大型數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行設(shè)計(jì)探討

1、大型數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行設(shè)計(jì)探討    摘要:全球性大型金融服務(wù)業(yè)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的配置組成、相互間的邏輯關(guān)系設(shè)置，兩路電源同時(shí)供電，互為備用，科學(xué)的冗余設(shè)計(jì)，多重逐級(jí)投切功能，從供配電安全、可靠、連續(xù)性的角度設(shè)計(jì)，以滿足大型計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等特別重要負(fù)荷及其配套的重要基礎(chǔ)環(huán)境設(shè)備的連續(xù)可靠運(yùn)行要求。 關(guān)鍵詞:特別重要負(fù)荷，供電連續(xù)可靠性，母聯(lián)斷路器，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，ATS應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，UPS不間斷電源，STS靜態(tài)開(kāi)關(guān)，大型計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，機(jī)房精密空調(diào) 正文: 大型金融服務(wù)業(yè)數(shù)據(jù)中心一般都擔(dān)負(fù)著全國(guó)百姓乃至全球人們的經(jīng)濟(jì)、消

2、費(fèi)支付等數(shù)據(jù)信息處理任務(wù)，因此其對(duì)數(shù)據(jù)信息處理整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性、可靠性要求非常高，其中包括對(duì)供配電這一系統(tǒng)的連續(xù)可靠性運(yùn)行的要求。 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的大型計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，為其配套的精密空調(diào)及照明、消防設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施等為一級(jí)負(fù)荷，一旦中斷供電，數(shù)據(jù)信息處理就會(huì)中斷，將會(huì)立即造成全國(guó)乃至國(guó)際性的金融消費(fèi)支付結(jié)算的混亂，就算馬上供電重啟，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)使國(guó)內(nèi)、國(guó)際上造成重大的政治和經(jīng)濟(jì)影響。 針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房大型計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備負(fù)荷的重要性，為確保對(duì)其供電的連續(xù)可靠性，經(jīng)過(guò)多方協(xié)商、比較和優(yōu)化，最終確定供配電系統(tǒng)方案如下： 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì) a

3、動(dòng)力負(fù)荷：中央空調(diào)機(jī)組、精密空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、給排水泵、電梯、正壓送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備，按額定容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； b.照明負(fù)荷，按照度要求及單位容量法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； C對(duì)大型計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等負(fù)荷按單臺(tái)安裝容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； d最終按需用系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。 1用電負(fù)荷等級(jí)的劃分 a一級(jí)負(fù)荷：大型數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消防用電設(shè)備(消火栓泵、噴灑泵、正壓送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯、消防控制中心內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警控制器及聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備等)、應(yīng)急照明、保安監(jiān)控系統(tǒng)、電話機(jī)房及計(jì)算機(jī)主機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備等。 根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50052-2009)中第201條要求，大型數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)

4、為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。 b二級(jí)負(fù)荷：一般照明、客梯、生活水泵等。 C三級(jí)負(fù)荷：送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)等一般動(dòng)力負(fù)荷。 13供電電源設(shè)置 131高壓電源 本數(shù)據(jù)中心工程高壓采用兩路10kV電源供電。兩路10kV電源分別引自兩個(gè)不同地理位置的上級(jí)變電站。兩路電源同時(shí)供電、互為備用，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)高壓母聯(lián)斷路器，另一路電源能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷的供電。 132V低壓電源 1321正常電源 本數(shù)據(jù)中心工程共設(shè)置四臺(tái)電力變壓器，其中兩臺(tái)變壓器進(jìn)行兩路電源同時(shí)供電、互為備用，供一、二、三級(jí)負(fù)荷用電，其低壓側(cè)主開(kāi)關(guān)后級(jí)主母線之間設(shè)置低壓母聯(lián)斷路器，之后通過(guò)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS向負(fù)荷供電。對(duì)于控制機(jī)

