邱 奕 侃(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200002)

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邱 奕 侃
(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200002)

基于GB 50174—1992《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)TIA-942—2010的相關(guān)要求,結(jié)合某大型IT企業(yè)的實(shí)際數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)案例,對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣技術(shù)中的供配電系統(tǒng)進(jìn)行探討,闡釋了在數(shù)據(jù)中心機(jī)房實(shí)際設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)的方法,以期為類(lèi)似數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心; 供配電系統(tǒng); 供電可靠性; TIA-942—2010; 負(fù)荷等級(jí)

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)IT企業(yè)及金融業(yè)全面對(duì)外開(kāi)放,大數(shù)據(jù)時(shí)代已步入人們的日常工作與生活中,這些龐大數(shù)據(jù)處理的背后同樣需要龐大的數(shù)據(jù)處理器及交換機(jī)完成,而這些集中式的數(shù)據(jù)處理設(shè)備對(duì)環(huán)境要求極其苛刻,所以集中放置這些數(shù)據(jù)載體的設(shè)備成為亟待解決的問(wèn)題,于是數(shù)據(jù)中心的概念應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)據(jù)中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)中的作用越來(lái)越突出,國(guó)內(nèi)很多大型 IT 公司、金融、電信、政府等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心在不斷地投入建設(shè)。于是,設(shè)計(jì)出一套可靠性高、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)中心成為電氣設(shè)計(jì)師的共同目標(biāo)。本文結(jié)合親身參加的國(guó)內(nèi)一些大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作,在方案初期階段,通過(guò)掌握的國(guó)際和國(guó)內(nèi)有關(guān)方面的資料,對(duì)數(shù)據(jù)中心各等級(jí)的特性要求作了分析比較,并對(duì)在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到供配電系統(tǒng)方面的實(shí)際問(wèn)題作了簡(jiǎn)要分析。

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的等級(jí)及分級(jí)依據(jù)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一般以GB 50174—1992《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》為主,該規(guī)范針對(duì)機(jī)房選址、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)房環(huán)境、安全管理及供電電源的質(zhì)量要求等方面對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房分級(jí),可分為 A (容錯(cuò)型)、 B (冗余型)、 C (基本型)三個(gè)級(jí)別。

目前國(guó)際上較全面地以數(shù)據(jù)中心為對(duì)象的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是TIA-942—2010《數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》,該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的可用性、穩(wěn)定性和安全性將數(shù)據(jù)中心的機(jī)房等級(jí)分為T(mén)ier Ⅰ、Tier Ⅱ、Tier Ⅲ、Tier Ⅳ四級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國(guó)際上多種數(shù)據(jù)機(jī)房工程的需求與實(shí)踐,提出了與之相匹配的機(jī)房場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施的供配電以及其他相關(guān)系統(tǒng)的可用性等級(jí)指標(biāo)。下面將介紹該標(biāo)準(zhǔn)中每個(gè)等級(jí)的特性及其數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施等級(jí)中相關(guān)電氣部分的類(lèi)型、要求和相關(guān)特性,如表1所示。

通過(guò)比較國(guó)內(nèi)規(guī)范及國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TIA-942—2010更具有指導(dǎo)意義。從表1可以看出,數(shù)據(jù)中心機(jī)房的等級(jí)越高,供電可靠性越高,電源的配電要求更高,線路更復(fù)雜,設(shè)備數(shù)量隨著冗余要求增加,導(dǎo)致造價(jià)成倍提高。所以在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心的過(guò)程中,將數(shù)據(jù)中心概括的電氣技術(shù)指標(biāo)落實(shí)到到實(shí)際的設(shè)計(jì)中,并且能權(quán)衡好造價(jià)及供電可靠性的這兩個(gè)對(duì)立因素,是設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題。

表1 國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TIA-942—2010 關(guān)于數(shù)據(jù)中心分級(jí)的主要電氣技術(shù)指標(biāo)

2 數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)實(shí)例

項(xiàng)目要求概況:

(1) 數(shù)據(jù)服務(wù)器主機(jī)房面積為600 m2。

(2) 數(shù)據(jù)中心機(jī)房總面積為1 000 m2左右。

(3) 機(jī)房總體供電可靠性要求達(dá)到99.982%,提供365 d×24 h服務(wù)。

感受過(guò)V12的氣度，該輪到V8渦輪增壓展現(xiàn)實(shí)力了。從性價(jià)比角度考量，帶“T”的GTC4Lusso無(wú)疑是更劃算、更合理的存在。由于裝備3.9升V8渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，取消四驅(qū)系統(tǒng)采用后輪驅(qū)動(dòng)，GTC4Lusso T擁有更扎實(shí)的低扭輸出、更輕盈的體態(tài)以及更低的油耗。但問(wèn)題是，真的有用戶會(huì)在意我在意的這些細(xì)枝末節(jié)嗎？其實(shí)GTC4Lusso T就是一種相比GTC4Lusso更“實(shí)惠”的選擇，可滿足四人同行的日常駕乘所需，我很欣賞它務(wù)實(shí)的一面。

(4) 數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)服務(wù)器機(jī)柜總用電負(fù)荷為1 180 kW。

(5) 雙路市電輸入,應(yīng)急發(fā)電機(jī)要有冗余。市電中斷后20 s內(nèi)發(fā)電機(jī)組能自動(dòng)起動(dòng),發(fā)電機(jī)組燃油(雙油桶)能支持24 h以上。

