試論大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李振榮

摘 要：大型數(shù)據(jù)中心一般包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，具有組成復(fù)雜、設(shè)備眾多、安全要求高等特點(diǎn)。供配電系統(tǒng)主要是為大型數(shù)據(jù)中心提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。大型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)相對(duì)于一般建筑要求更高，除了需要正常的市電供電，還必須配備柴油發(fā)電機(jī)、UPS不間斷電源等應(yīng)急電源設(shè)備，并采取防雷接地、防靜電等措施。本文從供配電系統(tǒng)概述入手，探討了大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，信息化建設(shè)不僅成為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，也日益受到各部門(mén)、院校和企業(yè)等單位的高度重視。作為信息數(shù)據(jù)交流、處理的數(shù)據(jù)中心，其地位和作用也日益突顯。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等的廣泛應(yīng)用，信息化建設(shè)也起得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，集大數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)、處理等功能為一體的大型數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)成為信息化建設(shè)的重中之重。大型數(shù)據(jù)中心不僅數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)，對(duì)數(shù)據(jù)安全的要求也更高。供配電系統(tǒng)是大型數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提，直接影響到數(shù)據(jù)中心功能的有效發(fā)揮。因此，研究供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)于充分發(fā)揮大型數(shù)據(jù)中心效能有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)中心在某種程度上可以說(shuō)是信息化條件下的計(jì)算機(jī)機(jī)房，是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程，為各種業(yè)務(wù)提供安全、穩(wěn)定的信息支撐。大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房中設(shè)置有大量的計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、路由器等設(shè)備，要求供電系統(tǒng)必須做到全程、全時(shí)、穩(wěn)定、持續(xù)和安全保障。

供配電系統(tǒng)本身又是大型數(shù)據(jù)中心必不可少的基礎(chǔ)性工程，為核心業(yè)務(wù)和其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供穩(wěn)定的電力保障。大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)不是孤立存在的，而是一個(gè)交叉的系統(tǒng)，涉及到市電、開(kāi)關(guān)電源、不間斷供電、發(fā)電機(jī)、防雷、防靜電等諸多設(shè)備和環(huán)節(jié)，既相互聯(lián)系又互相影響，這就對(duì)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，既要便于擴(kuò)容、維護(hù)，又要具有很強(qiáng)的容錯(cuò)力，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)性上講還應(yīng)該有較高的性?xún)r(jià)比。

二、大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

（一）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則

一是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2009年我國(guó)實(shí)施的《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》，為數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了法規(guī)依據(jù)。數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)，首先需要確定機(jī)房等級(jí)，國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心分級(jí)規(guī)定將電子信息系統(tǒng)機(jī)房劃分為A、B、C三級(jí)，并以該級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)體系來(lái)確定數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其次，要根據(jù)機(jī)房相應(yīng)等級(jí)，來(lái)確定配套的供配電系統(tǒng)。

二是設(shè)計(jì)原則。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)以數(shù)據(jù)中心為核心的設(shè)計(jì)思想，確保科學(xué)規(guī)劃、精心設(shè)計(jì)。按照立足現(xiàn)實(shí)、著眼未來(lái)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)方針，把數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)工作納入整體規(guī)劃之中。為此，大型數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循科學(xué)性、規(guī)范性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性等原則，確保設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

（二）設(shè)計(jì)需求分析

隨著大型數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)，機(jī)房單位面積的平均用電負(fù)荷也相應(yīng)提高，對(duì)供配電系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)必須以用電負(fù)荷為依據(jù)，用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)主要包括市電供電系統(tǒng)負(fù)荷和UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷。其中，市電供電系統(tǒng)負(fù)荷（輸出）主要包括：UPS供電系統(tǒng)輸入、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷（輸出）主要包括：服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和各種配套設(shè)備等。[ 1 ]

三、大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）供配電系統(tǒng)設(shè)備布置

大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要包括開(kāi)關(guān)電源、UPS電源、電池、配電柜和柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備。由于供配電設(shè)備自身重量大，占地面積大，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)機(jī)房空間和承重給予充分考慮。供電系統(tǒng)應(yīng)配備獨(dú)立的配電間和變配電所，UPS電源機(jī)房應(yīng)靠近設(shè)備機(jī)房并充分考慮地面承重。發(fā)電機(jī)房除了承重外，還要考慮噪音問(wèn)題，因此最好設(shè)置在地下層或地面一層。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮變配電所、UPS電源機(jī)房和發(fā)電機(jī)房預(yù)留面積，以利于滿足設(shè)備擴(kuò)容的需要。

（二）供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.市電動(dòng)力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

市電配電主要供給空調(diào)、照明、給排風(fēng)、插座、一般動(dòng)力和UPS設(shè)備等。根據(jù)可靠性原則要求，大型數(shù)據(jù)中心必須引入具有冗余關(guān)系的兩路市電電源，且都能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需求。正常情況下，兩路市電電源必須同時(shí)為數(shù)據(jù)中心供電，并保持在負(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換的能力。市電動(dòng)力配電柜應(yīng)采取放射式配電，并確保兩路配電線路分開(kāi)鋪設(shè)，避免相互干擾和影響。同時(shí)，配電柜的火警聯(lián)動(dòng)保護(hù)功能應(yīng)能正常啟動(dòng)。

2.UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

UPS配電主要用于服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等。UPS系統(tǒng)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”三級(jí)配電方式，蓄電池組容量的計(jì)算方法包括按負(fù)荷電流計(jì)算和按負(fù)荷功率計(jì)算兩種。大型數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)一般采用冗余方式供電，確保當(dāng)一臺(tái)UPS設(shè)備故障時(shí)仍能滿足重要設(shè)備的用電需求。冗余式配置通常采用三種方式：熱備份式、直接并機(jī)式和雙總線式UPS供電方式。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)大型數(shù)據(jù)中心供配電實(shí)際需求，以及三種冗余方式的優(yōu)、缺點(diǎn)，來(lái)決定采取哪種方式更為有利。

3.自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型數(shù)據(jù)中心自備應(yīng)急電源一般采用柴油發(fā)電機(jī)組或者大功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。根據(jù)可靠性原則，大型數(shù)據(jù)中心至少應(yīng)配置一路自備應(yīng)急電源，保證滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要。發(fā)電機(jī)組燃料儲(chǔ)備量一般應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行8小時(shí)。

（三）供配電線路敷設(shè)

電源線路敷設(shè)必須以設(shè)備布局和設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證供電距離盡量短，且強(qiáng)電和弱電線路不能同走一個(gè)線槽，一定要分開(kāi)鋪設(shè)。UPS電源配電箱（柜）引出的配電線路，宜穿鍍鋅鋼管并敷設(shè)至數(shù)據(jù)中心各相關(guān)機(jī)柜，并使用插座或工業(yè)連接器為機(jī)柜供電。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其設(shè)計(jì)應(yīng)納入數(shù)據(jù)中心建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮供配電系統(tǒng)作用的效發(fā)揮，并注重科學(xué)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可拓展性等，確保大型數(shù)據(jù)中心供電安全、穩(wěn)定、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李峰.數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2010，43（6）：227-231，234.

DOI：10.3969/j.issn.1002-0802.2010.06.078.

[2] 王志強(qiáng).大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].電信技術(shù)，2014，（4）：32-37.