◆張林沖

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司南京分公司 江蘇 210029）

新型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意問題分析

◆張林沖

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司南京分公司 江蘇 210029）

就數(shù)據(jù)中心來說，供配電系統(tǒng)是不可替代的。處于最重要的地位，它的作用就像心臟與我們?nèi)梭w之間的關(guān)系一樣，只有確保供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和安全性能，才能保證數(shù)據(jù)中心的各個(gè)設(shè)備都有穩(wěn)定可靠的動(dòng)力來源。隨著新型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，其功率密度變大，對(duì)供電的要求也隨之增加，因此，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)新型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)就尤為重要。本文主要闡述了數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的分級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)，并分析了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)必須注意的要點(diǎn)，最后探討了新型數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要素，以供參考。

數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；規(guī)范化

1 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行時(shí)間是：全天24小時(shí)不停歇工作。特點(diǎn)是：用電量較大；可靠性要求較高；電源品質(zhì)要求較高。最常見運(yùn)用的是電力系統(tǒng)中對(duì)電能進(jìn)行發(fā)、輸、配、用中的配和用兩個(gè)要求。而且最重要的是要與電力系統(tǒng)維持一樣的水平。學(xué)過電氣工程的一般都知道，在供配電系統(tǒng)里，功率一般都是單向在流動(dòng)著的，即按照電源端到用戶端的方向，通過利用一定的分配手段，達(dá)到它的目的，也就是把電力系統(tǒng)里的電能改變成用戶所使用的用電設(shè)備可以利用的電能。按照目前的數(shù)據(jù)看，它的電壓等級(jí)都會(huì)在在 35KV 或以下。因此對(duì)于供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，甚至于制定可行方案的話都應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：第一，所具有的用電量多少；第二，負(fù)荷的性質(zhì)；第三，周圍區(qū)域供電的狀況。

2 數(shù)據(jù)核心供配電體系設(shè)想的根本準(zhǔn)則

在設(shè)置數(shù)據(jù)中心供配電體系過程中，要按照我國(guó)與行業(yè)有關(guān)法律法規(guī)，還可以參照海外有關(guān)準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)，采納合適的技能舉措是要綜合思索數(shù)據(jù)核心用電負(fù)荷密度高、供電穩(wěn)當(dāng)性需求高等特征。另外還有就是不得違背符合相關(guān)工程建筑機(jī)構(gòu)法律法規(guī)的要求。 按照分區(qū)和分級(jí)的原則設(shè)置數(shù)據(jù)核心供配電體系，供電穩(wěn)當(dāng)性是相同功效地域當(dāng)中的各種設(shè)施，要確保全部設(shè)施依照該區(qū)域準(zhǔn)則的需求運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)把供配電體系部分故障礙的影響力，限制在很小的范圍內(nèi)。 數(shù)據(jù)核心的特點(diǎn)有用電負(fù)載密度高、總量大，所以在供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，一定要考慮到節(jié)約能源的方面，只有這樣才可以更大程度的減少能源消耗。

3 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的分級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)非常多，有《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》、《計(jì)算站場(chǎng)地安全要求》和《通用用電設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

通常情況下，對(duì)于數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)，應(yīng)以數(shù)據(jù)中心的管理要求和使用性質(zhì)為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中斷后引發(fā)的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失程度，來明確機(jī)房等級(jí)，然后以等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的供配電系統(tǒng)。按照目前現(xiàn)行的《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，可以將機(jī)房分為容錯(cuò)級(jí)、冗余級(jí)和基本級(jí)三級(jí)。國(guó)外對(duì)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的等級(jí)劃分也各不相同，以美國(guó)為例，在《數(shù)據(jù)中心通信設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》中就將它們劃分成 Tier Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ不同的四個(gè)級(jí)別。

4 數(shù)據(jù)中心負(fù)荷分級(jí)

在高等級(jí)的數(shù)據(jù)中心中，IT 設(shè)備都是一級(jí)負(fù)荷中尤為重要的負(fù)荷。IT 輔助設(shè)備、消防設(shè)備通常作為一級(jí)負(fù)荷，其中 IT 輔助設(shè)備包括：冷水機(jī)組、循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、精密空調(diào)、新風(fēng)空調(diào)、補(bǔ)水系統(tǒng)、安防控制等系統(tǒng) / 設(shè)備；消防設(shè)備包括：消防水泵、消防排煙 / 加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)、消防值班室、消防備用 /疏散照明設(shè)備等。三級(jí)負(fù)荷的有：一般辦公、清掃、檢修等。

5 數(shù)據(jù)中心工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求

必須保證數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理、可行、安全。首先，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的等級(jí)，A 類數(shù)據(jù)中心必須使用雙重電源供電；B 類數(shù)據(jù)中心建議采用雙重電源供電；C 類數(shù)據(jù)中心使用兩回路供電。

第一，要確保供配電系統(tǒng)具有可靠性。因此，在對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要謹(jǐn)慎考慮突發(fā)狀況，對(duì)于 A、B 級(jí)數(shù)據(jù)中心需配置后備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，后備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的容量應(yīng)包括UPS 基本容量、空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量。

第二，良好性能質(zhì)量的電能。電能質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵在于頻率與電壓兩個(gè)方面。所以，為了擁有一個(gè)良好的高性能的風(fēng)險(xiǎn)低的（即在任何方式下都可運(yùn)行）電能，較好的方式便是使用在線式 UPS 供電系統(tǒng)，它可以解決停電問題。