(6) UPS供電系統(tǒng)采用2N模式,提供滿負(fù)荷10 min的電池支撐時(shí)間。

(7) 放置電源分配單元(Power Distibution Unit,PDU)區(qū)域的門(mén)口需安裝緊急電源關(guān)閉總掣(EPO),用于在緊急狀態(tài)下關(guān)閉所有PDU使用,總開(kāi)關(guān)上需增加保護(hù)護(hù)罩,防止人員誤操作。

(8) 冷凍機(jī)、冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、精密空調(diào)等為數(shù)據(jù)中心服務(wù)的設(shè)備總?cè)萘考s為1 608 kW。

3 設(shè)計(jì)分析

3.1 數(shù)據(jù)中心負(fù)荷等級(jí)的確定

數(shù)據(jù)中心負(fù)荷等級(jí)如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)中心負(fù)荷等級(jí)

3.2 UPS容量估算

UPS容量估算表3所示。UPS配置:2×(3×600)kVA，電池時(shí)間10 min。

表3 UPS容量估算

由于UPS采用2N形式,故需要2臺(tái)來(lái)自不同電網(wǎng)的2 000 kVA變壓器為UPS提供進(jìn)線電源,平時(shí)2臺(tái)變壓器及UPS電池組各帶服務(wù)器機(jī)房負(fù)荷的50%;當(dāng)一路失電后,另一臺(tái)變壓器及UPS承擔(dān)100%的服務(wù)器機(jī)房負(fù)荷。

3.3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TIA-942—2010的機(jī)房分級(jí)要求,從供電可靠性上來(lái)說(shuō),該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)機(jī)房等級(jí)應(yīng)為T(mén)ier Ⅲ,但業(yè)主要求UPS電源需采用2N形式,也就是說(shuō),該項(xiàng)目數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)在TierⅢ機(jī)房可靠性的前提下盡量向最高可靠性方案靠攏。

方案一是根據(jù)TIA-942—2010中推薦采用的主接線方式,如圖1所示。TIA推薦方案要求設(shè)置兩組柴油機(jī),與兩路市電分別切換,保證任意一組柴油機(jī)組或切換設(shè)備或線路發(fā)生問(wèn)題時(shí),另一組能帶起數(shù)據(jù)中心100%的用電負(fù)荷。該方案可靠性最高,但缺點(diǎn)是造價(jià)非常昂貴。

圖1 方案一

為保證數(shù)據(jù)中心供電可靠性及降低造價(jià),設(shè)計(jì)出方案二，如圖2所示。

圖2 方案二

由圖2可以發(fā)現(xiàn),方案二為了降低造價(jià),采用折中的方式,即減少柴油機(jī)組數(shù)量,但加大單臺(tái)柴油機(jī)容量,配出母排分兩路分別引至兩路市電進(jìn)行切換,即解決了單自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的故障點(diǎn),并且滿足了一組柴油機(jī)組在故障時(shí)帶起數(shù)據(jù)中心100%的用電負(fù)荷,比方案一大大降低了造價(jià),同時(shí)可靠性也高于現(xiàn)行規(guī)范。

另外,由于數(shù)據(jù)中心用電容量非常大,對(duì)應(yīng)柴油機(jī)組的容量也非常大,所以柴油機(jī)配出母線載流量也隨之增大;又由于數(shù)據(jù)中心對(duì)供電可靠性要求非常高,故在選擇柴油機(jī)配出母線時(shí)防護(hù)等級(jí)的要求也極高(達(dá)到防塵防水要求),直接提高了母線單位每米的造價(jià)。不僅如此,由于震動(dòng)、爆炸等土建及消防安全等因素,一般數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心配電機(jī)房距離柴油發(fā)電機(jī)房有一定距離,故柴油機(jī)柜饋出母線的距離也相對(duì)較長(zhǎng),這大大增加母線的造價(jià)。所以,若采用單根配出母線至數(shù)據(jù)中心低壓配電柜處再以三通形式分成兩路引至市電切換處，又不失為另一種降低造價(jià)的選擇。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展,信息處理技術(shù)會(huì)越來(lái)越深入到每個(gè)人的生活中,而數(shù)據(jù)中心作為加速信息特定的硬件載體,開(kāi)始引起人們的高度重視。數(shù)據(jù)中心不同于一般公建項(xiàng)目,是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,而電氣設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言,是一項(xiàng)極其重要的基礎(chǔ)性工作。隨著建設(shè)規(guī)模和數(shù)量的不斷增多,建造出一個(gè)可靠性高、節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)中心將會(huì)是發(fā)展中國(guó)家的建造者們共同的目標(biāo)。

[1] ANSI/TIA-942—2010 Telecommunications infra-structure standard for data centers[S].[2] GB 50174—2008 電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)信息通信專(zhuān)業(yè)委員會(huì)數(shù)據(jù)中心工作組.數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)技術(shù)白皮書(shū)[G].2011.

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Electrical Power Supply and Distribution System Design of Data Center

QIU Yikan

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Based on the requirements of GB 50174—1992 and TIA-942—2010,combined by a factual data center design of a big-scaled IT company in China,this paper discussed the power supply and distribution system technology of data center design,and elaborated the practical design method in the distribution system of data center.It can proveide references for the reliability design of power supply and distribution system in data center.

data center; power supply and distribution system; reliability of power supply; TIA-942—2010; load level

《現(xiàn)代建筑電氣》雜志訂單(回執(zhí)) 120元/年

邱奕侃(1987—),男,工程師,從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。

TU 852

B

1674-8417(2015)10-0006-05

2015-09-23