A级数据中心供配电系统解析

A级数据中心供配电系统解析

聂菲菲

（中山市明阳电器有限公司广东省中山市528437）

摘要：供配电系统是数据中心的核心组成部分，是保障IT设备正常运行的基础条件，是机房规划、建设、运维的重点组成部分，具有专业性强、组成系统较多、较复杂的特点，在机房建设时应高度重视，确保满足规范要求，在运行过程中应加强配电系统的管理工作，重视日常监测和应急演练，确保能安全稳定运行。本文分析了A级数据中心供配电系统设计。

关键词：A级数据；供配电系统；设计；

数据中心供配电系统设计任务的目的就是保证提供一个抗干扰能力强、安全可靠、维护操作运行方便的完善的供配电系统。随着信息时代的到来，各类数据中心的建设进一步加快，对于数据中心供配电的要求也越来越高。

一、数据中心

在不同的场所、机构根据其性质、重要性以及网络中断后造成的损失和社会影响将数据中心分成三个等级，即A、B、C级，分别为容错型、冗余型、基本型。这三个等级根据不同的机房级别、分级依据，提出不同级别的配电要求。A级机房主要是系统一旦中断会造成重大的社会影响、严重的经济损失，导致公共场所秩序严重混乱等，一般为国家级信息服务机构，如信息中心、大城市机场、银行总行、电台电视台、应急指挥中心等。此类非常重要的信息中心达到的配电要求必须是不因配电设备故障、维护和检修等原因导致其电子信息系统中断，达到容错标准。标准为：高压两路主供电源互为备用电源，每路电源还应配备一套备用电源；在主机房配电方面必须采用专用的供电回路或专用电力变压器；信息设备采用专用的UPS双路供电，互为冗余；末端负载必须为双电源供电。B级机房主要是系统中断后会造成较大的损失，会使公共场所的秩序混乱等，一般为省部级信息服务机构或办公单位，如国际会议中心、高等院校、三级医院以及交通指挥中心等。此类信息中心的机房应达到的配电标准为不因配电设备故障而导致电子信息系统运行中断，达到冗余标准。标准为：高压两路主供配电互为备用，具备一套备用电源；在主机房配电方面，采用专用供电回路或专用电力变压器；信息设备供电必须为专用UPS双路供电，互为冗余；末端负载必须为双电源供电。C级机房主要适用的是除A、B级以外的地方，其配电原则是不用容错、冗余措施，在配电设备正常的情况下保证电子信息系统不中断。

二、A级数据中心供配电系统设计

1.数据中心机房的负荷等级。数据中心用电负荷的统计应分为UPS电源系统负荷统计和变配电系统负荷统计。UPS电源系统负荷是UPS电源系统设计的依据，变配电系统负荷是变配电系统和自备应急电源系统设计的依据。UPS电源系统负荷主要由通信机房、自动化机房设备的精密配电柜负荷以及值班中心设备、终端大屏等设备组成。由于这些设备进行数据的实时处理与传递，所以对电源的质量与可靠性的要求最高，采用UPS来保证供电的稳定性和可靠性。其中机房内的系统设备应视为一级负荷中特别重要的负荷。变配电系统负荷主要由机房照明、应急照明、精密空调系统、通信机房直流用电和末端风机等动力负荷以及其他建筑电气设备组成。其系统供电由市电直接供电。大型数据中心的变配电系统负荷应为一级负荷。

2.电源容量规划设计。一是IT设备的耗电需求估算，IT设备总功耗为所有机架功率消耗的总和。单机架功率小于等于3.2kW为中低功率密度机架，单机架功率介于3.2～7kW为高功率密度机架，单机架功率大于7kW为超高功率密度机架。对于数据中心建成后，所需安装的设备比较明确的情况，可以根据具体设备的功耗情况，进行IT设备总体功耗需求的测算，这也是较为准确的参考数据。二是空调能耗估算，制冷空调总功耗为IT设备功率及照明、人员活动等散热的总和。IT设备是数据中心的主要热源，而且IT设备的耗能几乎接近100%转换为热能。其它的环境热源、灯光照明、人的活动等也是热源，但是与IT设备相比占比很小，在粗略的估算中可忽略或按很小比例估算。

3.数据中心供配电系统布置。一是供配电系统布置原则，变配电所、UPS电源机房应靠近设备机房（负荷中心）布置。变配电所、发电机房、UPS电源机房均应留有足够的面积，可与设备机房同步发展，应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。应注意留有足够的、合理的供电线路通道。对于非专门设计用于数据中心的建筑，应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求，包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。二是变配电所布置，数据中心为单幢建筑时，宜采用附设式变配电所。附设式变配电所一般设置于地面一层及二层；当设置于地下层时，不宜设置在最底层。三是宜采用先进的智能配电单元，目前具有智能配电单元的配电列头柜已广泛的应用。该智能配电列头柜直接安排在设备机柜一侧，配有参数测量仪，模块化的分配单元，可热插拔的断路器等。智能配电列头柜实时在线监控，对所负载的电流分布和功率分布进行全面的实时管理，采用参数测量仪，集数据采集和控制功能为一身，减少多种显示盘体、控制继电器、电流采集器等设备的接入，对每相及中性线上的电流、电压、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率、失真度进行实时测量并进行计量，提供能耗管理基础数据。模块化的配电单元方便对系统的扩容，在前期投资时按需进行配置，在需要扩容时增加扩容模块，有效的提高投资回报率。采用可热插拔的断路器可在系统运维中进行灵活的配置调整，有效的解决三相不平衡、局部位置能耗需求变化等系统运维中不可避免微调需求。四是模块化UPS的应用。模块化UPS从设计和工作的原理方面来讲的话，其本身就是一台UPS，目前在配置UPS设备时，大都按数据设备远期负荷考虑配置，造成初期建设投资偏高，系统建成投产后，设备利用率又偏低。与传统UPS相比，能够提高系统的可靠性各可用性，其中单一模块出现故障并不其它模块的正常工作，可热插拔的特性能够大大的缩短系统的故障恢复时间。具有较高的可扩展性，能够很好的运用用户投资，确保投资收益。在建设成本上，具有便于安装运输、便于售后维护、高效节能、冗余性好等诸多优势，系统本身热损耗更代，节电率更高。模块化UPS产品主要适用于容量较小的机房、建设初期对远期负荷规模无法预测的机房、技术维护力量较弱及厂家支撑力度不足的地区。

4.新型配电方案。数据中心智能母线槽配电在欧美地区是非常流行且成熟的一套方案，如Google、Facebook、Microsoft等科技企业在数据中心的建设过程中都倾向采用此方案。目前，数据中心智能母线槽配电方案又细分为两种类型：轨道滑触式母线槽配电方案和固定式母线槽配电方案。两者最大区别在于轨道式母线槽内置滑触导轨，其插接箱可以直接在母线上滑动，以灵活适应机柜的位置摆放需求。固定式母线槽配电方案，母线槽直身段标准化设计密集插接口，基本能满足高密度多变化的机柜摆放需求。因此，这两种方案在配电形式上孰优孰劣也见仁见智，技术上更细的一些差异在这就不再赘述。

A级数据中心的配电系统不仅要设计合理、符合国家相关规定，还要具有较高的可靠性、智能化、稳定性以及高技术性等。设计人员在规划项目场所时要运用先进设备、稳妥的安全理念，采用一级负荷进行再次分级，一旦出现故障、检修等情况时，可以确保A级数据中心不受影响可以正常运行。

参考文献：

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