*数据机房供配电系统设计及产品选型

刘丹

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要: 数据中心的设备属计算机系列设备，IT设备的工作时间基本上是连续的，为确保数据中心的设备可靠运行，必须建立良好的供配电系统，对于*数据机房尤为重要。结合西南某大楼数据机房项目，探讨了*数据中心的供配电系统设计，可为类似数据机房供配电系统设计提供参考

关键词: 数据机房; A 级机房; 供配电系统; 谐波

0 引 言

随着电子信息技术的飞速发展，数据中心建设的规模和数量不断扩大，对供配电系统的设计要求越来越高，以确保电子信息系统安全、稳定、可靠的运行，因此要充分做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保。本文结合某大楼实际工程项目，讨论数据机房供配电系统的设计，在可靠运行的情况下更加经济合理、安全适用。

对于*数据中心机房供电系统非常重要，是维持数据机房运行的关键。GB 50174—2017《数据机房设计规范》中要求 *数据机房应由双重电源供电，并且需要设置柴油发电机组和不间断电源(UPS) 系统，且柴油发电机燃料存储量宜满足12h用量。

1 项目概况

西南某大楼总建筑面积为118162.99 m2， 其中数据中心总建筑面积约为 5000 m2，包括1F数据机房发电机房、7F数据机房变电所、8F和9F数据机房。功能区域包括主机房( 业务网机房、涉密机房区、中心监控区) 、管理区( 运行维护区、开发测试中心、仓库、备件室) 和辅助用房( 机房专用空调、电力保障室、消防系统、培训室、值班监控室、呼叫中心机房).如果该数据机房的电子信息系统运行中断，将造成重大的经济损失。根据规范 GB 50174—2017《数据机房设计规范》，确定该数据机房为 *数据机房。

2供配电系统设计

2.1 供电电源

该数据机房按*机房设计，电子信息设备、空调、照明等负荷均为用电负荷。采用城市10kV双重电源供电，另设置2台自备柴油发电机组和UPS作为备用电源。该工程变电所有功计算负荷为950kW，计算容量为1000kVA，设2台1250kVA 的干式变压器，变压器负载率不超过50% 。设置2台常用功率为1000kW( 1250kVA) 自备数据柴油发电机组作为数据机房备用电源，变电所为数据机房专用变电所，设在7F，发电机房设在 1F。低压配电系统的接地形式采用TN-S系统。

2.2 供配电系统构成

10kV高压电源由 2个变电站引来，高压和低压不联络，由柴油发电机引来一路电源作第三电源，主备用电源和发电机电源在变压器出线处切换，切换后对数据机房用电设备供电。数据中心供配电系统示意图如图1所示

 

数据机房共设4套500kVA UPS 系统，每2套500kVA UPS组成2N双母线系统，双回路双柜输出为机房内所有计算机系统设备( 服务器、网络设备、存储设备等) 供电，UPS 系统的后备电池备用时间为15min。机房的服务器与存储机柜单机柜平均负荷按3 kW 考虑，负荷不超过5kW。

2.3 供配电系统特点

(1) 电源采用10 kV双重电源; 变压器满足容错要求，采用2N系统，2台变压器每台负载率不超过50% ; 另外设2台发电机系统作为第三电源，主备用电源和发电机电源在变压器出线处切换; 2路10 kV高压系统中间不联络，低压配电系统中间不联络; 4套500 kVA UPS 系统，每2套UPS组成2N双母线系统。

(2) 目前的IT设备均为自带双电源切换的设备，对于这种10kV高压、变压器、发电机、UPS*100%备用的系统，UPS采用单电源进线，UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) 进线分别引自2台变压器，末端IT设备的2路电源分别引自 UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) ，实现 IT 设备末端切换，而在UPS处不采用双电源进线的方式。电源*备用，在IT设备之前的双重电源尽可能独立，不发生联系，以保证末端切换前电源的独立性，使得系统更简单、可靠。

(3) 空调制冷系统和供电系统非常重要，是维持生产运行的关键。如果为制冷系统供电的电源出现故障，机房环境温度会加速上升。空调系统和机房照明采用双电源供电，末端切换，干线采用放射式配电系统，当两路电源都失电时由发电机供电。

3 变配电系统的谐波问题

UPS 采用绝缘栅门极晶体管( IGBT) 高频整流器，故UPS本身配置谐波设备。正常情况下，UPS 在30%负荷率时电流总谐波畸变率 ＜8%，在100%负荷率时电流总谐波畸变率 ＜5%。逆变器采用 IGBT元件，输出电压波形为连续的正弦波，在负荷率100%时线性负荷的电压总谐波畸变率≤3%，非线性负荷的电压总谐波畸变率≤5%，可以不设置有源电力滤波装置。因此，考虑到经济性，该工程未设置有源电力滤波装置，依靠 UPS 自

身配置的谐波设备谐波。

4 变配电系统的抗震设计

抗震设防烈度 6°及以上地区的建筑机电工程设施必须进行抗震设计。变配电室的抗震设计主要注意事项如下:

(1)变压器、发电机组安装就位后应焊接牢固，内部线圈应固定在电压器、发电机外壳内的支承结构上; 变压器、发电机的支承面宜适当加宽，并设置防止移动和倾倒的限位器。

(2)变压器、柴油发电机组、配电柜等机电设备的抗震经公司根据 GB 50981—2014《建筑机电工程抗震设计规范》［3］深化设计，并经建筑设计单位认可后才实施。

(3)配电箱( 柜) 、通信设备的安装螺栓或焊接强度应满足抗震要求; 靠墙安装的配电柜、通信设备机柜底部安装应牢固，当底部安装螺栓或焊接强度不够时应将顶部与墙壁进行连接。当配电柜、通信设备柜等非靠墙落地安装时，根部应采用金属膨胀螺栓或焊接的固定方式; 壁式安装的配电箱与隔墙之间应采用金属膨胀螺栓连接。

5安科瑞列头柜及监测产品介绍

随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的方式。

AMC系列数据中心配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。

5.1配电管理解决方案

5.1.1交流系统

1）功能要求：

遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

2）配置方案-示意图

 

配置方案

多功能仪表       PZ72L-E4

电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

5.1.2直流系统

1) 功能要求

遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。

2)配置方案-示意图

 

配置方案

多功能仪表          PZ72L-DE

霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V 开关电源            SBD-30  （48V）

5.2产品规格

 

说明：■为标配功能。

5.3配套附件

6 安科瑞母线槽监测产品介绍

6.1 概述

数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。

6.2  AMB智能小母线管理系统

1）交流系统功能：

遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度，系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；

2）直流系统功能：

遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；

6.3 产品介绍

说明：■为标配功能。

7 结 语

某大楼工程的*数据中心机房没有*按照GB50174—2017《数据机房设计规范》进行设计，规范要求 UPS 进线系统应采用自动转换系统，即要求UPS采用双回路自动切换的供电系统。笔者根据实际情况，且与业主和厂家进行沟通后认为，对于自带双电源切换的的末端用电设备，且电源*100%备用的情况下，UPS处可以不采用双电源进线的方式，在IT设备之前的双重电源尽可能独立，以保证末端切换前电源的独立性，使得系统更简单、可靠。

参考文献：

【1】 数据机房设计规范:GB50174-2017[S].

【2】 宁永生.*数据机房供配电系统设计.

【3】 安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版.

【4】 安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.