濱州市政務云數據中心供配電系統設計分析

時間： 2025年5月5日星期一分類：科學技術論文次數：266

【摘要】大型數據中心在運行的過程中出現的主機停止運行故障，和電源系統應用本身之間存在密切的關聯。為了充分保證大型數據中心供電配電系統應用的安全、可靠、穩定，濱州市政務云數據中心嚴格參照相關規范，對大型數據中心配電系統進行詳細的規劃和安排。

　　【摘要】大型數據中心在運行的過程中出現的主機停止運行故障，和電源系統應用本身之間存在密切的關聯‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。為了充分保證大型數據中心供電配電系統應用的安全、可靠、穩定，濱州市政務云數據中心嚴格參照相關規范，對大型數據中心配電系統進行詳細的規劃和安排‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。文章在闡述濱州市政務云數據中心對供電配電系統要求和設計具體方法的基礎上，根據不同用電、供電需要，在供電電源、供電系統安排和供電配電系統結構形式等方面，采用相應的電力系統設計技術措施，達到節省電能的目的‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　【關鍵詞】大型數據中心;2N ;配電系統;供電系統

山西建筑

　　近幾年，在計算機技術、網絡技術的快速發展下，各個單位對信息的需求增加，云計算、大數據應運而生，由此加快了大型數據中心的建設。大型數據中心能夠批量管理和存儲數據信息資源，從而為黨政機關、企事業單位的發展提供全方位的信息服務，同時也在某種程度上為云計算和虛擬化技術的發展應用奠定了硬件基礎設施的支持。

　　大型數據中心擁有大量的IT 設備、空調設備和消防設備，可靠、安全的供配電系統是十分必要的，是數據中心基礎設施建設的核心部分，一旦電力不穩定，很容易對數據中心機房造成損害，引起網絡的傳輸業務問題，甚至數據的丟失，做好數據中心機房配電系統的設計與施工是數據中心建設的重中之重。其主要包括柴油發電機、高壓變配電、不間斷電源系統、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。

　　本文結合濱州市政務云數據中心的配電系統設計，對大型數據中心的供配電系統進行分析。

　　建筑論文投稿刊物：山西建筑創刊于1975年，由山西省住房和城鄉建設廳主管，山西省建筑科學研究院主辦，面向國內外公開發行，是山西省建設行業唯一的一份國家級刊物，山西省一級期刊。

　　一、工程概況

　　濱州市政務云數據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，電氣系統工程、暖通系統工程、弱電系統工程、消防工程五個子系統，其中政務云數據中心機房電氣系統工程，主要包括市政大樓高壓配電系統及數據中心機房高低壓配電系統兩部分。

　　二、本數據中心供配電系統設計的原則

　　本數據中心供配電系統的設計依照供配電相關規范和行業標準進行，并充分考慮大型數據中心用電負荷密度較大、供電要求可靠性強的問題，根據實際選擇適合的供配電技術措施。供電配電系統的設計需要遵循分區、分級的原則，在同一個功能區域內保證各個數據設備供電的穩定可靠，同時要將大型數據配電供電系統故障的局部影響控制在最小的范圍內。

　　三、本數據中心的供配電系統

　　1.1 高壓配電系統架構

　　在市政辦公樓西側和北側分別有一個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據中心高壓配電室，在變配電室設置兩臺1000kVA 變壓器，配置相應的電容補償和濾波等，并設置母聯開關。由變配電室引兩路封閉母線至機房UPS 配電間，為機房動力設備、IT 設備等提供電源。其中每一路市電都能承載所有用電設備的負荷，配電系統整體按照雙總線冗錯系統設計，關鍵負載(IT 設備、精密空調)的供電要求從前端到末端完全分開(包括線纜等)。空調系統需要雙路電源供電，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，市電總容量約為1000kVA。UPS 系統配置2 臺500kW UPS(A\B 路各一臺)，構成雙總線“2N”系統為機房負載提供雙路UPS 電源，以保證在其中一路電出現故障，另一路電繼續為數據中心提供配電。

　　為保證高壓供配電系統的安全性、可靠性，10kV 線路的斷路器采用真空斷路器，并在10kV 出線開關柜內安裝避雷器，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，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，并按設計規范要求進行配置。

