數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計摘要：近年來，隨著我國社會發(fā)展迅速配電系統(tǒng)越來越完善，供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心項目基礎(chǔ)設(shè)置最重要的組成部分，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)項目建設(shè)實際需求以供配電系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，提高機(jī)房設(shè)備安全質(zhì)量，才能設(shè)計出合理的供配電系統(tǒng)，為機(jī)房運(yùn)維和數(shù)據(jù)信息存儲提供保障。本文基于某數(shù)據(jù)中心項目實例，根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計原則及驗收標(biāo)準(zhǔn)要求，對該數(shù)據(jù)中心配電房供配電系統(tǒng)總體布置、市電設(shè)計、UPS設(shè)計及柴油發(fā)電機(jī)組配置等情況進(jìn)行了分析，以確保該項目配電房供配電系統(tǒng)安全、可靠、高效運(yùn)行。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；設(shè)計引言大型數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)的主機(jī)停止運(yùn)行故障，和電源系統(tǒng)應(yīng)用本身之間存在密切的關(guān)聯(lián)。為了充分保證大型數(shù)據(jù)中心供電配電系統(tǒng)應(yīng)用的安全、可靠、穩(wěn)定，云數(shù)據(jù)中心嚴(yán)格參照相關(guān)規(guī)范，對大型數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和安排。文章在闡述云數(shù)據(jù)中心對供電配電系統(tǒng)要求和設(shè)計具體方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用電、供電需要，在供電電源、供電系統(tǒng)安排和供電配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式等方面，采用相應(yīng)的電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)措施，達(dá)到節(jié)省電能的目的。1項目概況項目主要是以云計算為核心技術(shù)的全生態(tài)鏈研發(fā)應(yīng)用平臺，為用戶提供一站式云計算解決方案，形成云計算產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)區(qū)，以此加快5G、IPv6、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。本項目規(guī)劃總計部署5000架機(jī)柜的高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心，平均機(jī)架功率可達(dá)7kW,設(shè)計PUE值不超1.3。整個數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計包括電力系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。為了提升該新片區(qū)內(nèi)寬帶接入能力、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和應(yīng)用水平，構(gòu)建安全便利的國際互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)專用通道，必須建設(shè)符合發(fā)展需求的配電房，合理供配電系統(tǒng)設(shè)計，保證數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)在建設(shè)和運(yùn)營等方面的質(zhì)量和性能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展和運(yùn)營穩(wěn)定。本項目數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)由市電接入：市電采用2N供電模式；UPS：2N模式，單機(jī)電池后備時間15分鐘；柴油發(fā)電機(jī)：N+1模式，可滿足12小時連續(xù)運(yùn)行所需。數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)設(shè)計均按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。2供配電系統(tǒng)設(shè)計要點總體布置根據(jù)信息系統(tǒng)使用性質(zhì)、管理要求，以及因場地設(shè)備故障等導(dǎo)致運(yùn)行中斷對業(yè)務(wù)造成的損失或影響，國家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》(GB50174-2008)將數(shù)據(jù)中心機(jī)房分為A、B、C三個等級的供配電系統(tǒng)設(shè)計級別，且每個級別對供電的要求不同。本項目按照高級別數(shù)據(jù)中心配電機(jī)房供電要求配置，即A級/T4級機(jī)房，其供電系統(tǒng)配置。在機(jī)房總體規(guī)劃中，應(yīng)合理選擇機(jī)房位置根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求和項目實際情況，選址應(yīng)遠(yuǎn)離隱患區(qū)域，并避開強(qiáng)電磁場干擾，功能區(qū)組成及使用面積按照規(guī)定要求進(jìn)行規(guī)劃和計算。本項目在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)置獨立的配電間和變配電所，因UPS、電池、柴油發(fā)電機(jī)的重量和占地面積都較大，同時為了減少UPS供電損耗，在靠近設(shè)備機(jī)房的位置布置UPS電源機(jī)房，并將UPS電源放置在承重較好的位置，對其主機(jī)、配電柜及蓄電池阻采取分隔；發(fā)電機(jī)房設(shè)置在地下一層通風(fēng)較好的位置，并滿足消防要求；配電柜考慮到不同的功能分區(qū)，按照規(guī)定距離，置于供電負(fù)載較近的位置。市電設(shè)計市電配電主要用于機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備、照明、UPS設(shè)備、一般動力等用電供給，通常為達(dá)到數(shù)據(jù)中心可靠性要求會引入兩路市電電源，并宜為冗余關(guān)系，也可作為供電容量擴(kuò)展關(guān)系。