崔庭宇

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰

摘要：現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)交叉的系統(tǒng)，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等，每個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

一、系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，擴(kuò)容容易，維護(hù)簡(jiǎn)便，容錯(cuò)力強(qiáng)，主要的是性價(jià)比高。數(shù)據(jù)中心機(jī)房是現(xiàn)代信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程，為各個(gè)業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境，而機(jī)房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動(dòng)脈，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)交叉的系統(tǒng)，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等，各個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。

二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)中心有專門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合性的數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)標(biāo)TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，是2005年4月由美國(guó)電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)、TIA技術(shù)工程委員會(huì)(TR42)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)批準(zhǔn)的。國(guó)內(nèi)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也是綜合國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展情況做出的，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》也于2008年l1月12日發(fā)布，2009年6月1日開始實(shí)施。

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)中心首先需要根據(jù)用戶重要性和業(yè)主對(duì)數(shù)據(jù)中心可靠性、安全性等的具體需求，確定機(jī)房等級(jí)．再按照相應(yīng)等級(jí)確定適合的供配電系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心首先需要滿足國(guó)內(nèi)規(guī)范的要求。GB 50174—2008中關(guān)于數(shù)據(jù)中心的分級(jí)規(guī)定如下：電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)劃分為A、B、C三級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的重要性質(zhì)確定所屬級(jí)別。

三、設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行或參照?qǐng)?zhí)行國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并可參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)合考慮數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。同時(shí)，應(yīng)滿足項(xiàng)目建設(shè)單位的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循分區(qū)、分級(jí)的原則，同一功能區(qū)域內(nèi)的各類設(shè)備的供電可靠性，應(yīng)能保證所有設(shè)備能夠按照該區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的要求運(yùn)行，并將供配電系統(tǒng)局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。

數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷密度高、總量大，其供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分運(yùn)用成熟有效的節(jié)能措施，降低供配電系統(tǒng)的損耗。

四、數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)需求分析

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會(huì)各界對(duì)信息系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，由此對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求日益增加，對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，信息設(shè)備功能越來越強(qiáng)，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜用電負(fù)荷由以前的2kVA/臺(tái)，提高到3kVA/臺(tái)、4kVA/臺(tái)，甚至更高。機(jī)房單位面積的平均用電負(fù)荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高。

數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)應(yīng)分為兩個(gè)層次，即：UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負(fù)荷。市電供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)房照明及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸入)＝供電負(fù)荷+充電負(fù)荷。機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷＝N臺(tái)主用空調(diào)機(jī)組額定負(fù)荷容量×負(fù)荷率。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型機(jī)等，在負(fù)荷設(shè)備明確時(shí)，按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，具體負(fù)荷設(shè)備不明確時(shí)，按設(shè)備機(jī)柜平均負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。設(shè)備機(jī)柜數(shù)量也不明確時(shí)，可按機(jī)房面積平均負(fù)荷估計(jì)。

在發(fā)熱量較大的情況下，如果柴油發(fā)電機(jī)未能及時(shí)啟動(dòng)而導(dǎo)致精密空調(diào)失電停止工作超過3分鐘，機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器溫度將會(huì)急劇升高而宕機(jī)，因此在可靠性要求比較高的情況下精密空調(diào)也可由UPS提供不間斷電源，在柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)前利用剩余冷凍水繼續(xù)保持機(jī)柜氣流循環(huán)散熱，直到發(fā)電機(jī)全部啟動(dòng)。

五、數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 供配電系統(tǒng)的布置 

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)主要設(shè)備有：UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機(jī)等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大，對(duì)于這些設(shè)備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對(duì)外界的危害。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨(dú)立的配電間、變配電所，UPS 電源機(jī)房應(yīng)靠近設(shè)備機(jī)房(負(fù)荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設(shè)備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機(jī)、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數(shù)據(jù)中心等級(jí)的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設(shè)備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個(gè)承重比較好，并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應(yīng)在滿足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，盡可能靠近供電負(fù)載。發(fā)電機(jī)房宜設(shè)置在地面一層，當(dāng)發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下層時(shí)，應(yīng)特別注意進(jìn)、出風(fēng)通道能否滿足要求，應(yīng)注意發(fā)電機(jī)組儲(chǔ)油裝置（日用油箱、儲(chǔ)油罐）的消防要求。

變配電所、發(fā)電機(jī)房、UPS電源機(jī)房均應(yīng)留有足夠的面積，可與設(shè)備機(jī)房同步發(fā)展，應(yīng)對(duì)設(shè)備機(jī)房面積擴(kuò)展或設(shè)備機(jī)房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)中心的建筑，應(yīng)注意其是否滿足設(shè)備安裝和線路敷設(shè)的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級(jí)、耐火等級(jí)等方面。

下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖，采用雙路110kV進(jìn)線，配置10kV柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源，UPS采用冗余供電方式，末端精密配電柜和精密空調(diào)均采用UPS供電，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定性，見圖1。