　　1.2 低壓供配電系統架構

　　根據《數據中心設計規范》(GB50174-2017)要求，A 級數據中心應滿足冗余要求，可采用2N 或M(N+1) 冗余系統。常規A 級數據中心供配電系統主要有2N、DR、RR 三種架構。相比DR、RR 系統，2N 系統建設成本最高，但是三者從后期運維角度綜合比較，2N 系統架構相對簡單，容易實現物理隔離，能夠避免并聯環流產生損耗，且后期運維相對簡單。綜合考慮項目預算及管理能力，結合本工程供配電情況及建設需求，本數據中心配電系統按照A級機房的“雙總線”2N 冗余結構進行配置。

　　按照2N 系統設計架構，整個電氣系統分為兩套鏡像對稱系統。正常運行時，兩套系統之間都沒有直接的電氣聯系;當其中任何一套系統出現任何故障時都不會影響另一套系統的正常運行。IT 設備和空調動力設備供電，采用雙路電源引入，其供電電源由兩路市政電源經雙電源轉換開關切換后，再與后備電源經雙電源轉換開關切換，當一路電源故障時，另一路電源能完全承擔全部負載。

　　空調動力設備供電采用雙電源ATS 切換裝置，末端切換，在機房設置ATS 切換箱，ATS 切換箱交叉為機房精密空調供電。

　　1.3 不間斷電源系統

　　數據中心機房的供電必須由不間斷電源系統提供，不間斷電源系統是指由電池組、逆變器及其電路組成，能夠提供持續、穩定、不間斷供應電能的設備，是供配電系統的心臟。本次項目UPS 選用模塊化UPS，最大容量可擴容至500kVA，設計為2 套模塊化UPS 組成雙母線結構，每路母線UPS 功率≥500kW 并至少冗余1 個功率模塊。不間斷電源系統和數據中心動力設備的回路各自獨立，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

　　機房空調系統用電：設計為雙路市電電源供電保障，在機房及輔助區域設置照明配電箱，為市電照明、維修插座、舒適型空調等負荷供電。

　　機房動力配電部分設置消防聯動，當機房處于消防狀態時，由消防系統發出報警信號，自動切斷機房內的非UPS 系統電源，如新風系統、空調系統、市電維修插座系統、照明系統等。第一可關閉空調通風系統，以防止氣流流動而助長火勢，第二也可以防止因火災影響造成配電系統發生次生災害的可能。

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

　　機房內設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。

　　所有配電柜的開關容量根據機房滿載運行設計。主動力電纜及負載電纜采用阻燃交聯聚氯乙烯電纜。

　　整個配電系統滿足現有實際需要，同時要考慮到以后的擴容，進行預留。低壓配電柜(包括柜體、開關部件等)，配電柜內斷路器的設計數量有適度冗余量，滿足擴容和應急備用。

　　1.5 末端供電系統

　　機房末端供電設計采用列頭柜，由列頭柜提供雙路UPS 電源，后端供電為雙總線供電模式，為服務器、網絡等設備提供雙電源配電。

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

　　機房內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不同的不間斷電源輸出系統，設置獨立的控制開關，連接至機柜內的PDU。每個配電回路均能滿足服務器機柜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。

　　機房內各回路電纜通過機柜頂的槽道系統敷設到位，通過工業連接器與機柜內PDU 相連接。

　　四、結束語

　　不同用途或等級的數據中心對可靠性的要求不同，直接關系到數據中心的建設投資和運營成本。數據中心供配電系統是數據中心最重要的基礎設施，應在數據中心建設初期予以統籌考慮和全面規劃，并根據數據中心對供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統布置、供配電系統結構和形式等方面采取相應的技術措施。同時，還應充分運用成熟有效的節能措施，降低供配電系統的損耗。若數據中心存在不同等級的功能區域，在供配電系統設計中也應區別對待，以減少不必要的建設投資和運營成本‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

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

　　【參考文獻】

　　[1] 中國電子工程設計院.GB50174—2017 數據中心設計規范 [S].北京：中國計劃出版社.2017.

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　　[4] 高春榮，胡君，劉建立. 談數據中心機房配電系統設計與施工 [J]. 山西建筑，2012.

　　[5] 包昀毅. 數據中心供配電系統設計[J]. 現代建筑電氣,2010.

　　作者：孫昌亮姚志新呂風杰