5、房環(huán)境的精密空調(diào)設(shè)置雙路聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATSE。另兩臺(tái)變壓器進(jìn)行兩路電源同時(shí)供電、互為備用，專(zhuān)門(mén)供給一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷用電，其低壓側(cè)主開(kāi)關(guān)后級(jí)主母線之間同樣設(shè)置低壓母聯(lián)斷路器，之后通過(guò)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS向負(fù)荷供電。 1應(yīng)急電源 a應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組：根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500522009)中第203條要求，本數(shù)據(jù)中心工程設(shè)有二臺(tái)獨(dú)立于正常電源以外的柴油發(fā)電機(jī)組，在應(yīng)急啟動(dòng)后，通過(guò)分別安裝在四臺(tái)低壓主開(kāi)關(guān)后級(jí)的四臺(tái)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)能向特別重要、一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷連續(xù)供電。 bUPS不間斷電源裝置：根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中第204條要求，允許中斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)的供電，可選用蓄

6、電池組靜止型不間斷供電裝置，本數(shù)據(jù)中心選用了在線“（2+1）×2”型并機(jī)冗余式UPS供電裝置，能維持額定負(fù)荷30分鐘連續(xù)供電，且供電質(zhì)量非常高（380/220V±1V，50HZ±0.5HZ）。 1410kV高壓供電系統(tǒng) 141系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 兩路10kV電源分別引自兩個(gè)不同地理位置的上級(jí)變電站，10kV電源采用單母線分段分列方式運(yùn)行，互為備用，并設(shè)高壓母聯(lián)斷路器；當(dāng)一路電源故障時(shí)，而低壓母聯(lián)斷路器未能自動(dòng)切換時(shí)，高壓母聯(lián)斷路器通過(guò)手動(dòng)投入，由另一路高壓進(jìn)線電源負(fù)擔(dān)全部負(fù)荷。進(jìn)線隔離車(chē)與主進(jìn)斷路器聯(lián)鎖，主進(jìn)斷路器與母聯(lián)斷路器聯(lián)鎖，保證在兩臺(tái)主進(jìn)斷路器同時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下和高

7、壓側(cè)發(fā)生短路故障(故障未排除)時(shí)，不會(huì)且也合不上高壓母聯(lián)斷路器。 142電器設(shè)備選型要求 高壓斷路器采用真空斷路器，分?jǐn)嗄芰?5kA。在10kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)氧化鋅避雷器，作為真空斷路器操作過(guò)電壓保護(hù)。真空斷路器選用彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)，采用110V鉛酸免維護(hù)電池柜作直流操作、繼電保護(hù)及信號(hào)的電源。 15繼電保護(hù)的配置 a主進(jìn)斷路器采用過(guò)流、速斷、零序電流保護(hù)及低電壓閉鎖保護(hù)。 b變壓器柜采用過(guò)流、速斷、零序電流保護(hù)、變壓器高溫報(bào)警及超高溫跳閘保護(hù)。 c保護(hù)繼電器采用綜合保護(hù)器，時(shí)限(定時(shí)限或反時(shí)限)方式、動(dòng)作時(shí)間等均由供電部門(mén)確定。 16400230V低壓供電系統(tǒng) 每?jī)膳_(tái)變壓器低壓側(cè)主開(kāi)關(guān)后級(jí)主

8、母線之間設(shè)置低壓母聯(lián)斷路器，兩路電源同時(shí)供電、互為備用，采用單母線分段分列方式運(yùn)行。 低壓側(cè)主進(jìn)斷路器與低壓母聯(lián)斷路器設(shè)電氣聯(lián)鎖及機(jī)械聯(lián)鎖，并且裝設(shè)合閘線圈和分勵(lì)線圈而不得裝設(shè)失壓脫口器，以防誤動(dòng)事故。母聯(lián)斷路器控制方式設(shè)自投自復(fù)自投手復(fù)手動(dòng)停止四種投入方式，只能選擇其中的一種投入方式。為了當(dāng)某一路電源失電時(shí)另一路電源能立即響應(yīng)給其負(fù)荷繼續(xù)供電，而當(dāng)失電一路的電源恢復(fù)有電時(shí)能人為控制恢復(fù)向其負(fù)荷供電的時(shí)間點(diǎn)，以確保電源切換盡可能有序控制，我們選擇了自投手復(fù)的母聯(lián)斷路器投入控制方式。 應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATS的正常電源側(cè)與應(yīng)急電源側(cè)都有手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)，用于檢修和應(yīng)急旁路用，且有機(jī)械連鎖機(jī)構(gòu)。 低

