*數據機房供配電系統(tǒng)設計及產品選型

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要: 數據中心的設備屬計算機系列設備，IT設備的工作時間基本上是連續(xù)的，為確保數據中心的設備可靠運行，必須建立良好的供配電系統(tǒng)，對于*數據機房尤為重要。結合西南某大樓數據機房項目，探討了*數據中心的供配電系統(tǒng)設計，可為類似數據機房供配電系統(tǒng)設計提供參考

關鍵詞: 數據機房; A 級機房; 供配電系統(tǒng); 諧波

0 引 言

隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，數據中心建設的規(guī)模和數量不斷擴大，對供配電系統(tǒng)的設計要求越來越高，以確保電子信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運行，因此要充分做到技術先進、經濟合理、安全適用、節(jié)能環(huán)保。本文結合某大樓實際工程項目，討論數據機房供配電系統(tǒng)的設計，在可靠運行的情況下更加經濟合理、安全適用。

對于*數據中心機房供電系統(tǒng)非常重要，是維持數據機房運行的關鍵。GB 50174—2017《數據機房設計規(guī)范》中要求 *數據機房應由雙重電源供電，并且需要設置柴油發(fā)電機組和不間斷電源(UPS) 系統(tǒng)，且柴油發(fā)電機燃料存儲量宜滿足12h用量。

1 項目概況

西南某大樓總建筑面積為118162.99 m2， 其中數據中心總建筑面積約為 5000 m2，包括1F數據機房發(fā)電機房、7F數據機房變電所、8F和9F數據機房。功能區(qū)域包括主機房( 業(yè)務網機房、涉密機房區(qū)、中心監(jiān)控區(qū)) 、管理區(qū)( 運行維護區(qū)、開發(fā)測試中心、倉庫、備件室) 和輔助用房( 機房專用空調、電力保障室、消防系統(tǒng)、培訓室、值班監(jiān)控室、呼叫中心機房).如果該數據機房的電子信息系統(tǒng)運行中斷，將造成重大的經濟損失。根據規(guī)范 GB 50174—2017《數據機房設計規(guī)范》，確定該數據機房為 *數據機房。

2供配電系統(tǒng)設計

2.1 供電電源

該數據機房按*機房設計，電子信息設備、空調、照明等負荷均為用電負荷。采用城市10kV雙重電源供電，另設置2臺自備柴油發(fā)電機組和UPS作為備用電源。該工程變電所有功計算負荷為950kW，計算容量為1000kVA，設2臺1250kVA 的干式變壓器，變壓器負載率不超過50% 。設置2臺常用功率為1000kW( 1250kVA) 自備數據柴油發(fā)電機組作為數據機房備用電源，變電所為數據機房專用變電所，設在7F，發(fā)電機房設在 1F。低壓配電系統(tǒng)的接地形式采用TN-S系統(tǒng)。

2.2 供配電系統(tǒng)構成

10kV高壓電源由 2個變電站引來，高壓和低壓不聯絡，由柴油發(fā)電機引來一路電源作第三電源，主備用電源和發(fā)電機電源在變壓器出線處切換，切換后對數據機房用電設備供電。數據中心供配電系統(tǒng)示意圖如圖1所示

 

數據機房共設4套500kVA UPS 系統(tǒng)，每2套500kVA UPS組成2N雙母線系統(tǒng)，雙回路雙柜輸出為機房內所有計算機系統(tǒng)設備( 服務器、網絡設備、存儲設備等) 供電，UPS 系統(tǒng)的后備電池備用時間為15min。機房的服務器與存儲機柜單機柜平均負荷按3 kW 考慮，負荷不超過5kW。

2.3 供配電系統(tǒng)特點

(1) 電源采用10 kV雙重電源; 變壓器滿足容錯要求，采用2N系統(tǒng)，2臺變壓器每臺負載率不超過50% ; 另外設2臺發(fā)電機系統(tǒng)作為第三電源，主備用電源和發(fā)電機電源在變壓器出線處切換; 2路10 kV高壓系統(tǒng)中間不聯絡，低壓配電系統(tǒng)中間不聯絡; 4套500 kVA UPS 系統(tǒng)，每2套UPS組成2N雙母線系統(tǒng)。

