淺談某數據機房的供配電系統設計及產品選型

時間：2021-3-5閱讀：1195

安科瑞鮑靜君

　　摘要: 就某數據機房的供配電設計方案進行探討，力求為數據中心用電設備提供穩定、可靠和安全的系統，希望為此類型項目的設計人員提供幫助。

　　關鍵詞: 供配電系統; 設計方案; 可靠性; 在線維護

　　1工程概況

　　該項目為數據服務中心，共有4層，層高均為5.2m，總建筑面積15870.16m²，建筑高度為21.25m。結構形式采用框架結構，獨立樁基。

　　一層包括出入口(人員出入口、貨流出入口)，設備房間(變配電室、電信接入間、消防控制室、監控機房、空調機房等)，主機房及相應的動力支持區( UPS機房、電池室等);二、三層為主機房區，包括機房及其配套部分，其中配套部分主要有鋼瓶間、UPS室、電池室、電氣間、設備間等;四層除主機房區外，還有辦公區(運作中心、辦公室、會議室等)。

　　2變配電系統

　　2.1高壓配電系統

　　兩路獨立10kV高壓電源同時供電。采用單母線分段運行方式。每臺變壓器采用放射式供電，由高壓柜專線配置變壓器。

　　2.2供電方案

　　為一路0.4kV市電電源加一路0.4kV柴油發電機組。

　　2.3柴油發電機組的設置

　　作為機房的后備電源，當市電發生故障時，后備柴油發電機應能承擔全部負荷的需要。發電機容量應包括不間斷電源系統、空調和制冷設備的基本容量及應急照明和關系到生命安全等需要的負荷容量。

　　按照甲方提出的數據機房用電負荷分期增加，前期負荷較小，故柴油發電機、變壓器亦分期設置，該工程在建筑物東側設置2臺2000kVA的( 一用一備) 室外箱式柴油發電機。其配電系統圖詳見圖1。

　　2.4變壓器的設置

　　設2臺2000 kVA 變壓器，一用一備，其中1臺變壓器為UPS供電、空調及其他設備供電變壓器，一臺為備。

　　2.5運行方式

　　當正常運行時，由市電電源向負荷供電;當任一常用變壓器故障(或維護)時，投入備用變壓器;當市電電源失電時，柴油發電機自起動，ATS(帶旁路)自動切換，由柴油發電機組向負荷供電。發電機電源進線斷路器與市電電源斷路器之間設電氣聯鎖，市電電源斷路器全部斷開后，發電機電源進線斷路器才能合閘，不允許柴油發電機電源和市電電源并列運行。其供電系統圖如圖2所示。

　　考慮到本次設計僅為初期一個機房投入使用，待所有的機房均投入使用時，將由專門的變壓器為UPS供電。為了節省初期投資和后期的浪費，并為后期施工帶來方便，在設計中，將從變壓器(柴油發電機)供電的母線分兩段，做了二次配電。MX4。5母線為UPS供電母線，其出線開關按以后帶3個機房UPS供電負荷考慮。MX7，8為空調及其他設備供電。待后期機房都投入使用，空調及其它設備用電將由專門一臺變壓器供電，施工時可將MX7，8母線直接掛入這臺變壓器即可。這么做既減少初期投資，又對后期不帶來浪費。

　　2.6UPS設置

　　在主機房相鄰房間設置UPS機房及電池室，所有的機房負荷均由UPS供電，UPS的容量按1.2×滿負荷+1臺冗余計算，電池持續供電時間不小于20min。

　　本次設計僅在一層設置一個數據機房，其余層均為預留機房。二至四層預留機房電源由一層變配電室分南北兩側引至相應的UPS機房(本次設計僅預留進線通路)。一層數據機房內設備機柜計134個。不間斷電源(UPS)系統的基本容量按下式計算:

　　E≥ 1.2P

　　式中: E——不間斷電源系統的基本容量(不包含備份不間斷電源系統設備)，kW/kVA;

　　P——電子信息設備的計算負荷，kW/kVA。

　　單個機柜負荷按4kVA考慮，134×4×1.2=643.2kVA，故兩400kVA的UPS滿足基本容量要求，按一臺備份考慮，故設備2+1臺，400kVAUPS。UPS機房及電池室的布置詳見圖3。

　　3數據機房配電

　　每臺UPS采用兩路電源供電，三臺為一組并機運行，配出線纜沿橋架配至機房內列頭柜。機房內每三列機架設兩臺列頭柜，兩臺列頭柜由UPS的兩臺并機輸出柜分別配線，每臺列頭柜再分別配出線路至各數據機架。這樣保證每個機架均由兩路電源供電，且由 UPS提供在線式不間斷電源供電，供電線路滿足2N冗余，確保了數據機房內機架負荷作為特別重要的負荷的供電要求。其UPS至列頭柜，列頭柜至終端機柜的配電圖詳見圖4。

　　4可靠性及可在線維護

　　在系統方案的設計過程中，反復斟酌其可靠性，甲方也反復強調了可在線維護的問題。所以在系統中，為了增加配電可靠性，減少故障范圍，把市電與柴發的切換沒有放在變壓器，而是放在了UPS輸入端之前，這樣即便是切換過程中出現問題，也只會影響某一組UPS，減小了故障面。進一步考慮切換過程中，ATS有故障的話，會使整個系統癱瘓，在設計中選用了帶旁路的ATS自動轉換開關。其功能就是在主自動切換開關抽出進行檢修、測試及維護前，可先行將負載改由旁路隔離開關供電。之后主自動切換開關被抽出進行檢修、測試及維護時，操作過程不會造成負載停電。

　　為了避免UPS并機后，線路或輸出柜出現故為了避免UPS并機后，線路或輸出柜出現故障，設計中將并機柜、輸出柜及到末端IT設備機柜的線路都做了2N的處理，保證每個機架均由兩路電源供電，每條給機架供電的線路出現問題，都會有備用線路立即投入使用，以確保系統供電的安全可靠性，而解決了在線維護問題。

　　5安科瑞列頭柜及監測產品介紹

　　隨著數據中心的迅猛發展，數據中心能耗問題也越來越突出，可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的方式。

　　 AMC系列數據中心配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環監控系統，實現對整個數據機房的實時監控和管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。

　　5.1配電管理解決方案

　　5.1.1交流系統

　　1）功能要求：

　　遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

　　遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

　　2）配置方案-示意圖