數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性的研究

楊詩(shī)偉

（江蘇省新通智能交通科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210006）

近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，而供配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性直接影響整體數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用水平，因此需要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的可靠性，并利用合理的方式增強(qiáng)其安全性。

1 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià)措施

目前，雖然在已知供配電系統(tǒng)軟件故障概率的情況下，能夠簡(jiǎn)易性使用網(wǎng)絡(luò)法實(shí)施可靠性的評(píng)價(jià)工作，但是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很小、元器件的數(shù)量很少、故障數(shù)據(jù)的內(nèi)容不足，不能精準(zhǔn)明確原件的故障率和發(fā)生位置，因此就要使用原件故障率多元證據(jù)，將各類證據(jù)相互合成獲取十分準(zhǔn)確的故障率估測(cè)區(qū)間，而由于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)元件屬于市場(chǎng)中非常成熟的產(chǎn)品，每種元件的故障數(shù)據(jù)信息來(lái)源差異性很低，屬于具有一致性特點(diǎn)的沖突不足證據(jù)，所獲得的結(jié)果也無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估供配電系統(tǒng)的可靠性，因此建議在系統(tǒng)可靠性評(píng)估期間針對(duì)證據(jù)理論進(jìn)行改進(jìn)處理，明確分析問(wèn)題所在，以證據(jù)距離作為基礎(chǔ)對(duì)證據(jù)合成公式進(jìn)行改進(jìn)，確保沖突不足證據(jù)合成結(jié)構(gòu)負(fù)荷可靠性評(píng)估的要求。也可以將馬爾科夫理論中的UPS電源并機(jī)冗余系統(tǒng)輸出端停電數(shù)字模型作為基礎(chǔ)，分析UPS電源單機(jī)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中的不同平穩(wěn)狀態(tài)概率情況，了解冗余系統(tǒng)輸出端故障失效問(wèn)題的規(guī)律，創(chuàng)建與停電失效相互契合的數(shù)學(xué)模型，便于準(zhǔn)確進(jìn)行系統(tǒng)可靠性的評(píng)估處理。

2 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性的提升措施

2.1 合理控制用電負(fù)荷

要想確保相關(guān)的供配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，就應(yīng)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)劃分用電負(fù)荷與性質(zhì)，主要因?yàn)橛秒娯?fù)荷的統(tǒng)計(jì)直接影響變壓器設(shè)備、發(fā)電機(jī)設(shè)備機(jī)組的裝機(jī)容量，用電負(fù)荷性質(zhì)的科學(xué)劃分直接影響供配電系統(tǒng)的構(gòu)成。其一，在統(tǒng)計(jì)工作中應(yīng)研究動(dòng)力負(fù)荷的情況，統(tǒng)計(jì)分析空調(diào)制冷設(shè)備、冷卻水與冷凍水循環(huán)泵設(shè)備、空調(diào)機(jī)組設(shè)備、新風(fēng)機(jī)組設(shè)備、給排水泵體設(shè)備、電梯設(shè)備、風(fēng)機(jī)設(shè)備等各種類型用電設(shè)備的額定容量數(shù)據(jù)信息。同時(shí)還需統(tǒng)計(jì)分析照明的用電負(fù)荷，整合收集每個(gè)房間或功能區(qū)域?qū)φ彰髡斩鹊囊髷?shù)據(jù)、電源插座的數(shù)據(jù)、盤(pán)管的數(shù)據(jù)、特殊空間功能用電設(shè)備單位容量數(shù)據(jù)等，另外還需統(tǒng)計(jì)研究大型計(jì)算機(jī)設(shè)備或是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的單臺(tái)用電負(fù)荷數(shù)值，最后結(jié)合具體的用電需求科學(xué)計(jì)算用電負(fù)荷指標(biāo)。其二，重點(diǎn)針對(duì)用電負(fù)荷的性質(zhì)進(jìn)行劃分處理。結(jié)合我國(guó)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，將大型計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分成為一級(jí)用電負(fù)荷的部分；二級(jí)用電負(fù)荷的部分則是一般照明設(shè)備，客體設(shè)備與生活水泵設(shè)備，消防方面的消火栓泵設(shè)備、噴灑泵設(shè)備、消防電梯與控制中心中的報(bào)警控制器設(shè)備、應(yīng)急照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等；三級(jí)用電負(fù)荷的部分則是送風(fēng)機(jī)設(shè)備。合理進(jìn)行用電負(fù)荷與性質(zhì)劃分處理之后，應(yīng)結(jié)合要求控制各類電器的用電量，避免因?yàn)橛秒娯?fù)荷的不合理控制和調(diào)整出現(xiàn)問(wèn)題，為各類設(shè)備提供可靠性的供配電支持。