(2) 目前的IT設備均為自帶雙電源切換的設備，對于這種10kV高壓、變壓器、發(fā)電機、UPS*100%備用的系統(tǒng)，UPS采用單電源進線，UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) 進線分別引自2臺變壓器，末端IT設備的2路電源分別引自 UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) ，實現 IT 設備末端切換，而在UPS處不采用雙電源進線的方式。電源*備用，在IT設備之前的雙重電源盡可能獨立，不發(fā)生聯系，以保證末端切換前電源的獨立性，使得系統(tǒng)更簡單、可靠。

(3) 空調制冷系統(tǒng)和供電系統(tǒng)非常重要，是維持生產運行的關鍵。如果為制冷系統(tǒng)供電的電源出現故障，機房環(huán)境溫度會加速上升。空調系統(tǒng)和機房照明采用雙電源供電，末端切換，干線采用放射式配電系統(tǒng)，當兩路電源都失電時由發(fā)電機供電。

3 變配電系統(tǒng)的諧波問題

UPS 采用絕緣柵門極晶體管( IGBT) 高頻整流器，故UPS本身配置諧波設備。正常情況下，UPS 在30%負荷率時電流總諧波畸變率 ＜8%，在100%負荷率時電流總諧波畸變率 ＜5%。逆變器采用 IGBT元件，輸出電壓波形為連續(xù)的正弦波，在負荷率100%時線性負荷的電壓總諧波畸變率≤3%，非線性負荷的電壓總諧波畸變率≤5%，可以不設置有源電力濾波裝置。因此，考慮到經濟性，該工程未設置有源電力濾波裝置，依靠 UPS 自

身配置的諧波設備諧波。

4 變配電系統(tǒng)的抗震設計

抗震設防烈度 6°及以上地區(qū)的建筑機電工程設施必須進行抗震設計。變配電室的抗震設計主要注意事項如下:

(1)變壓器、發(fā)電機組安裝就位后應焊接牢固，內部線圈應固定在電壓器、發(fā)電機外殼內的支承結構上; 變壓器、發(fā)電機的支承面宜適當加寬，并設置防止移動和傾倒的限位器。

(2)變壓器、柴油發(fā)電機組、配電柜等機電設備的抗震經公司根據 GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設計規(guī)范》［3］深化設計，并經建筑設計單位認可后才實施。

(3)配電箱( 柜) 、通信設備的安裝螺栓或焊接強度應滿足抗震要求; 靠墻安裝的配電柜、通信設備機柜底部安裝應牢固，當底部安裝螺栓或焊接強度不夠時應將頂部與墻壁進行連接。當配電柜、通信設備柜等非靠墻落地安裝時，根部應采用金屬膨脹螺栓或焊接的固定方式; 壁式安裝的配電箱與隔墻之間應采用金屬膨脹螺栓連接。

5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產品介紹

隨著數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數據中心配電系統(tǒng)方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的方式。

AMC系列數據中心配電系統(tǒng)是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供的電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現對整個數據機房的實時監(jiān)控和管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。

5.1配電管理解決方案

5.1.1交流系統(tǒng)

1）功能要求：

遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

2）配置方案-示意圖

 

配置方案

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

5.1.2直流系統(tǒng)

1) 功能要求

遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

2)配置方案-示意圖

 

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V 開關電源            SBD-30  （48V）

5.2產品規(guī)格

 

說明：■為標配功能。

5.3配套附件

6 安科瑞母線槽監(jiān)測產品介紹

6.1 概述

數據中心小母線系統(tǒng)是數據中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊，將數據上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

6.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

1）交流系統(tǒng)功能：

遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；

2）直流系統(tǒng)功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；

6.3 產品介紹

說明：■為標配功能。

7 結 語

某大樓工程的*數據中心機房沒有*按照GB50174—2017《數據機房設計規(guī)范》進行設計，規(guī)范要求 UPS 進線系統(tǒng)應采用自動轉換系統(tǒng)，即要求UPS采用雙回路自動切換的供電系統(tǒng)。筆者根據實際情況，且與業(yè)主和廠家進行溝通后認為，對于自帶雙電源切換的的末端用電設備，且電源*100%備用的情況下，UPS處可以不采用雙電源進線的方式，在IT設備之前的雙重電源盡可能獨立，以保證末端切換前電源的獨立性，使得系統(tǒng)更簡單、可靠。

參考文獻：

【1】 數據機房設計規(guī)范:GB50174-2017[S].

【2】 寧永生.*數據機房供配電系統(tǒng)設計.

【3】 安科瑞數據中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.

【4】 安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版.