淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：首先對(duì)大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究供配電系統(tǒng)的規(guī)劃要點(diǎn)，為大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供參考，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；規(guī)劃設(shè)計(jì)
0 引言
大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)具有很強(qiáng)的綜合性，涉及土建、機(jī)電、網(wǎng)絡(luò)、能源、消防等方方面面 [1]，因此做好科學(xué)規(guī)劃意義重大。 本文重點(diǎn)研究了大型數(shù)據(jù)機(jī)房規(guī)劃中供配電子系統(tǒng)，以期通過合理的規(guī)劃提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能減排、安全高效的目標(biāo)。
1 大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷分析
供配電系統(tǒng)是大型數(shù)據(jù)中心各類設(shè)備的主要電力來源，而供配電系統(tǒng)的規(guī)劃必須與數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量、類型相適應(yīng)，達(dá)到供電可靠的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。因此對(duì)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷情況進(jìn)行分析十分重要。
負(fù)荷的分級(jí)：根據(jù)我國 2017 年頒布的《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017），一般根據(jù)規(guī)模、性能、重要性等因素將數(shù)據(jù)中心劃分成 A、B、C 三個(gè)級(jí)別，其中 A 級(jí)最高，C級(jí)。顯然不同級(jí)別的數(shù)據(jù)中心，其供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是有區(qū)別的，但從應(yīng)用的角度考慮，對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房而言，無論是什么級(jí)別，都應(yīng)保證在發(fā)生一次意外事故的情況下仍可正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)負(fù)荷也可以分為三個(gè)級(jí)別，考慮到機(jī)房中的大量服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均要求連續(xù)不間斷工作，不允許供電中斷，因此大型數(shù)據(jù)機(jī)房大部分負(fù)荷都是一級(jí)負(fù)荷，要求采用雙電源供電。
大型數(shù)據(jù)中心的主要負(fù)荷：大型數(shù)據(jù)中心最重要的負(fù)荷是數(shù)據(jù)生產(chǎn)交換設(shè)備，例如服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)器等，這些設(shè)備應(yīng)保證任何情況下都不能斷電，因此必須作為特別重要的負(fù)荷來設(shè)計(jì)供配電方案，采用兩路市電進(jìn)線或柴油發(fā)電機(jī)等應(yīng)急電源保證特殊條件下的連續(xù)供電。制冷設(shè)備也是大型數(shù)據(jù)中心的重要負(fù)荷，因?yàn)榇竺芏鹊闹鳈C(jī)分布會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量散發(fā)大空間中使機(jī)房環(huán)境惡化，如果制冷設(shè)備由于斷電而停止工作，機(jī)房溫度將迅速上升，很容易釀成大面積的設(shè)備宕機(jī)或燒壞。所以制冷系統(tǒng)中涉及的空調(diào)主機(jī)、冷凍水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備均屬于一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心的動(dòng)力設(shè)備允許出現(xiàn)短暫的電力中斷，但應(yīng)該由 UPS 和柴油發(fā)電機(jī)等備用電源及時(shí)接續(xù)電力，也可認(rèn)為是一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。另外，還包括消防設(shè)備和安防設(shè)備，均作為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷進(jìn)行供配電規(guī)劃。
2 總體規(guī)劃要求
大型數(shù)據(jù)中心一般是對(duì)外開放的商業(yè)性計(jì)算資源，為了滿足客戶需求，規(guī)劃時(shí)應(yīng)保證其高可靠性和高安全性。對(duì)于*數(shù)據(jù)中心，必須做到7×24有人值守，不允許發(fā)生單點(diǎn)故障，要求很高的容錯(cuò)能力。為了減少成本、提高收益，機(jī)房規(guī)劃應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性原則，盡量減少初始投資和后期運(yùn)維費(fèi)用。大型數(shù)據(jù)機(jī)房由于工程浩大，因此需要滿足一定的靈活性和可擴(kuò)展性，為數(shù)據(jù)中心的分期建設(shè)和分期投運(yùn)提供保障。但數(shù)據(jù)中心的整體容量規(guī)劃以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須一次性完成，避免給供配電系統(tǒng)的規(guī)劃帶來不必要的麻煩。因此，高壓配電系統(tǒng)的規(guī)范應(yīng)與所申請的配額相適應(yīng)，有針對(duì)性地確定的容量和變壓器型號(hào)。大型數(shù)據(jù)中心不允許出現(xiàn)設(shè)備斷電事故，因此應(yīng)急電源配置要合理，本文采用雙路市電+UPS+柴油發(fā)電機(jī)的多層次應(yīng)急供電方案。