本項目為大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房，10萬以上的服務(wù)節(jié)點數(shù)，按照高級別數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電要求進(jìn)行配置。市電配電系統(tǒng)采用2N模式，雙路市電，通過不同變電站且雙路由接入，兩路電源間距相隔10m以上，同時工作、互為備用，2個電源不應(yīng)同時損壞，每一路市電電源容量應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷需求。為了降低大型數(shù)據(jù)中心供電損耗，本項目供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)備采用當(dāng)前廣受推廣的新型供電方式，即高壓直流+市電供電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)設(shè)備采用IBM機(jī)型服務(wù)器和華為交換機(jī)，標(biāo)稱電壓C240V。基于該數(shù)據(jù)中心一路高壓直流、一路市電直供的供電架構(gòu)，可將其供電模式劃分為三種：第一，數(shù)據(jù)設(shè)備有兩個供電路由，數(shù)據(jù)設(shè)備電源模塊輸入直流，直流輸入可以視為直連；第二，數(shù)據(jù)設(shè)備有兩個供電路由，設(shè)置雙電源切換裝置于240V直流系統(tǒng)輸入屏；第三，數(shù)據(jù)設(shè)備有兩個供電路由，設(shè)置雙電源切換裝置于240V直流系統(tǒng)輸入屏和市電直供輸入屏。3本數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)3.1高壓配電系統(tǒng)架構(gòu)本項目考慮兩路中壓進(jìn)線，從兩個變電站分別引兩路中壓電到數(shù)據(jù)中心高壓配電室，在變配電室設(shè)置兩臺lOOOkVA變壓器，配置相應(yīng)的電容補(bǔ)償和濾波等，并設(shè)置母聯(lián)開關(guān)。由變配電室引兩路封閉母線至機(jī)房UPS配電間，為機(jī)房動力設(shè)備、IT設(shè)備等提供電源。其中每一路市電都能承載所有用電設(shè)備的負(fù)荷，配電系統(tǒng)整體按照雙總線冗錯系統(tǒng)設(shè)計，關(guān)鍵負(fù)載（IT設(shè)備、精密空調(diào)）的供電要求從前端到末端完全分開（包括線纜等）。空調(diào)系統(tǒng)需要雙路電源供電，末端切換（不少于兩個ATS切換）。變配電室為機(jī)房提供雙路市電，市電總?cè)萘考s為lOOOkVA。UPS系統(tǒng)配置2臺500kWUPS（A\B路各一臺），構(gòu)成雙總線“2N”系統(tǒng)為機(jī)房負(fù)載提供雙路UPS電源，以保證在其中一路電出現(xiàn)故障，另一路電繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心提供配電。為保證高壓供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性，10kV線路的斷路器采用真空斷路器，并在10kV出線開關(guān)柜內(nèi)安裝避雷器，為真空斷路器的操作提供過電壓保護(hù)。真空斷路器采用彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)，并用直流鉛酸免維護(hù)電池作為操作繼電保護(hù)及信號的電源。高壓開關(guān)柜繼電保護(hù)、短路保護(hù)、過電流保護(hù)、溫度保護(hù)和接地保護(hù)等均使用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，并按設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行配置。3.2不間斷電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供電必須由不間斷電源系統(tǒng)提供，不間斷電源系統(tǒng)是指由電池組、逆變器及其電路組成，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷供應(yīng)電能的設(shè)備，是供配電系統(tǒng)的心臟。本次項目UPS選用模塊化UPS，最大容量可擴(kuò)容至500kVA，設(shè)計為2套模塊化UPS組成雙母線結(jié)構(gòu)，每路母線UPS功率±500kW并至少冗余1個功率模塊。不間斷電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心動力設(shè)備的回路各自獨立，并有手動和自動旁路裝置，兩臺單機(jī)雙總線運(yùn)行，為機(jī)房IT設(shè)備提供雙路電源供電，后備時間15min。UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計UPS電源系統(tǒng)輸出通常采用系統(tǒng)輸出配電柜—機(jī)房配電柜—機(jī)柜配電單元的三級配電方式，蓄電池組容量包括按負(fù)荷電流計算和按負(fù)荷功率計算兩種方法，T4機(jī)房服務(wù)器總功率為497kW,由于IT設(shè)備需要UPS供電，還涉及UPS選型問題，因而考慮選用兩組2500kVA變壓器。同時，UPS設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其自身容易發(fā)生故障，UPS供電架構(gòu)通常采用N、N+X等設(shè)備冗余模式來提高可用性。結(jié)語不同用途或等級的數(shù)據(jù)中心對可靠性的要求不同，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資和運(yùn)營成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和全面規(guī)劃，并根據(jù)數(shù)據(jù)中心對供電可靠性的要求在供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形式等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。本數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)采用了兩套互為備份的配電系統(tǒng)進(jìn)行物理分隔，雙路獨立路由為末端負(fù)載供電，設(shè)備采用冗余備份的配置方式，提高系統(tǒng)的可靠性配電系統(tǒng)采用先進(jìn)、智能化的管理系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可管