2.2 科學(xué)設(shè)置供電電源

（1）選擇10 kV高壓電源將高壓供電電源的部分設(shè)置成為兩路的部分，分別由110 kV或者是220 kV的不同上級(jí)變電站供電，兩路電源同步運(yùn)行，相互備用，一旦某路電源出現(xiàn)了故障問(wèn)題，就可以切換成為另外一路電源，避免出現(xiàn)供配電可靠性的問(wèn)題；

（2）在220 V與380 V的低壓電源設(shè)置的過(guò)程中，可以將其分成正常供配電、應(yīng)急供配電的兩種形式，其中正常供配電的部分需要引進(jìn)兩臺(tái)變壓器設(shè)備，在低壓側(cè)母線相互之間設(shè)置相應(yīng)的母聯(lián)斷路器部件，使用單母線分段分列的形式運(yùn)作，而對(duì)于應(yīng)急母線的階段則與應(yīng)急聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相互連接，使其能夠與主母線之間正常聯(lián)絡(luò)，如果兩段變壓器母線出現(xiàn)失電的現(xiàn)象，也就是兩路市電都有故障問(wèn)題，就可以啟動(dòng)應(yīng)急性的聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，直接將其切換到應(yīng)急電源部分，借助柴油機(jī)進(jìn)行發(fā)電，增強(qiáng)供配電的可靠性。設(shè)置的應(yīng)急供電電源，則需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備和機(jī)組。按照我國(guó)相關(guān)規(guī)定要求、規(guī)范要求等，為保證一級(jí)負(fù)荷、重要負(fù)荷的供配電處于連續(xù)性的狀態(tài)，除了其中的兩路市電，需要設(shè)置和正常電源之間相互獨(dú)立的應(yīng)急電源，也就是第三路電源。并且我國(guó)在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中提出，一級(jí)負(fù)荷、重要負(fù)荷供配需要保證在利用雙重電源供電的基礎(chǔ)上，設(shè)置應(yīng)急類型的電源部分，杜絕將其和其他類型的負(fù)荷相互接入，在對(duì)機(jī)械設(shè)備供配電電源進(jìn)行切換的階段，應(yīng)急電源需要保證滿足設(shè)備供配電的需求。在此情況下需結(jié)合應(yīng)急電源的特點(diǎn)與情況，設(shè)計(jì)與正常電源之間相互獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組設(shè)備、專業(yè)性的饋電線路系統(tǒng)、蓄電池設(shè)備、干電池設(shè)備、柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備等，利用雙電源在緩緩開(kāi)關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)不同電源的切換處理，確保能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心大型計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等提供可靠的供配電服務(wù)。

（3）合理設(shè)置連續(xù)性運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)間斷問(wèn)題的電源裝置UPS，結(jié)合國(guó)家規(guī)范標(biāo)將供電中斷的時(shí)間控制在毫秒級(jí)別，使用蓄電池靜止類型不會(huì)出現(xiàn)間斷現(xiàn)象的供電設(shè)備。在設(shè)置不間斷連續(xù)性應(yīng)用的電源設(shè)備過(guò)程中，需要應(yīng)用在中斷供電時(shí)間在15秒鐘以上的供配電領(lǐng)域，能夠快速性自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組設(shè)備，并且自動(dòng)運(yùn)行的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間能夠滿足可靠性供配電的

基本需求，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)具有自動(dòng)化投入裝置，可以與正常電源相互獨(dú)立的專用饋電線路系統(tǒng)，將中斷供電的時(shí)間控制為毫秒級(jí)，確保能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心的大型計(jì)算機(jī)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備持續(xù)性供電，增強(qiáng)供配電的連續(xù)性。另外，可設(shè)計(jì)“1+1”類型的井機(jī)冗余形式連續(xù)性的供配電電源系統(tǒng)，此類系統(tǒng)在應(yīng)用期間能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心的設(shè)備提供可靠度較高的供配電服務(wù)，并且兩臺(tái)單機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)的可利用性會(huì)有所提升，允許用戶在操作期間無(wú)須確保外部維修旁路開(kāi)關(guān)、關(guān)鍵負(fù)載連續(xù)性供電的情況下，就可以進(jìn)行兩臺(tái)單機(jī)設(shè)備與井機(jī)輸出開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的維護(hù)處理[1]。

2.3 提升供電的持續(xù)性

2.3.1 高壓供配電系統(tǒng)

（1）此類系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)明確主要要求，將兩路10 kV電源與不同的上級(jí)變電站之間相互連接，通過(guò)單母線分段的形式處理，設(shè)置母聯(lián)斷路器設(shè)備，在日常運(yùn)行的過(guò)程中兩段母線分別運(yùn)作，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題就可以手動(dòng)切換，避免影響供電的連續(xù)性和持續(xù)性，只有在主進(jìn)斷路器之內(nèi)某臺(tái)設(shè)備斷開(kāi)之后，才能進(jìn)行母聯(lián)斷路器的關(guān)閉處理。

