*數(shù)據(jù)機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要: 數(shù)據(jù)中心的設(shè)備屬計(jì)算機(jī)系列設(shè)備，IT設(shè)備的工作時(shí)間基本上是連續(xù)的，為確保數(shù)據(jù)中心的設(shè)備可靠運(yùn)行，必須建立良好的供配電系統(tǒng)，對(duì)于*數(shù)據(jù)機(jī)房尤為重要。結(jié)合西南某大樓數(shù)據(jù)機(jī)房項(xiàng)目，探討了*數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可為類似數(shù)據(jù)機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考

關(guān)鍵詞: 數(shù)據(jù)機(jī)房; A 級(jí)機(jī)房; 供配電系統(tǒng); 諧波

0 引 言

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量不斷擴(kuò)大，對(duì)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，以確保電子信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，因此要充分做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、節(jié)能環(huán)保。本文結(jié)合某大樓實(shí)際工程項(xiàng)目，討論數(shù)據(jù)機(jī)房供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在可靠運(yùn)行的情況下更加經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。

對(duì)于*數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)非常重要，是維持?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行的關(guān)鍵。GB 50174—2017《數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求 *數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)由雙重電源供電，并且需要設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組和不間斷電源(UPS) 系統(tǒng)，且柴油發(fā)電機(jī)燃料存儲(chǔ)量宜滿足12h用量。

1 項(xiàng)目概況

西南某大樓總建筑面積為118162.99 m2， 其中數(shù)據(jù)中心總建筑面積約為 5000 m2，包括1F數(shù)據(jù)機(jī)房發(fā)電機(jī)房、7F數(shù)據(jù)機(jī)房變電所、8F和9F數(shù)據(jù)機(jī)房。功能區(qū)域包括主機(jī)房( 業(yè)務(wù)網(wǎng)機(jī)房、涉密機(jī)房區(qū)、中心監(jiān)控區(qū)) 、管理區(qū)( 運(yùn)行維護(hù)區(qū)、開發(fā)測(cè)試中心、倉(cāng)庫(kù)、備件室) 和輔助用房( 機(jī)房專用空調(diào)、電力保障室、消防系統(tǒng)、培訓(xùn)室、值班監(jiān)控室、呼叫中心機(jī)房).如果該數(shù)據(jù)機(jī)房的電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷，將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)規(guī)范 GB 50174—2017《數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定該數(shù)據(jù)機(jī)房為 *數(shù)據(jù)機(jī)房。

2供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 供電電源

該數(shù)據(jù)機(jī)房按*機(jī)房設(shè)計(jì)，電子信息設(shè)備、空調(diào)、照明等負(fù)荷均為用電負(fù)荷。采用城市10kV雙重電源供電，另設(shè)置2臺(tái)自備柴油發(fā)電機(jī)組和UPS作為備用電源。該工程變電所有功計(jì)算負(fù)荷為950kW，計(jì)算容量為1000kVA，設(shè)2臺(tái)1250kVA 的干式變壓器，變壓器負(fù)載率不超過(guò)50% 。設(shè)置2臺(tái)常用功率為1000kW( 1250kVA) 自備數(shù)據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組作為數(shù)據(jù)機(jī)房備用電源，變電所為數(shù)據(jù)機(jī)房專用變電所，設(shè)在7F，發(fā)電機(jī)房設(shè)在 1F。低壓配電系統(tǒng)的接地形式采用TN-S系統(tǒng)。

2.2 供配電系統(tǒng)構(gòu)成

10kV高壓電源由 2個(gè)變電站引來(lái)，高壓和低壓不聯(lián)絡(luò)，由柴油發(fā)電機(jī)引來(lái)一路電源作第三電源，主備用電源和發(fā)電機(jī)電源在變壓器出線處切換，切換后對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房用電設(shè)備供電。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)示意圖如圖1所示

數(shù)據(jù)機(jī)房共設(shè)4套500kVA UPS 系統(tǒng)，每2套500kVA UPS組成2N雙母線系統(tǒng)，雙回路雙柜輸出為機(jī)房?jī)?nèi)所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備( 服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等) 供電，UPS 系統(tǒng)的后備電池備用時(shí)間為15min。機(jī)房的服務(wù)器與存儲(chǔ)機(jī)柜單機(jī)柜平均負(fù)荷按3 kW 考慮，負(fù)荷不超過(guò)5kW。

2.3 供配電系統(tǒng)特點(diǎn)

(1) 電源采用10 kV雙重電源; 變壓器滿足容錯(cuò)要求，采用2N系統(tǒng)，2臺(tái)變壓器每臺(tái)負(fù)載率不超過(guò)50% ; 另外設(shè)2臺(tái)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)作為第三電源，主備用電源和發(fā)電機(jī)電源在變壓器出線處切換; 2路10 kV高壓系統(tǒng)中間不聯(lián)絡(luò)，低壓配電系統(tǒng)中間不聯(lián)絡(luò); 4套500 kVA UPS 系統(tǒng)，每2套UPS組成2N雙母線系統(tǒng)。

