大型數據中心供配電系統設計研究

李洪剛

（云南電網有限責任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

在信息化建設的進程中，數據中心具有重要的作用，承載著信息處理和數據交流的功能。在近些年的發展過程中，計算機技術和網絡技術等高速發展，促使大型數據中心逐步投入正常的使用。大型數據中心的使用效果顯著，具有高速的數據處理能力，安全性良好，集運算、存儲以及數據處理為一體，已經成為我國戰略發展中的重點發展目標。供配電系統是大型數據中心安全運行的前提與保證，也是影響大型數據中心發揮功能的重要條件。因此，研究大型數據中心的供配電對我國信息化社會的發展具有積極意義。

1 大型數據中心供配電系統設計的總體原則分析

隨著我國信息化程度的不斷提高，大型數據中心的數量越來越多，在現代生活中起到的作用越來越大。從某種意義上來說，大型數據中心的數據處理速度關系到整個社會工作的運轉效率，因此是現代化社會建設過程中需要重點關注的內容。整體上來說，大型數據中心供配電的設計與運行應當嚴格按照國家規定和行業標準，以保證良好的工作效率。對于一些新興技術，可以參考國外的先進設計，但應當從數據中心的整體特點入手，考慮該數據中心的用電負荷密度、穩定性要求等內容，有針對性地開展一些技術性措施。除此之外，數據中心供配電設計還應當滿足當地建設條件的要求，因地制宜地進行建設與發展，為地方發展提供助力。大型數據中心的建設應當按照分級或分區的原則有規劃性地進行設計與建設，在同一區域內要從總體布局出發，在盡量保證各類用電器正常工作的前提下節約電能，并減少故障現象的發生。總體來看，大型數據中心的用電負荷密度較高，而且用電總量相對較大，所以應當將有效且先進的節能措施應用在設計中，盡可能地降低供配電系統的損耗，實現節能環保的目的[1-2]。

2 大型數據中心用電負荷分析

2.1 UPS負荷（輸出）統計分析

大型數據中心中負荷設備的數量一般都是固定的，但可以進行可靠的計量。在一些復雜的大型數據中心，如果負荷設備數量不明確，需要依照平均負荷進行統計與計量。如果具體的負荷設備不明確，可以按照設備機柜平均負荷進行統計分析。一些特殊的情況下，設備機柜的數量可以按照機房面積的平均負荷進行統計分析。在了解負荷設備功率因素時，需要特別注意三相負荷平衡的情況。在大型數據中心中存在數量較多、容量超大的單相負荷設備時，需要根據實際情況進行單獨統計。

2.2 變配電系統負荷統計分析

變配電系統的組成較為復雜，構成內容數量較多，因此在統計過程中需要注意相關的細節問題。在具體的統計計算中，UPS（輸入）是充電負荷與供電負荷的總和，機房的空調系統負荷為n臺主用空調機組額定負荷容量和負荷率的乘積。在照明統計方面，需要按照實際的使用情況進行統計與分析。另外，在數據中心的運營過程中，消防所用負荷和各類維護設備日常所用負荷需要另行統計與分析。

3 供電電源的選擇

3.1 市電的選擇

目前，市電電源最常采用10 kV供電電壓。從總體上來說，這種供電方式的供電容量非常有限，如果某些大型數據中心需要更大的供電容量，那么可以選擇使用110 kV或者35 kV的供電電壓進行供電。如果在建設數據中心的初期已經預料到需要使用較大的電量，在建設初期就可以選擇35 kV以上的電壓，從而為數據中心的運行提供足量的電容量。如果在規劃設計中采用35 kV的供電電壓進行供電，那么在變電方式應當結合具體情況進行選擇。如果建筑面積偏小，設備數量也不多，那么可以選用直降的方式；如果數據中心的占地面積較大，且設備數量相對較多，那么可以選用二級降壓的方式[3-4]。

3.2 市電電源引入的具體要求

市電電源的引入與選擇需要從實際的使用情況入手，結合現狀進行有目的性的選擇，目的是滿足數據中心對供電可靠性的要求。如果該數據中心對供電可靠性的要求較高，可以分開鋪設，使用兩個相互獨立的電網變電所進行分流，并且在專用輸出的回路上引入一路市電電源，隨后將其引入數據中心內部。設計過程中應當保證其供電容量能夠符合一、二級線路負荷的要求，還應當包含UPS、機房照明以及建筑設備等內容。此外，應當保證兩路市電電源的供電容量為全冗余，并保證供電能夠正常進行。對于某些對可靠性要求并不是很高的數據中心來說，應當引入兩路市電電源以備不時之需，且這兩路市電電源應當保持供電容量的擴展關系或者冗余關系。

3.3 應急自配電源的選擇

在數據中心的運營中，為了避免突然停電對數據存儲造成影響，應根據數據中心的實際用電情況配置應急電源，通常以柴油發電機為主要內容。對于一些存儲大量機密信息的數據中心來說，一般要選用可靠性較高、重量輕以及品質好的大功率燃汽輪機發電機組作為應急電源，從而為數據中心提供有效且可靠的電量支持。隨著數據中心建設的發展與進步，應急電源已經成為大型數據中心不可或缺的一項重要設備。就目前的發展情況來看，大多數的數據中心已經配備了一定數量的應急電源，為數據中心正常工作的開展提供了強有力的支持。