3 大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)規(guī)劃
高壓配電系統(tǒng)：從我國目前的數(shù)據(jù)中心建設(shè)情況來看，供電等級(jí)以 35kV/10kV/6kV/3kV 幾種類型為主，以 10kV 的應(yīng)用較為廣泛，具體等級(jí)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行規(guī)劃。主接線的母線可選擇有匯流或無匯流方案，配線則采用放射型或樹型。高壓配電系統(tǒng)必須具備高可靠性，采用雙路電源并聯(lián)進(jìn)線，同時(shí)接入U(xiǎn)PS 和柴油發(fā)電機(jī)等多種應(yīng)急。變壓器必須采用容錯(cuò)配置，采用雙路市電進(jìn)線，必要時(shí)采用雙備份設(shè)計(jì)。
應(yīng)急電源系統(tǒng)：應(yīng)急電源系統(tǒng)規(guī)劃是大型數(shù)據(jù)中心供配電規(guī)劃的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。筆者使用 N+1 配置柴油發(fā)電機(jī)，每組柴油發(fā)電機(jī)又單獨(dú)作為一套 2N 電源后備。在接線方案上，根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，10kV 主接線應(yīng)具有兩路電源，分別與兩段獨(dú)立的母線連接。當(dāng)市電突然發(fā)生斷電時(shí)，兩路電源同時(shí)失電，此時(shí)柴發(fā)必須立即自啟動(dòng)，保持母線持續(xù)供電。為節(jié)約室內(nèi)空間，柴油發(fā)電機(jī)安裝在室外即可。
不間斷電源系統(tǒng)：不間斷電源在數(shù)據(jù)中心得到了廣泛的應(yīng)用，是關(guān)鍵設(shè)備之一，目前采用較多的是UPS以及HVDC，但由于后者價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜，因此通常只有越大型數(shù)據(jù)中心才會(huì)采用，一般的大型數(shù)據(jù)中心采用 UPS系統(tǒng)即可滿足需求。本系統(tǒng)的規(guī)劃采用2N配置的UPS方案，即把兩個(gè)獨(dú)立的 UPS主機(jī)通過切換裝置連接在一起，當(dāng)市電和柴發(fā)均無法供電時(shí)，UPS自動(dòng)為數(shù)據(jù)中心接續(xù)電力。
4安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
4.1精密配電管理解決方案
4.1.1交流系統(tǒng)
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(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
4.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V 開關(guān)電源 SBD-30 （48V）
4.2產(chǎn)品規(guī)格
4.3配套附件
5 安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹
5.1 概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
5.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
5.3 產(chǎn)品介紹
說明：■為標(biāo)配功能。
6 結(jié)語
本文提出的大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)規(guī)劃方案在某企業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行了實(shí)施，目前已持續(xù)運(yùn)行一年，期間成功處理了多次外電斷電事故，使企業(yè)免遭損失。實(shí)際上，本文的規(guī)劃方案是立足于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的，隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些采用新風(fēng)自然冷卻技術(shù)的大型數(shù)據(jù)中心也開始得到應(yīng)用，本文的規(guī)劃方案對(duì)于此類新型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)規(guī)劃也有重要的參考價(jià)值。
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【4】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊.2020.06版.
作者簡介：
淮亞利，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心智能小母線監(jiān)控的研發(fā)及應(yīng)用。
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