（2）應(yīng)使用真空斷路器設(shè)備，設(shè)置25 kA或者是31.5 kA的斷路器設(shè)備，在10 kV的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部區(qū)域設(shè)置氧化鋅避雷器設(shè)備，起到過(guò)電壓的良好保護(hù)作用。同時(shí)還要使用電動(dòng)彈簧蓄能操作系統(tǒng)設(shè)置真空斷路器的設(shè)備，引進(jìn)鉛鋅免維護(hù)電池柜，在其中進(jìn)行直流處理、繼電保護(hù)處理、信號(hào)電源的控制處理。

（3）選擇設(shè)置過(guò)電流保護(hù)功能、速斷功能、零序電流保護(hù)功能、變壓器高溫報(bào)警等功能的變壓器柜設(shè)備，同時(shí)利用微機(jī)綜合性的保護(hù)方式實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的目的[2]。在設(shè)置繼電保護(hù)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注低壓側(cè)主進(jìn)斷路器設(shè)備與母聯(lián)斷路器設(shè)備的電氣和機(jī)械連鎖處理，對(duì)母聯(lián)斷路器設(shè)備應(yīng)該采用手動(dòng)與自動(dòng)兩種投入措施，自動(dòng)投入措施還需設(shè)置自投自負(fù)、自投手負(fù)、自投停用狀態(tài)。低壓母聯(lián)斷路器設(shè)備自投還需設(shè)定零到一秒鐘的延時(shí)時(shí)間，在低壓側(cè)主進(jìn)斷路器由于過(guò)載原因或是短路原因出現(xiàn)故障分閘現(xiàn)象，就不能允許母聯(lián)斷路器的自動(dòng)化關(guān)合。對(duì)于不重要的復(fù)合回路斷路器設(shè)備，應(yīng)按照實(shí)際情況設(shè)置失壓脫扣器，在某臺(tái)變壓器或某路市電出現(xiàn)故障的情況下，母連斷路器就可以自動(dòng)化投入，不重要的負(fù)荷回路也會(huì)失去壓力自動(dòng)斷開(kāi)，這樣能夠保證一級(jí)負(fù)荷供電與二級(jí)負(fù)荷供電的持續(xù)性，另外一臺(tái)變壓器設(shè)備的負(fù)載也不會(huì)超出允許范圍。

2.3.2 低壓供配電系統(tǒng)的設(shè)置

首先，在兩臺(tái)變壓器設(shè)備的低壓側(cè)母線之間設(shè)置母聯(lián)斷路器設(shè)備，將其和主進(jìn)斷路器設(shè)備相互整合，創(chuàng)建電氣聯(lián)鎖與機(jī)械設(shè)備的聯(lián)鎖，采用自動(dòng)化與手動(dòng)性投入的方式，自動(dòng)化投入措施需要設(shè)置自動(dòng)化投入自動(dòng)化處理、自動(dòng)化投入與手動(dòng)處理、自動(dòng)化投入與停用三種狀態(tài)，將自動(dòng)化投入的時(shí)間控制在1秒鐘之內(nèi)，如果低壓側(cè)的主進(jìn)斷路器設(shè)備由于過(guò)載因素或是短路故障因素出現(xiàn)分閘的現(xiàn)象，不能自動(dòng)化將母聯(lián)斷路器關(guān)合。那么對(duì)于不重要的負(fù)荷回路斷路器而言，需要設(shè)置失壓脫扣器裝置，在某路市電或者是某臺(tái)變壓器設(shè)備發(fā)生故障情況下，母聯(lián)電路器就能夠自動(dòng)化投入運(yùn)行，不重要的負(fù)荷回路也會(huì)出現(xiàn)失壓的現(xiàn)象，自動(dòng)斷開(kāi)，確保一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷供電的持續(xù)性，不會(huì)對(duì)供配電的穩(wěn)定性造成影響；其次，對(duì)于主進(jìn)斷路器設(shè)備、母聯(lián)斷路器設(shè)備、饋出回路斷路器設(shè)備，都需要設(shè)置過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)、短延時(shí)保護(hù)、速斷保護(hù)，這樣可以通過(guò)合理的保護(hù)措施預(yù)防發(fā)生延時(shí)問(wèn)題、供電間斷問(wèn)題；最后，所設(shè)置的無(wú)功補(bǔ)償形式，需要將低壓集中自動(dòng)化補(bǔ)償方式與分散補(bǔ)償方式有機(jī)整合，在每個(gè)變配電站的低壓側(cè)都必須設(shè)置集中功率因數(shù)自動(dòng)化補(bǔ)償設(shè)備，確保補(bǔ)償以后的功率因數(shù)能夠控制在0.96以上。如果存在氣體放電光源燈具設(shè)備，那么就要在其中設(shè)置運(yùn)行效率較高的電子鎮(zhèn)流器部件，起到分散補(bǔ)償?shù)淖饔?，保證在補(bǔ)償以后各個(gè)燈具的功率因數(shù)能夠維持在0.96以上。