第三，供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還應(yīng)讓其變得更加方便和靈活?？梢韵胂螅偃缭趯?duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行接線時(shí)既可以做到簡(jiǎn)便，又可以保證滿足負(fù)荷的變化程度，并且可以快速、敏捷的從此狀態(tài)直接過渡到彼狀態(tài)，并在轉(zhuǎn)換的過程中不會(huì)輕易的出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作，可以確保能夠正常、方便的進(jìn)行檢修與維護(hù)，那樣便更加方便了。

6 新型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意要素

通常情況下，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)在前級(jí)會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，包括不間斷電源系統(tǒng)、電力電纜、配電柜以及高、中壓變壓器等設(shè)備，例如不間斷電源系統(tǒng)的自身耗能或者并聯(lián)時(shí)的環(huán)流損耗，以及長(zhǎng)距離傳送大電流時(shí)的損耗等。因此，在設(shè)計(jì)新型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)時(shí)，需要關(guān)注的重點(diǎn)就是降低甚至避免這些損耗，具體而言，應(yīng)注意采取以下幾種措施。

（1）合理規(guī)劃和布局供配電系統(tǒng)

通常情況下，供電系統(tǒng)的線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)，損耗也就越大，如果電壓是380V，且供電線路的電阻為10Ω，那么產(chǎn)生的損耗為14.44kW，用電量基本等同于高密機(jī)柜設(shè)備的兩倍。因此，配電室和不間斷電源系統(tǒng)之間以及精密配電柜與不間斷電源系統(tǒng)之間的距離應(yīng)盡量縮短，同時(shí)，以保證安全為前提，盡量使各級(jí)供配電設(shè)備的線路均為最短，從而有助于減少電纜傳輸過程中的電流消耗。

（2）供配電單元的設(shè)計(jì)要堅(jiān)持規(guī)范化

如果需要切換柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和市電，必須選用擁有旁路功能的ATS（自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)），以從而保障檢修自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)時(shí)與切換電源不沖突。同時(shí)，不間斷電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心動(dòng)力設(shè)備的回路都應(yīng)各自獨(dú)立，前者為后者供電，并有手動(dòng)和自動(dòng)旁路裝置，且應(yīng)留有余量。此外，應(yīng)使用精密配電柜對(duì)電子信息設(shè)備進(jìn)行配電，同時(shí)配備電流監(jiān)控、電壓監(jiān)控、防雷、遠(yuǎn)程通信以及報(bào)警功能，安裝在用電設(shè)備附近，供配電系統(tǒng)還要具備可擴(kuò)展性，便于預(yù)留容量以備用。

（3）優(yōu)化不間斷電源系統(tǒng)的并聯(lián)方案

當(dāng)前不間斷電源系統(tǒng)中單機(jī)容量最大為1600kVA，無法滿足大型或中型數(shù)字中心的應(yīng)用需求，因此，為了提高容量和可靠性，還需要并聯(lián)使用多臺(tái)不間斷電源系統(tǒng)，如果并聯(lián)系統(tǒng)中某臺(tái)或某幾臺(tái)不間斷電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其他不間斷電源系統(tǒng)可以繼續(xù)保持供電。而如果采用 N+1 的主備模式，會(huì)導(dǎo)致不間斷供電設(shè)備閑置，而且并聯(lián)狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)環(huán)流問題，造成不間斷供電系統(tǒng)自身損耗的增加；如果采用 2N的供電模式，一方面能夠避免并聯(lián)環(huán)流產(chǎn)生損耗，另一方面均衡各不間斷供電設(shè)備，避免出現(xiàn)閑置和浪費(fèi)現(xiàn)象。

（4）加強(qiáng)對(duì)模塊化不間斷電源系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用模塊化不間斷電源系統(tǒng)，就是在不間斷電源系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)的配置過程中嚴(yán)格遵循總公司需求，然后以實(shí)際負(fù)荷為依據(jù)配置不間斷電源系統(tǒng)模塊，倘若負(fù)荷提高，可用熱插拔的方式來增加功率相似的不間斷電源系統(tǒng)板塊。這樣不僅有助于降低不間斷電源系統(tǒng)的功耗，也有助于延長(zhǎng)其運(yùn)行生命周期。除了上述要素之外，還可以使用智能 PDU，通過運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化和智能化的技術(shù)手段，來精準(zhǔn)計(jì)量和檢測(cè)電氣參數(shù)，并采用聲光報(bào)警或短信通知等方式來對(duì)異常用電進(jìn)行報(bào)警，幫助用戶實(shí)時(shí)了解機(jī)柜電源體系的用電情況，進(jìn)而科學(xué)計(jì)算 PUE 值。

7 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的科學(xué)性、合理性、可行性、安全性等會(huì)關(guān)乎到數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維效果。使用模塊化彈性架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及利用相關(guān)的節(jié)能方法，不僅數(shù)據(jù)中心相關(guān)需求得以滿足，而且供配電系統(tǒng)的損耗也會(huì)降低不少，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)也將可以得到快速部署、簡(jiǎn)便擴(kuò)展、高效低耗運(yùn)維等效果。

[1] 陳實(shí)．新型數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)計(jì)要素淺析[J]．智能建筑電氣技術(shù)，2016．

[2] 包昀毅．?dāng)?shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．現(xiàn)代建筑電氣，2010．

[3] 黃林華．探討數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]．城市建筑，2016．