淺議數據中心供配電系統設計

陶赟愷

摘要：基于單位近兩年來一直在準備一個大型數據處理中心項目立項的研究，結合供配電系統運維管理積累的一些經驗，對數據中心供配電系統中的供電、低壓配電、防雷接地等部分設計、設備選型等提出一些建議，旨在進一步探討如何通過合理的供配電設計而構建一個節能、環保、高效的數據中心。

關鍵詞：數據中心；系統可用性；功率密度

隨著廣播電視監測監管事業的發展，廣播、電視、新媒體等監測監管系統越建越多，系統設計的規模也是越來越大，分而治之的運維管理模式弊端漸漸突顯，統一的監測監管數據中心機房將是一種必然的發展趨勢?？紤]到供配電系統的設計復雜性和多樣性，本文從高壓供配電、UPS、低壓配電等關鍵部分進行討論。

一、設計原則及相關標準

數據中心供配電系統主要包括：高壓變配電系統、柴油發電機系統、自動轉換開關系統、輸入低壓配電系統、UPS系統以及照明、防雷接地等。

供配電系統設計應該根據業務管理的規定，達到雙路市電輸入、柴油發電機等多路的可用電源，具備冗余構件，可進行并行維護等要求，同時兼顧考慮系統的節能環保、可擴充、便于管理等設計原則，設計時參照相關的國家、國際和行業相關的標準進行設計。

二、供配電系統設計

要做好數據中心的供配電系統的設計，要深刻理解數據中心業務對供配電系統的要求，概括起來主要是連續、穩定、平衡、分類這四項總體要求。

連續是指電網的不間斷供電。只要是在容忍區內的暫態電能質量的變化對計算機等信息設備損害可以忽略，也就是說一般的供電系統切換、電壓跌落等控制在20毫秒以內是不會對設備造成損害。

穩定是指要求供電電源的頻率穩定，波形失真小。要求穩態電壓的偏移值控制在±3%之內，一般市電供電很難滿足，必須配備UPS。

平衡是要求三相電源平衡，負載在三相之間平衡有利于保護供電設備及負載。

分類是指把IT設備及相關輔助設備按照供配電保障要求進行分級，這樣可以在保證整個系統可用性不變的前提下降低成本。

為了更好闡述數據中心的供配電系統的設計，本文以全媒體融合監測監管數據中心項目設計為例，其擬建規模為總建筑面積約4000平方米的4層監測設備機房，約有200個左右機柜投入使用，主要設備包括有服務器、網絡設備、存儲設備、信號接收解調等監測設備，參照Tier3類可用性進行設計，同時PUE指標≤1.6。

（一）供電負荷等級及容量計算

數據中心機房整體為一級負荷用戶，為了更好的進行用電保障，將監測系統設備、消防用電設備、機房空調設備、應急照明為一級負荷；其余機房照明、空調、電梯電力等分為二級負荷。

隨著IT設備的集成度越來越高，機房的功率密度也在不斷的升高，對不同設備的機柜功率估算值也不同。一般的解調設備的功率密度較小，以2KVA/m2計算，一般的服務器、轉編碼設備機柜按照5KVA/m2計算，整個監測系統設備約1000kVA；監測機房空調設備約650kVA；其它辦公及生活負荷約為300kVA，最大用電量為1950kVA。

在做設計的時候考慮供電及制冷的動態平衡同時要兼顧到發展需要。

（二）外部電源

該項目由場區外引來兩路獨立的35kV高壓電源，最好從2個不同變電站引入，進入場區前一公里外埋地引入至變配電室高壓配電設備。

（三）低壓配電系統

選擇了2臺2000kVA的35/0.4型變壓器，變壓器繞組接線組別為DYn11。兩臺變壓器互為備用，進線分別引自兩路不同的高壓電源；其中一臺變壓器帶工藝及照明負荷，另一臺變壓器帶機房空調及動力負荷。采用單母線分段運行，平時母聯斷開，當其中一臺變壓器停止工作后，母聯開關自動閉合，由另一臺變壓器帶起全部負荷。

（四）應急電源

為保證工藝設備的不間斷供電，項目選擇了2臺500kVA的不間斷電源UPS，后備時間30分鐘。UPS具備PC通訊電路及CAN通訊電路，為后臺自動化環控預留接口。

本項目選擇了1臺備用功率為2000kW的柴油發電機作為本項目的備用電源，滿足所有一二級負荷的用電要求。

（五）防雷接地設計

本項目按二類防雷建筑設計。防雷接地、保護接地、工作接地、弱電系統接地等共用一個接地裝置，低壓配電房設專用接地線進行等電位聯結，并與大樓預留的總等電位盤連通。優先考慮利用建筑物基礎作為接地極，要求接地電阻不大于1歐姆，實測不能滿足接地電阻值的要求時增設人工接地體。

（六）照明設計

照明光源主要采用LED燈等高效、節能光源。機房及控制室、變配電室等重要房間設置應急工作照明。同時，按防火規范的要求在各有關部位設置疏散標志燈。應急工作照明及疏散標志燈采用集中蓄電池供電，電池持續供電時間不低于20分鐘。

（七）設備選型

變壓器選用損耗小、過載能力強、滿足防火要求的樹脂澆注干式變壓器。變壓器繞組接線組別為DYn11，以提高變壓器承受不平衡負載的能力，削減諧波干擾。35KV高壓開關柜選用手車中置柜，內裝真空開關，采用彈簧操作機構，直流電源操作。低壓配電柜選用抽屜式配電柜，低壓配電柜內進出線開關分斷能力不小于35KA。

三、結語

數據中心的基礎設施的設計建設，直接決定了系統的可靠性，對突發事件的自動抵抗能力，系統業務的持續高效的運轉，以及綠色、節能、環保等運維目標的實現。根據行業里著名的“浴盆曲線”，數據中心的可用性是可控可管理的，在數據中心所有初步設計完成后，最好采用模擬的軟件對機房設計結果進行模擬分析，進行整個動環平衡進行優化設置，實現最優的建設投資和運維成本控制，達到系統建設的整體目標。

參考文獻：

[1]數據中心供配電系統應用白皮書 .

[2]35～110KV 變電所設計規范（GB 5005992）.

[3]供配電系統設計規范（GB500522009）.