9、壓側(cè)主進(jìn)斷路器、母聯(lián)斷路器及630A以上的饋出回路斷路器均設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)及速斷3段保護(hù)，其余饋出回路斷路器均設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)及速斷2段保護(hù)。 計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是數(shù)據(jù)處理的核心設(shè)備，為其供電的電源是保證這些設(shè)備正常運(yùn)行的必備條件。為確保這些特別重要負(fù)荷供電的電源質(zhì)量和供電連續(xù)性的萬(wàn)無(wú)一失，該供配電系統(tǒng)在低壓側(cè)設(shè)計(jì)了如下一系列保險(xiǎn)措施： 計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電方式為“兩路市電+柴油發(fā)電機(jī)組”經(jīng)過(guò)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的投切轉(zhuǎn)換，再通過(guò)（2+1）×2冗余配置的兩套各并帶旁路自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的UPS不間斷電源供電裝置，以A、B雙路電源送至每個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)房A、B路電源各個(gè)PDU配電柜，或再分

10、配A、B雙路電源給有雙電源模塊的計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；或再分配A、B雙路電源給帶自動(dòng)投切的STS靜態(tài)開(kāi)關(guān)，并在STS靜態(tài)開(kāi)關(guān)投切在A路或B路電源時(shí)給單電源模塊的計(jì)算機(jī)主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。STS靜態(tài)開(kāi)關(guān)的A、B兩側(cè)電源端都有手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)，用于檢修和應(yīng)急旁路用，且有機(jī)械連鎖機(jī)構(gòu)。 機(jī)房精密空調(diào)是僅次于數(shù)據(jù)處理主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等重要負(fù)荷的一級(jí)負(fù)荷設(shè)備，其供電方式為“兩路市電+柴油發(fā)電機(jī)組”經(jīng)過(guò)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)的投切轉(zhuǎn)換，再由雙路電源經(jīng)雙路聯(lián)絡(luò)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)ATSE自動(dòng)切換供電至生產(chǎn)區(qū)樓層精密空調(diào)配電柜。這些設(shè)備在每個(gè)機(jī)房都是N+1冗余配置的，并由生產(chǎn)區(qū)樓層精密空調(diào)配電柜錯(cuò)層供電。 供電系統(tǒng)的供電方式也至

11、關(guān)重要，TN-S五線制最為安全可靠，且計(jì)算機(jī)房的等電位接地、靜電接地、交流工作接地、防雷接地、安全保護(hù)接地共同接入聯(lián)合接地系統(tǒng)，機(jī)房?jī)?nèi)接地電阻不大于4歐姆。而計(jì)算機(jī)設(shè)備的直流接地，應(yīng)為獨(dú)立干凈的接地系統(tǒng)，接地樁遠(yuǎn)離聯(lián)合接地體20米以外，樁深2米，有2根樁體雙拼組成，直流接地電阻宜不大于0.5歐姆。 17無(wú)功功率補(bǔ)償 本工程采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償與就地分散補(bǔ)償相結(jié)合的方式。在配電房低壓側(cè)設(shè)集中功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置。要求補(bǔ)償后的功率因數(shù)在09以上；對(duì)氣體放電光源的燈具，采用自帶補(bǔ)償電容就地分散補(bǔ)償，要求補(bǔ)償后每個(gè)燈具的功率因數(shù)均在09以上。 18電氣計(jì)量 本工程采用高壓計(jì)量方式，在每路10kV電源進(jìn)線處裝設(shè)由供電部門(mén)提供的專(zhuān)用計(jì)量裝置。在各低壓電源進(jìn)線處及景觀照明等饋線回路裝設(shè)計(jì)量裝置。以供物