4 大型數據中心供配電系統設計內容分析

4.1 總體設計原則

采用就近原則，UPS和變配電所的設置應當與機房的位置相近。但使，設計中應當考慮到未來的發展情況，除了需要在線路規劃和物品歸置方面留有一定的空間外，還應該為未來發展的一些構想與設計留出充足的空間。同時，應當滿足安裝和線路敷設的要求，耐火等級、凈高度、抗震等級以及樓面荷載等情況均應當符合行業要求。

4.2 變配電所的布置

如果數據中心為單一的建筑，那么附設式的變配電所是最優的選擇。在位置規劃中，附設式一般在樓層的一樓和二樓。如果根據實際需要將附設式變配電所設置在地下，需注意不宜將其設置在最底層。在單一的建筑物內，如果供電容量和供電范圍較大，則應當按照區域進行變配電所的設置。如果建筑物的數量較多，數據中心的占地面積較大，那么可以選用獨立式的變配電所。單一建筑和多幢建筑的供配電系統設計示意分別如圖1和圖2所示。

圖1 單一建筑供配電系統設計示意圖

圖2 多幢建筑供配電系統設計示意圖

4.3 發電機房的布置

發電機房的設置應當以數據中心的規模為主要依據。它的設置要求與變配電所基本一致，也分為附設式和獨立式兩種類型。但是，在設計過程中，發電機房往往會產生大量的熱量，因此發電機房的設置應當保證其出風口通風順暢，避免出現消防事故。工作人員應當從數據中心的總體設計構思入手，結合發電機房的總體特點對其進行綜合性設計，在滿足消防安全的需求下，保證數據中心能夠正常運轉。

5 大型數據中心的變配電系統設計

5.1 高壓配電系統

高壓配電系統是大型數據中心的重要內容，也是保證數據中心正常運轉的關鍵所在。從目前行業內的運行情況來看，高壓配電系統應當采用單母線分段方式進行相互獨立的設計。如果采用的是兩路市電電源冗余設計，那么根據要求兩條母線之間可以不設計相關的聯絡內容。如果在總體設計中采用放射式的配電系統設計，那么兩路配電設備應當分開設置。總體上來說，高壓配電系統具有一定的危險性，在母線和單線設置過程中要注意消防方面的要求，避免因高壓系統的設置而產生重大安全事故。

5.2 低壓配電系統

低壓配電系統的設計與高壓配電系統的設計存在一定的相似之處。一般而言，低壓配電系統采用單母線分離的方式進行獨立設計，而且母線與母線之間也要保持良好的聯絡關系。一些精密型大型數據中心容不得一點差錯，兩路市電電源必須與應急電源結合，并且實現自動切換功能。當一路市電電源發生故障時，另外一路市電電源可以立刻與應急電源結合，避免相關數據資料的損失，保證數據中心的正常運轉。對于一般的數據中心來說，低壓配電系統要求數據中心的兩路市電電源分別與自備應急電源相互自由切換，線路中的UPS、照明電源以及機房空調的設計也應當具備與應急電源相互切換的功能。從目前的數據中心設計來看，數據中心的任何組成內容均能夠對其正常工作產生較大的影響，甚至會引發一定的安全事故，所以需要充分考慮每一條線路的設計。在低壓配電系統的設計過程中，可以使用PC級的自動轉換開關進行設計。但是，在線路設計中，雙回路配電的兩條線路應當分開敷設，而且應當充分考慮消防方面的具體要求，避免安全事故的發生。

5.3 機房空調配電系統設計

在大型數據中心中，機房空調必不可少。一般而言，機房空調設備應當配置有專門的配電柜。在機房空調的配電系統設計中也應當引入兩條電源，并且具備自由切換功能。機房空調對于整個數據中心的正常運轉具有重要作用。通常來說，在一個設備機房中應當配備兩臺以上的空調配電柜，以保持溫度在合理的范圍內，從而保證數據中心的安全。此外，機房空調配電系統的設計應當遵循數據中心的總體設計要求，本著經濟性、可靠性以及科學性原則，使得系統設計更加具有實用性特點，從而為數據中心的正常運轉提供良好的支持。

6 結 論

綜上所述，隨著我國信息化建設進程的不斷加快，大型數據中心作為重要的建設內容發揮著越來越重要的作用。在大型數據中心的運轉與工作過程中，供配電系統是非常重要的基礎性設施。因此，它的設計應當全面納入數據中心建設的統籌規劃中。在供配電系統的設計過程中，一定要注重實用性、經濟性、標準性以及可靠性等原則，從而保證大型數據中心的供電具有可靠、穩定且安全的特征。通過對大型數據中心供配電系統相關內容的研究與分析以及對其關鍵內容的探討，希望能為該領域的發展提供參考。