徐其勤 孫惠民

（中國電科二十八所 江蘇省南京市 210007）

1 數(shù)據(jù)中心的基本概述

數(shù)據(jù)中心的建立對主體起到了一定的服務(wù)作用，是服務(wù)器機房、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互設(shè)備、服務(wù)器機房輔助電子設(shè)備、機房支持區(qū)域建筑物的總稱。在市場經(jīng)濟的快速發(fā)展中，有些行業(yè)對于數(shù)據(jù)的依賴性很大，且在各項業(yè)務(wù)、服務(wù)的開展過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)中心建立的主要功能是進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理、交換與傳輸，借助于大型服務(wù)器來完成數(shù)據(jù)的交流與存儲[1]。要保障數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定、可靠運行，需建立穩(wěn)定的供配電系統(tǒng)，維持電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，并需要建立完善的UPS，使得即使在斷電的情況下，UPS 也依舊能夠維持其可靠的運行。如果存在電力供應(yīng)不穩(wěn)定的情況，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的相關(guān)設(shè)備設(shè)施可能會受到這種不穩(wěn)定出現(xiàn)各種損壞，影響正常的網(wǎng)絡(luò)傳輸，嚴(yán)重時甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。而在數(shù)據(jù)中心的運行中，如果出現(xiàn)UPS 響應(yīng)速度較差、供電電源不足與供電時間過短的情況，將會造成數(shù)據(jù)備份異常，影響數(shù)據(jù)中心各種業(yè)務(wù)的開展。因此，數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的設(shè)計與改進是重點問題。

2 數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計內(nèi)容與特點

2.1 數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計內(nèi)容

數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著重要的任務(wù)，其機房構(gòu)成相對復(fù)雜。在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心機房的功能區(qū)域劃分來看，主要包含了數(shù)據(jù)主機房、UPS 機房、配置室、空調(diào)室、監(jiān)控中心等，數(shù)據(jù)中心機房的這種特殊構(gòu)造使得在整個數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計與施工過程中，囊括了電氣工程、機房裝修工程、綜合布線排線、監(jiān)控門禁、消防安全等諸多的內(nèi)容[2]。數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計內(nèi)容中，綜合布線排線、配電系統(tǒng)的設(shè)計是關(guān)鍵。

2.2 數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計的特點

數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性與綜合性。為保障數(shù)據(jù)中心機房作用的發(fā)揮，在設(shè)計中設(shè)計人員需充分考慮機房內(nèi)相關(guān)設(shè)備的運行環(huán)境、防災(zāi)安全等要求。此外，數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計周期很長，從機房土建初步設(shè)計到竣工驗收階段，往往會占據(jù)較長的時間。在整個的設(shè)計過程中，包含了多個工序、工種之間的協(xié)調(diào)性與配合性，參與的部門相對較多，各個部門與主體在參與數(shù)據(jù)中心機房項目的過程中，不僅需要切實履行好自身的職責(zé)權(quán)限，還需要加強不同部門之間的配合與協(xié)調(diào)，保障機房工藝技術(shù)、整體布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強弱電等各個環(huán)節(jié)都能夠達到全面配合的效果。

3 數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)存在的問題

3.1 系統(tǒng)容量的整體規(guī)劃不合理

近年來，隨著各行各業(yè)發(fā)展中對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用要求逐步提高，數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的重要性日益凸顯，尤其是隨著高層建筑項目的逐步增多，很多行業(yè)主體都建立了專門的數(shù)據(jù)中心機房，以發(fā)揮數(shù)據(jù)機房在業(yè)務(wù)、服務(wù)開展中的作用。以樓宇建設(shè)為例，大樓的一級負荷用電常常被納入機房配電系統(tǒng)中，再加上機房內(nèi)還包含了計算機設(shè)備，相關(guān)的弱電系統(tǒng)如閉路電視監(jiān)控、入侵警報系統(tǒng)等都是配電系統(tǒng)的服務(wù)范疇，因此，由于配電系統(tǒng)中包含的服務(wù)設(shè)備、子系統(tǒng)等相對較多，這就要求相關(guān)人員在設(shè)計的過程中需充分考慮多方面的因素，實現(xiàn)整體規(guī)劃[3]。一些數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)不穩(wěn)定常常是由于配電系統(tǒng)容量規(guī)劃不足所造成的，當(dāng)數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的相關(guān)設(shè)備在運行的過程中，需要的電壓、電流等相對較高，如果配電系統(tǒng)的容量不足，將會難以滿足穩(wěn)定、安全與可靠運行的要求。

