崔庭宇

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰

摘要：現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計算機，對于這種場所的電力供應，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效，這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個交叉的系統(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)互相交叉，互有影響，這就使我們在設計時需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設計。

一、系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機房中都包括大量的計算機，對于這種場所的電力供應，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效，擴容容易，維護簡便，容錯力強，主要的是性價比高。數(shù)據(jù)中心機房是現(xiàn)代信息化建設的基礎工程，為各個業(yè)務提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境，而機房的供配電系統(tǒng)就是這基礎工程的心臟和大動脈，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務正常運行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個交叉的系統(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，各個系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們在設計時需要考慮多方面的因素。

二、設計標準

數(shù)據(jù)中心有專門的設計標準，綜合性的數(shù)據(jù)中心電信基礎標TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎設施標準》，是2005年4月由美國電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(TIA)、TIA技術工程委員會(TR42)和美國國家標準學會(ANSI)批準的。國內的相關規(guī)范和標準也是綜合國外標準以及國內數(shù)據(jù)中心建設發(fā)展情況做出的，數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范GB50174—2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》也于2008年l1月12日發(fā)布，2009年6月1日開始實施。

設計一個數(shù)據(jù)中心首先需要根據(jù)用戶重要性和業(yè)主對數(shù)據(jù)中心可靠性、安全性等的具體需求，確定機房等級．再按照相應等級確定適合的供配電系統(tǒng)。國內的數(shù)據(jù)中心首先需要滿足國內規(guī)范的要求。GB 50174—2008中關于數(shù)據(jù)中心的分級規(guī)定如下：電子信息系統(tǒng)機房應劃分為A、B、C三級。設計時應根據(jù)機房的使用性質、管理要求及其在經(jīng)濟和社會中的重要性質確定所屬級別。

三、設計原則

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計應執(zhí)行或參照執(zhí)行國家和行業(yè)相關標準、規(guī)范，并可參考國外相關標準、規(guī)范，結合考慮數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當?shù)募夹g措施。同時，應滿足項目建設單位的企業(yè)標準、規(guī)范的要求。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計應遵循分區(qū)、分級的原則，同一功能區(qū)域內的各類設備的供電可靠性，應能保證所有設備能夠按照該區(qū)域標準的要求運行，并將供配電系統(tǒng)局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。

數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、總量大，其供配電系統(tǒng)設計中應充分運用成熟有效的節(jié)能措施，降低供配電系統(tǒng)的損耗。

四、數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)需求分析

隨著信息技術的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會各界對信息系統(tǒng)的應用越來越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級增長，由此對數(shù)據(jù)中心的需求日益增加，對數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，信息設備功能越來越強，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺，提高到3kVA/臺、4kVA/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高。

數(shù)據(jù)中心用電負荷的統(tǒng)計應分為兩個層次，即：UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負荷。市電供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機房精密空調系統(tǒng)、機房照明及建筑電氣設備等。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸入)＝供電負荷+充電負荷。機房精密空調系統(tǒng)負荷＝N臺主用空調機組額定負荷容量×負荷率。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：計算機設備、服務器、存儲、網(wǎng)絡設備、小型機等，在負荷設備明確時，按設備數(shù)據(jù)統(tǒng)計，具體負荷設備不明確時，按設備機柜平均負荷統(tǒng)計。設備機柜數(shù)量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

在發(fā)熱量較大的情況下，如果柴油發(fā)電機未能及時啟動而導致精密空調失電停止工作超過3分鐘，機柜內服務器溫度將會急劇升高而宕機，因此在可靠性要求比較高的情況下精密空調也可由UPS提供不間斷電源，在柴油發(fā)電機啟動前利用剩余冷凍水繼續(xù)保持機柜氣流循環(huán)散熱，直到發(fā)電機全部啟動。

五、數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)設計

5.1 供配電系統(tǒng)的布置 

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)主要設備有：UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機等。這些設備單位占地面積、重量大，對于這些設備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對外界的危害。

數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)應有獨立的配電間、變配電所，UPS 電源機房應靠近設備機房(負荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數(shù)據(jù)中心等級的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個承重比較好，并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應在滿足功能分區(qū)的基礎上，盡可能靠近供電負載。發(fā)電機房宜設置在地面一層，當發(fā)電機房設置于地下層時，應特別注意進、出風通道能否滿足要求，應注意發(fā)電機組儲油裝置（日用油箱、儲油罐）的消防要求。

變配電所、發(fā)電機房、UPS電源機房均應留有足夠的面積，可與設備機房同步發(fā)展，應對設備機房面積擴展或設備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設計用于數(shù)據(jù)中心的建筑，應注意其是否滿足設備安裝和線路敷設的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖，采用雙路110kV進線，配置10kV柴油發(fā)電機作為自備應急電源，UPS采用冗余供電方式，末端精密配電柜和精密空調均采用UPS供電，提高數(shù)據(jù)中心運行穩(wěn)定性，見圖1。