【摘要】大型數(shù)據(jù)中心在運行的過程中出現(xiàn)的主機停止運行故障，和電源系統(tǒng)應(yīng)用本身之間存在密切的關(guān)聯(lián)​‍‌‍​‍‌‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌​‍​‍​‍‌‍​‍​‍​‍‌‍‌‍‌‍‌‍​‍‌‍​‍​​‍​‍​‍​‍​‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍‌‍‌‍‌‍​。為了充分保證大型數(shù)據(jù)中心供電配電系統(tǒng)應(yīng)用的安全、可靠、穩(wěn)定，濱州市政務(wù)云數(shù)據(jù)中心嚴格參照相關(guān)規(guī)范，對大型數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)進行詳細的規(guī)劃和安排​‍‌‍​‍‌‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌​‍​‍​‍‌‍​‍​‍​‍‌‍‌‍‌‍‌‍​‍‌‍​‍​​‍​‍​‍​‍​‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍‌‍‌‍‌‍​。文章在闡述濱州市政務(wù)云數(shù)據(jù)中心對供電配電系統(tǒng)要求和設(shè)計具體方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用電、供電需要，在供電電源、供電系統(tǒng)安排和供電配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式等方面，采用相應(yīng)的電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)措施，達到節(jié)省電能的目的​‍‌‍​‍‌‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌​‍​‍​‍‌‍​‍​‍​‍‌‍‌‍‌‍‌‍​‍‌‍​‍​​‍​‍​‍​‍​‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍‌‍‌‍‌‍​。

　　【關(guān)鍵詞】大型數(shù)據(jù)中心;2N ;配電系統(tǒng);供電系統(tǒng)

　　近幾年，在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展下，各個單位對信息的需求增加，云計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)運而生，由此加快了大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。大型數(shù)據(jù)中心能夠批量管理和存儲數(shù)據(jù)信息資源，從而為黨政機關(guān)、企事業(yè)單位的發(fā)展提供全方位的信息服務(wù)，同時也在某種程度上為云計算和虛擬化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用奠定了硬件基礎(chǔ)設(shè)施的支持。

　　大型數(shù)據(jù)中心擁有大量的IT 設(shè)備、空調(diào)設(shè)備和消防設(shè)備，可靠、安全的供配電系統(tǒng)是十分必要的，是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心部分，一旦電力不穩(wěn)定，很容易對數(shù)據(jù)中心機房造成損害，引起網(wǎng)絡(luò)的傳輸業(yè)務(wù)問題，甚至數(shù)據(jù)的丟失，做好數(shù)據(jù)中心機房配電系統(tǒng)的設(shè)計與施工是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重中之重。其主要包括柴油發(fā)電機、高壓變配電、不間斷電源系統(tǒng)、UPS 輸入/ 輸出柜、精密配電柜、輸入低壓配電、防雷、電氣照明以及末端配電等子系統(tǒng)。

　　本文結(jié)合濱州市政務(wù)云數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)設(shè)計，對大型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)進行分析。

　　建筑論文投稿刊物：山西建筑創(chuàng)刊于1975年，由山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳主管，山西省建筑科學(xué)研究院主辦，面向國內(nèi)外公開發(fā)行，是山西省建設(shè)行業(yè)唯一的一份國家級刊物，山西省一級期刊。

　　一、工程概況

　　濱州市政務(wù)云數(shù)據(jù)中心位于濱州市市政辦公樓附屬樓，總面積約3000 平方米，主要包括機房建筑裝飾裝修系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)工程、暖通系統(tǒng)工程、弱電系統(tǒng)工程、消防工程五個子系統(tǒng)，其中政務(wù)云數(shù)據(jù)中心機房電氣系統(tǒng)工程，主要包括市政大樓高壓配電系統(tǒng)及數(shù)據(jù)中心機房高低壓配電系統(tǒng)兩部分。

　　二、本數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計的原則

　　本數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計依照供配電相關(guān)規(guī)范和行業(yè)標準進行，并充分考慮大型數(shù)據(jù)中心用電負荷密度較大、供電要求可靠性強的問題，根據(jù)實際選擇適合的供配電技術(shù)措施。供電配電系統(tǒng)的設(shè)計需要遵循分區(qū)、分級的原則，在同一個功能區(qū)域內(nèi)保證各個數(shù)據(jù)設(shè)備供電的穩(wěn)定可靠，同時要將大型數(shù)據(jù)配電供電系統(tǒng)故障的局部影響控制在最小的范圍內(nèi)。