3.2 配電系統(tǒng)設(shè)計與其他專業(yè)設(shè)計的配合性不足

機房配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心機房的重要組成，要保持配電系統(tǒng)的可靠運行，為數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)相關(guān)電氣設(shè)備、計算機系統(tǒng)等提供重要的保障，就必須使得配電系統(tǒng)設(shè)計與其他專業(yè)設(shè)計相協(xié)調(diào)，但是，在實際的機房配電系統(tǒng)設(shè)計上，一些設(shè)計人員常常缺乏配電系統(tǒng)設(shè)計與其他專業(yè)設(shè)計的協(xié)調(diào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)在運行的過程中存在諸多的問題。數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)裝修從空間上主要包含了吊頂上、地板下、頂板與地板間結(jié)構(gòu)，在電氣設(shè)備、器件等的安裝方面，需考慮燈具與頂板的搭配、安裝位置是否合理等，一些設(shè)計人員在設(shè)計、安裝方面缺乏科學(xué)管理，存在安裝位置選擇不當(dāng)、燈具與頂板搭配不合理等情況。此外，數(shù)據(jù)中心機房的吊頂上、地板下包含了諸多的管線布設(shè)，在設(shè)計中常常存在排風(fēng)管道、消防管道與強弱電線的交叉情況，難以進行吊頂標(biāo)高的科學(xué)設(shè)計，設(shè)計人員只能通過降低機房標(biāo)高、用地板下線槽擋住專用空調(diào)送風(fēng)口的方式來加以處理，這種情況下，存在風(fēng)阻提高、線槽生銹的風(fēng)險[4]。由于數(shù)據(jù)中心的特殊性，在機房內(nèi)常常需要進行門禁、攝像頭等弱電設(shè)備的安裝，如果數(shù)據(jù)中心機房的面積較大、大弱電設(shè)備的數(shù)量較多時，設(shè)計人員在設(shè)計過程中需進行弱電系統(tǒng)的集中與分散設(shè)計，否則，設(shè)計不當(dāng)可能會導(dǎo)致在數(shù)據(jù)中心機房運行的過程中，某一個系統(tǒng)故障會引起其他系統(tǒng)、設(shè)備的故障。

3.3 工程造價與現(xiàn)有需求之間的矛盾

數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的資金投入較大，為了達到數(shù)據(jù)中心機房使用的要求，在實際的過程中，設(shè)計人員往往會考慮多方面的因素，力求用最低的造價來實現(xiàn)最好的設(shè)計質(zhì)量。但是，由于數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)各個設(shè)備的性能會影響數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計效果，如果過于關(guān)注工程造價，只能在設(shè)計中選用低性能的設(shè)備與配置，最終也就會降低數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。因此，工程造價與現(xiàn)有需求之間的矛盾是一些數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)設(shè)計中面臨的一個重要難題，設(shè)計人員需從用戶的使用需求著手，加強與用戶的協(xié)調(diào)與溝通，妥善解決設(shè)計造價與現(xiàn)有需求之間的矛盾。

4 數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的改進

4.1 數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的負荷等級

從當(dāng)前數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的應(yīng)用情況來看，配電系統(tǒng)用電負荷統(tǒng)計主要包含了UPS 電源系統(tǒng)負荷統(tǒng)計與變配電系統(tǒng)負荷統(tǒng)計，其中，前者是UPS 電源系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)和前提，后者是變配電系統(tǒng)、自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計的參考。從UPS 電源系統(tǒng)負荷的構(gòu)成來看，主要包含了通信機房、自動化機房設(shè)備的精密配電柜負荷與值班中心負荷、終端大屏等構(gòu)成，如圖1所示。UPS 電源系統(tǒng)內(nèi)的各個組成部分能夠在數(shù)據(jù)中心機房啟動以發(fā)揮各自的作用，保障數(shù)據(jù)的實時處理與傳遞。變配電系統(tǒng)負荷主要包含了機房照明、應(yīng)急照明、精密空調(diào)系統(tǒng)等相關(guān)的電氣設(shè)備，在整個的設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須要考慮系統(tǒng)的容量，既要保障系統(tǒng)的容量，還需要在滿足容量的基礎(chǔ)上使得系統(tǒng)具備一定的擴容能力，避免系統(tǒng)容量不足影響配電系統(tǒng)的電壓的穩(wěn)定性[5]。

4.2 電源容量規(guī)劃設(shè)計

4.2.1 IT 設(shè)備耗電需求估算

在數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)，包含了各種的IT 設(shè)備，要提高配電系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量，使得電源容量的設(shè)計能夠符合數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)各種電氣設(shè)備、IT 設(shè)備的運行需求。IT 設(shè)備總消耗是所有機架功率消耗的綜合，一般情況下，單機機架功率在3.2kW 以下的為中低功率密度機架，而功率在3.2 ～7kW 的為高功率密度機架，而在7kW 以上的就是超高功率密度機架。當(dāng)數(shù)據(jù)中心建成以后，如果已經(jīng)明確了所需要安裝的各種設(shè)備類型與情況，相關(guān)設(shè)計人員需結(jié)合這些設(shè)備的功耗情況，準(zhǔn)確測算IT 設(shè)備的總體功率需求。

