防要求特別關(guān)注。此外，還應綜合考慮到設備機房功率密度上升引起的供電需求，即設備機房的擴展要有預留空間。非用于數(shù)據(jù)中心的建筑要確保樓面荷載、凈高、抗震和耐火等與設備安裝和線路敷設要求相匹配[4]。

2.3.2 供電系統(tǒng)

傳統(tǒng)的UPS供電模式已在可靠性、安全性和經(jīng)濟性方面難以滿足IDC業(yè)務的快速發(fā)展，高壓直流供電模式以其方案成熟、擴容方便、效率高和低成本等優(yōu)勢應用越來越多。根據(jù)基礎(chǔ)物理設施規(guī)劃的可用性等級、預算范圍、IT需求和相應的供電，本工程供電系統(tǒng)規(guī)劃為高壓直流+市電供電系統(tǒng)。市電供電系統(tǒng)負荷包括UPS供電系統(tǒng)、機房精密空調(diào)系統(tǒng)、照明設備等。一般可靠性要求引入兩路市電電源并宜為冗余關(guān)系，以及作為供電容量擴展關(guān)系，每一路市電電源容量應滿足全部一、二級負荷需求。本工程采用的是IBM機型服務器和華為交換機，該服務器機柜800×600×2000mm，整流模塊容量240V/20A，單柜滿配20個，監(jiān)控單元CSU包括交流檢測、直流檢測、開關(guān)量檢測和電池檢測等四個單元。

根據(jù)該服務器類型，采用高壓直流供電，標稱電壓C240V。該數(shù)據(jù)設備電源具有高頻開關(guān)電源特點，輸入側(cè)沒有工頻變壓器，IT設備開關(guān)電源前級為整流橋，輸入直流不會有短路阻抗產(chǎn)生，并為后級提供一個波動的高壓直流；其次，整流橋半橋?qū)刹捎靡欢妷褐抵绷麟娞峁┠芰?，高壓直流范圍為DC154～336V，交流輸入為AC110～240V，數(shù)據(jù)設備電源模塊輸入直流，直流輸入可視為直連；此數(shù)據(jù)設備電源為恒功率模塊，其輸入電壓提高使整流二極管載流量降低，直流狀態(tài)下穩(wěn)定性提高，因此只要合適電壓直流電輸入IT設備即可正常工作。采用高壓直流供電+市電供電系統(tǒng)滿足了本項目的經(jīng)濟性要求，同時至今運行情況良好，達到了穩(wěn)定運行，安全節(jié)能的效果[5]。

2.3.3 UPS工程

本工程IDC數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)采用冗余方式供電，分別引入UPS電源主機的主電源和旁路電源，輸出采用放射式或雙回路配電方式，配電系統(tǒng)輸出采用三相配電，末端分相以達三相平衡。UPS部分采用機房專用配電箱來完成，保證UPS安裝在通風良好的環(huán)境下。在安裝時，要注意UPS后面板及側(cè)板要距離墻壁或相鄰設備200mm以上，并對前面板進風口用物品遮蓋，避免UPS風機排氣孔受到阻礙，使UPS內(nèi)部溫度升高，對UPS壽命造成影響。

要特別注意，因UPS在關(guān)機狀態(tài)下也有危險電壓的可能，為了防止觸電危險，UPS機殼非專業(yè)人員不得打開。三相市電向火線輸入時必須要安裝＞250A三級聯(lián)動斷路器，以此保證緊急情況下能夠?qū)㈦娫囱杆偾袛啵淞憔€直接連接UPS輸入零線端子，不應通過斷路器。按照UPS產(chǎn)品要求連接所組裝的電池柜、電池組，連接后進行復查并對整組電池電壓進行測量，保證達到要求值。將MCCB與UPS主機電池連線，對UPS系統(tǒng)開機、調(diào)試、校正和測試，之后進行市電斷電模擬和恢復檢測。UPS電源配電箱柜引出的配電線路應由鍍鋅鋼管穿入，敷設沿著機房活動地板至各排網(wǎng)絡柜，機柜供電采用插座或工業(yè)連接器[6]。2.3.4 電氣裝置設備

施工過程的電氣工程質(zhì)量控制對于IDC機房設備安全穩(wěn)定運行十分重要，本工程按照設備開箱檢驗→設備搬運→設備基架制作與安裝→配電柜箱制作與安裝→電纜接線→送電試運行的工藝流程進行安裝。采用壓接端子連接干線、電源盤、柜和UPS，機房電源線、信號線要鋪設、排列整齊，且捆扎固定、有長度余量。按照設計將各種不同的線型，包括電源相線、中性線、保護接地線、信號線和通訊線等不同顏色的線型進行編號，可靠連接電纜電線，避免壓扁、扭絞和斷裂。

整齊、牢固、正確安裝電氣裝置，保證內(nèi)外清潔，電氣接線盒無雜物殘留，安裝同類電氣設備高度要保持一致。特種電源配電裝置要有明顯標志，標明頻率和電壓等。電源盤、柜要與其他電氣裝置臺座固定牢固，并固定在建筑樓地面。完成安裝作業(yè)且質(zhì)量檢查合格后進行送電試運行，由總配電室確定后向本工程進線互投柜送電，進行驗電、校相，保證配電柜開關(guān)操作正常、電壓正常、各指示燈和儀表正常運行，待經(jīng)過24小時空載試運行沒有異象即可等待驗收。

綜上，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心已成為企業(yè)信息化技術(shù)的核心，IDC機房建設必須要不斷完善和創(chuàng)新才能滿足不同用戶的需求。供配電系統(tǒng)設計和施工的合理性和規(guī)范性能為機房運維和數(shù)據(jù)信息存儲提供保障。因此，在供配電系統(tǒng)建設中，應合理規(guī)劃供配電系統(tǒng)，提高機房設備安裝質(zhì)量達到驗收標準，減少因供配電系統(tǒng)不穩(wěn)定而造成的斷電問題；其次，還應對不同的供配電系統(tǒng)進行不同的設置，滿足等級要求，滿足系統(tǒng)可擴展性要求，以此達到改造升級的能力。只有達到數(shù)據(jù)中心嚴格的供電標準要求，才能維持其二十四小時不間斷供電，從而滿足企業(yè)對各類數(shù)據(jù)的需求。