　　三、本數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)

　　1.1 高壓配電系統(tǒng)架構(gòu)

　　在市政辦公樓西側(cè)和北側(cè)分別有一個110 kV 變電站，本項目考慮兩路中壓進線，從兩個變電站分別引兩路中壓電到數(shù)據(jù)中心高壓配電室，在變配電室設(shè)置兩臺1000kVA 變壓器，配置相應(yīng)的電容補償和濾波等，并設(shè)置母聯(lián)開關(guān)。由變配電室引兩路封閉母線至機房UPS 配電間，為機房動力設(shè)備、IT 設(shè)備等提供電源。其中每一路市電都能承載所有用電設(shè)備的負荷，配電系統(tǒng)整體按照雙總線冗錯系統(tǒng)設(shè)計，關(guān)鍵負載(IT 設(shè)備、精密空調(diào))的供電要求從前端到末端完全分開(包括線纜等)。空調(diào)系統(tǒng)需要雙路電源供電，末端切換(不少于兩個ATS 切換)。

　　變配電室為機房提供雙路市電，市電總?cè)萘考s為1000kVA。UPS 系統(tǒng)配置2 臺500kW UPS(A\B 路各一臺)，構(gòu)成雙總線“2N”系統(tǒng)為機房負載提供雙路UPS 電源，以保證在其中一路電出現(xiàn)故障，另一路電繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心提供配電。

　　為保證高壓供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性，10kV 線路的斷路器采用真空斷路器，并在10kV 出線開關(guān)柜內(nèi)安裝避雷器，為真空斷路器的操作提供過電壓保護。真空斷路器采用彈簧儲能操作機構(gòu)，并用直流鉛酸免維護電池作為操作繼電保護及信號的電源。高壓開關(guān)柜繼電保護、短路保護、過電流保護、溫度保護和接地保護等均使用微機綜合保護裝置，并按設(shè)計規(guī)范要求進行配置。

　　1.2 低壓供配電系統(tǒng)架構(gòu)

　　根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》(GB50174-2017)要求，A 級數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足冗余要求，可采用2N 或M(N+1) 冗余系統(tǒng)。常規(guī)A 級數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要有2N、DR、RR 三種架構(gòu)。相比DR、RR 系統(tǒng)，2N 系統(tǒng)建設(shè)成本最高，但是三者從后期運維角度綜合比較，2N 系統(tǒng)架構(gòu)相對簡單，容易實現(xiàn)物理隔離，能夠避免并聯(lián)環(huán)流產(chǎn)生損耗，且后期運維相對簡單。綜合考慮項目預(yù)算及管理能力，結(jié)合本工程供配電情況及建設(shè)需求，本數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)按照A級機房的“雙總線”2N 冗余結(jié)構(gòu)進行配置。

　　按照2N 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，整個電氣系統(tǒng)分為兩套鏡像對稱系統(tǒng)。正常運行時，兩套系統(tǒng)之間都沒有直接的電氣聯(lián)系;當其中任何一套系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障時都不會影響另一套系統(tǒng)的正常運行。IT 設(shè)備和空調(diào)動力設(shè)備供電，采用雙路電源引入，其供電電源由兩路市政電源經(jīng)雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)切換后，再與后備電源經(jīng)雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，當一路電源故障時，另一路電源能完全承擔全部負載。

　　空調(diào)動力設(shè)備供電采用雙電源ATS 切換裝置，末端切換，在機房設(shè)置ATS 切換箱，ATS 切換箱交叉為機房精密空調(diào)供電。

　　1.3 不間斷電源系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)中心機房的供電必須由不間斷電源系統(tǒng)提供，不間斷電源系統(tǒng)是指由電池組、逆變器及其電路組成，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷供應(yīng)電能的設(shè)備，是供配電系統(tǒng)的心臟。本次項目UPS 選用模塊化UPS，最大容量可擴容至500kVA，設(shè)計為2 套模塊化UPS 組成雙母線結(jié)構(gòu)，每路母線UPS 功率≥500kW 并至少冗余1 個功率模塊。不間斷電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心動力設(shè)備的回路各自獨立，并有手動和自動旁路裝置，兩臺單機雙總線運行，為機房IT 設(shè)備提供雙路電源供電，后備時間15min。