2.4 強(qiáng)化供配電的監(jiān)控力度

為確保數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)強(qiáng)化監(jiān)控力度，事前預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題、提前規(guī)避故障現(xiàn)象或是影響系統(tǒng)可靠性的因素，保證整體系統(tǒng)良好運(yùn)作。①創(chuàng)建智能化的供配電監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)化收集整合高壓配電與低壓配電的電氣、控制、故障報(bào)警、通信等數(shù)據(jù)，保證可以全面采集與顯示此類數(shù)據(jù)，便于準(zhǔn)確了解供配電系統(tǒng)是否存在可靠性的隱患。在此期間應(yīng)積極創(chuàng)建完善的智能化供配電系統(tǒng)綜合監(jiān)控與統(tǒng)一管理架構(gòu)，采用現(xiàn)代化的遙測(cè)、遙控、遙信、遙感、無(wú)人值班、少人值班等技術(shù)，將其與樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)相互整合，遠(yuǎn)程進(jìn)行各類供配電系統(tǒng)和設(shè)備的監(jiān)控。②使用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控平臺(tái)創(chuàng)建開(kāi)放性較高、靈活性較強(qiáng)的通信結(jié)構(gòu)與監(jiān)控機(jī)制，遠(yuǎn)程設(shè)置相應(yīng)的終端部分，綜合性完成變電站方面的監(jiān)視、報(bào)警、測(cè)量等任務(wù)，設(shè)計(jì)上位監(jiān)控站、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)，采用人機(jī)交互界面綜合監(jiān)控、分析供配電可靠性情況和問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)隱患必須及時(shí)應(yīng)對(duì)處理，保證系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性程度符合標(biāo)準(zhǔn)。③積極運(yùn)用高壓計(jì)量的措施，在每路電源進(jìn)線外部設(shè)置供電部門(mén)所提供的專門(mén)計(jì)量裝置設(shè)備，并且需要在每個(gè)變電站低壓電源進(jìn)線的位置與景觀照明饋線回路的位置合理設(shè)置計(jì)量方面的基礎(chǔ)設(shè)施，便于嚴(yán)格進(jìn)行電氣計(jì)量監(jiān)控。④積極創(chuàng)建電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，按照數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，創(chuàng)建智能化的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)實(shí)時(shí)性收集和顯示的高壓配電設(shè)備與低壓配電設(shè)備電氣參數(shù)數(shù)據(jù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)化控制，一旦發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題可快速警報(bào)，同時(shí)還能強(qiáng)化通信方面的管理力度，全面采集其中的信號(hào)，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)化監(jiān)控管理水平。在此期間應(yīng)積極運(yùn)用分層分布類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，綜合進(jìn)行高壓與低壓配電系統(tǒng)的智能化監(jiān)控，集中統(tǒng)一開(kāi)展管理工作，完善其中的四遙功能和無(wú)人值班功能，加強(qiáng)與樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的整合力度，充分整合遠(yuǎn)程控制和就地監(jiān)控等模式，滿足節(jié)能要求并提升監(jiān)控工作的有效性。考慮到在電力監(jiān)控的過(guò)程中使用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，通信結(jié)構(gòu)非常靈活、監(jiān)控系統(tǒng)具有開(kāi)放的特點(diǎn)，能夠利用終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制有效完成監(jiān)視工作、測(cè)量工作和報(bào)檢工作，為保證整體監(jiān)控工作的水平，應(yīng)將系統(tǒng)劃分成為兩個(gè)層次：其一是現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)量設(shè)備與PLC層次，將其設(shè)置在高壓與低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部，全面采集保護(hù)開(kāi)關(guān)柜等信號(hào)數(shù)據(jù)和電量數(shù)據(jù)；其二是上位監(jiān)控站，可以收集第一層次的數(shù)據(jù)信息，集中化開(kāi)展管理工作，增強(qiáng)所有系統(tǒng)的監(jiān)控和管理效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性具有重要的意義，因此在實(shí)際工作中應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)中心的供配電需求與系統(tǒng)情況，做好可靠性的評(píng)估工作，同時(shí)按照系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的需求，做好低壓與高壓供電的線路配置工作，提升供電的持續(xù)性，嚴(yán)格控制用電負(fù)荷，確保利用綜合性的手段和技術(shù)方式進(jìn)行供配電系統(tǒng)可靠性的監(jiān)控分析，提前預(yù)測(cè)和預(yù)防問(wèn)題，維護(hù)系統(tǒng)的可靠性程度。