(2) 目前的IT設(shè)備均為自帶雙電源切換的設(shè)備，對(duì)于這種10kV高壓、變壓器、發(fā)電機(jī)、UPS*100%備用的系統(tǒng)，UPS采用單電源進(jìn)線，UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) 進(jìn)線分別引自2臺(tái)變壓器，末端IT設(shè)備的2路電源分別引自 UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) ，實(shí)現(xiàn) IT 設(shè)備末端切換，而在UPS處不采用雙電源進(jìn)線的方式。電源*備用，在IT設(shè)備之前的雙重電源盡可能獨(dú)立，不發(fā)生聯(lián)系，以保證末端切換前電源的獨(dú)立性，使得系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、可靠。

(3) 空調(diào)制冷系統(tǒng)和供電系統(tǒng)非常重要，是維持生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵。如果為制冷系統(tǒng)供電的電源出現(xiàn)故障，機(jī)房環(huán)境溫度會(huì)加速上升?？照{(diào)系統(tǒng)和機(jī)房照明采用雙電源供電，末端切換，干線采用放射式配電系統(tǒng)，當(dāng)兩路電源都失電時(shí)由發(fā)電機(jī)供電。

3 變配電系統(tǒng)的諧波問(wèn)題

UPS 采用絕緣柵門極晶體管( IGBT) 高頻整流器，故UPS本身配置諧波設(shè)備。正常情況下，UPS 在30%負(fù)荷率時(shí)電流總諧波畸變率 ＜8%，在100%負(fù)荷率時(shí)電流總諧波畸變率 ＜5%。逆變器采用 IGBT元件，輸出電壓波形為連續(xù)的正弦波，在負(fù)荷率100%時(shí)線性負(fù)荷的電壓總諧波畸變率≤3%，非線性負(fù)荷的電壓總諧波畸變率≤5%，可以不設(shè)置有源電力濾波裝置。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)性，該工程未設(shè)置有源電力濾波裝置，依靠 UPS 自

身配置的諧波設(shè)備諧波。

4 變配電系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)防烈度 6°及以上地區(qū)的建筑機(jī)電工程設(shè)施必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。變配電室的抗震設(shè)計(jì)主要注意事項(xiàng)如下:

(1)變壓器、發(fā)電機(jī)組安裝就位后應(yīng)焊接牢固，內(nèi)部線圈應(yīng)固定在電壓器、發(fā)電機(jī)外殼內(nèi)的支承結(jié)構(gòu)上; 變壓器、發(fā)電機(jī)的支承面宜適當(dāng)加寬，并設(shè)置防止移動(dòng)和傾倒的限位器。

(2)變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、配電柜等機(jī)電設(shè)備的抗震經(jīng)公司根據(jù) GB 50981—2014《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］深化設(shè)計(jì)，并經(jīng)建筑設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后才實(shí)施。

(3)配電箱( 柜) 、通信設(shè)備的安裝螺栓或焊接強(qiáng)度應(yīng)滿足抗震要求; 靠墻安裝的配電柜、通信設(shè)備機(jī)柜底部安裝應(yīng)牢固，當(dāng)?shù)撞堪惭b螺栓或焊接強(qiáng)度不夠時(shí)應(yīng)將頂部與墻壁進(jìn)行連接。當(dāng)配電柜、通信設(shè)備柜等非靠墻落地安裝時(shí)，根部應(yīng)采用金屬膨脹螺栓或焊接的固定方式; 壁式安裝的配電箱與隔墻之間應(yīng)采用金屬膨脹螺栓連接。

5安科瑞列頭柜及監(jiān)測(cè)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(wèn)題也越來(lái)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)備能耗的方式。

AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(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的電參量信息，并可通過(guò)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)控和管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。

5.1配電管理解決方案

5.1.1交流系統(tǒng)

1）功能要求：

遙測(cè)：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(guò)壓/欠壓，缺相,過(guò)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

5.1.2直流系統(tǒng)

1) 功能要求

遙測(cè)：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

遙信：輸入分路的過(guò)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）

5.2產(chǎn)品規(guī)格

說(shuō)明：■為標(biāo)配功能。

5.3配套附件

6 安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹

6.1 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(lái)，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(cè)模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。

6.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

1）交流系統(tǒng)功能：

遙測(cè)：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)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(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)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(cè)：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(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；

6.3 產(chǎn)品介紹

說(shuō)明：■為標(biāo)配功能。

7 結(jié) 語(yǔ)

某大樓工程的*數(shù)據(jù)中心機(jī)房沒(méi)有*按照GB50174—2017《數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)范要求 UPS 進(jìn)線系統(tǒng)應(yīng)采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即要求UPS采用雙回路自動(dòng)切換的供電系統(tǒng)。筆者根據(jù)實(shí)際情況，且與業(yè)主和廠家進(jìn)行溝通后認(rèn)為，對(duì)于自帶雙電源切換的的末端用電設(shè)備，且電源*100%備用的情況下，UPS處可以不采用雙電源進(jìn)線的方式，在IT設(shè)備之前的雙重電源盡可能獨(dú)立，以保證末端切換前電源的獨(dú)立性，使得系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、可靠。

參考文獻(xiàn)：

【1】 數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50174-2017[S].

【2】 寧永生.*數(shù)據(jù)機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì).

【3】 安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.

【4】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.