　　1.4 機房照明動力電源系統(tǒng)

　　機房空調(diào)系統(tǒng)用電：設(shè)計為雙路市電電源供電保障，在機房及輔助區(qū)域設(shè)置照明配電箱，為市電照明、維修插座、舒適型空調(diào)等負荷供電。

　　機房動力配電部分設(shè)置消防聯(lián)動，當機房處于消防狀態(tài)時，由消防系統(tǒng)發(fā)出報警信號，自動切斷機房內(nèi)的非UPS 系統(tǒng)電源，如新風系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、市電維修插座系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。第一可關(guān)閉空調(diào)通風系統(tǒng)，以防止氣流流動而助長火勢，第二也可以防止因火災(zāi)影響造成配電系統(tǒng)發(fā)生次生災(zāi)害的可能。

　　機房動力配電系統(tǒng)各主要設(shè)備(如機房精密空調(diào))設(shè)置獨立的空氣開關(guān)控制，不與其他設(shè)備交叉，保證供電的安全性。

　　機房內(nèi)設(shè)置照明配電箱和市電維修插座配電箱;市電維修插座各回路安裝漏電保護開關(guān)。

　　所有配電柜的開關(guān)容量根據(jù)機房滿載運行設(shè)計。主動力電纜及負載電纜采用阻燃交聯(lián)聚氯乙烯電纜。

　　整個配電系統(tǒng)滿足現(xiàn)有實際需要，同時要考慮到以后的擴容，進行預(yù)留。低壓配電柜(包括柜體、開關(guān)部件等)，配電柜內(nèi)斷路器的設(shè)計數(shù)量有適度冗余量，滿足擴容和應(yīng)急備用。

　　1.5 末端供電系統(tǒng)

　　機房末端供電設(shè)計采用列頭柜，由列頭柜提供雙路UPS 電源，后端供電為雙總線供電模式，為服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備提供雙電源配電。

　　機房內(nèi)的其他單電源設(shè)備以及輔助單電源設(shè)備采用雙電源引入+ 機架式STS 供電，滿足單電源設(shè)備的供電需求。

　　機房內(nèi)每臺計算機機柜配置2 個獨立的配電回路，采用雙路UPS 電源供電方式，分別引自配電列頭柜內(nèi)不同的不間斷電源輸出系統(tǒng)，設(shè)置獨立的控制開關(guān)，連接至機柜內(nèi)的PDU。每個配電回路均能滿足服務(wù)器機柜100% 的用電負荷，任何一路空開或線路的故障均不影響另一路電源的正常使用。

　　機房內(nèi)各回路電纜通過機柜頂?shù)牟鄣老到y(tǒng)敷設(shè)到位，通過工業(yè)連接器與機柜內(nèi)PDU 相連接。

　　四、結(jié)束語

　　不同用途或等級的數(shù)據(jù)中心對可靠性的要求不同，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資和運營成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和全面規(guī)劃，并根據(jù)數(shù)據(jù)中心對供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形式等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。同時，還應(yīng)充分運用成熟有效的節(jié)能措施，降低供配電系統(tǒng)的損耗。若數(shù)據(jù)中心存在不同等級的功能區(qū)域，在供配電系統(tǒng)設(shè)計中也應(yīng)區(qū)別對待，以減少不必要的建設(shè)投資和運營成本​‍‌‍​‍‌‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍​‍‌‍​‍‌​‍​‍​‍‌‍​‍​‍​‍‌‍‌‍‌‍‌‍​‍‌‍​‍​​‍​‍​‍​‍​‍​‍​‍‌‍​‍‌‍​‍‌‍‌‍‌‍​。

　　本數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)采用了兩套互為備份的配電系統(tǒng)進行物理分隔，雙路獨立路由為末端負載供電，設(shè)備采用冗余備份的配置方式，提高系統(tǒng)的可靠性。配電系統(tǒng)采用先進、智能化的管理系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可管理性，是數(shù)據(jù)中心機房中一種主流的供配電解決方案。

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　　作者：孫昌亮 姚志新 呂風杰