4.2.2 空調(diào)能耗估算

由于在數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)包含了大型服務(wù)器、電氣設(shè)備等，制冷空調(diào)總功耗是IT 設(shè)備功率、照明、人員活動散熱的總和。IT 設(shè)備是數(shù)據(jù)中心機房的主要熱源，在IT 設(shè)備的運行過程中所產(chǎn)生的能耗幾乎可以100%轉(zhuǎn)化為熱源。此外，數(shù)據(jù)中心機房還包含了環(huán)境熱源、燈光照明、人類活動等，這些熱源相對較少，幾乎可以忽略不計。根據(jù)前期IT 設(shè)備功耗的估算情況，能夠計算出空調(diào)的能耗情況，進而在整個機房配電系統(tǒng)的設(shè)計方面進行相應(yīng)的改進，減少各種設(shè)備運行中的能源消耗，使得配電系統(tǒng)的電源容量能夠滿足設(shè)備運行與使用的要求。

4.3 數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)布置

4.3.1 遵守配電系統(tǒng)布置原則

在數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的改進中，為發(fā)揮配電中心在整個數(shù)據(jù)中心中的作用，相關(guān)人員在進行配電系統(tǒng)的布置中，需遵守相應(yīng)的布置原則，比如，盡量使得變配電所、UPS 電源機房等靠近設(shè)備機房也就是負荷中心的位置。在變配電所、發(fā)電機房、UPS 電源機房的布置過程中，還需要留有一定的面積，使得這些機房、設(shè)備具有可擴展性，能夠在后期數(shù)據(jù)中心的不斷改進中留有一定的擴展空間。在配電系統(tǒng)的布置過程中，還需要留有一定的供電線路通道。

4.3.2 變配電所布置要合理

如果數(shù)據(jù)中心機房為單幢建筑結(jié)構(gòu)，在變配電所的布置方面，盡量選用附設(shè)式變配電所，并將其布置在地面一層與二層的位置。如果一些數(shù)據(jù)中心機房的結(jié)構(gòu)相對特殊，附設(shè)式變配電所需設(shè)置在地下層時，要盡量避免在最底層的布置。

4.3.3 采用先進的智能配電單元

數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的改進中，要加大先進智能配電單元的應(yīng)用，比如，配電列頭柜作為一種新型的智能配電單元，在一些數(shù)據(jù)中心機房中得到了廣泛的應(yīng)用。具體來說，可以將智能配電列頭柜安裝于設(shè)備機柜的一側(cè)位置處，并配置相應(yīng)的參數(shù)測量儀、模塊化分配單元、可熱插拔斷路器等。這種智能配電列頭柜的應(yīng)用，使得在數(shù)據(jù)中心的運行與使用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控、在線監(jiān)測，對其所負載的電流分布與功率分布等加以全面、實時管理，有效發(fā)揮了參數(shù)測量儀、數(shù)據(jù)采集與控制等多種作用。此外，智能配電列頭柜還可以實現(xiàn)對每相及中性線上電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率與無功功率等參數(shù)的實時測量，根據(jù)這些測量結(jié)果，有關(guān)人員能進行相應(yīng)的計算，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能耗的控制。智能配電單元作為一種模塊化單元，為數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的擴容提供了便捷。

圖1：智能母線槽配電

4.3.4 模塊化UPS 的應(yīng)用

模塊化UPS 的應(yīng)用中，主要是在進行UPS 設(shè)備的配置時，考慮數(shù)據(jù)中心各類設(shè)備的遠期負荷，雖然這種配置方式下使得數(shù)據(jù)中心前期的投入相對較高，但是在后期卻有著良好的應(yīng)用效果。與傳統(tǒng)的UPS 相比，模塊化UPS 的應(yīng)用能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性，即使單一模塊出現(xiàn)了故障，也不會影響其他模塊的正常工作，且模塊化UPS 具有可熱插拔性質(zhì)，即使出現(xiàn)了故障，也能夠在較短的時間內(nèi)恢復(fù)正常。此外，模塊化UPS 還具有節(jié)能性、便捷性、靈活性等多種優(yōu)勢，在一些容量較小的數(shù)據(jù)中心機房中能夠得到良好的應(yīng)用。

4.4 新型配電方案

新型配電方案主要是母線槽配電方案，這種配電方案屬于一種智能化的配電手段，在歐美地區(qū)的應(yīng)用相對廣泛，且技術(shù)發(fā)展相對成熟，其整體構(gòu)造如圖1所示。

5 結(jié)束語

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟時代的到來，很多用戶在開展業(yè)務(wù)的過程中，越來越依賴數(shù)據(jù)中心，加大了在數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)設(shè)計方面的投入。一些數(shù)據(jù)中心建成以后，由于機房配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性不足，難以保障數(shù)據(jù)中心的正常使用，因此，相關(guān)用戶需針對機房配電系統(tǒng)的存在問題，實施相應(yīng)的改進與設(shè)計，提高數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的可靠性。