數(shù)據(jù)中心機房供電需求有哪些？供配電系統(tǒng)如何布置？(idc行業(yè)資訊)

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數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)是一個交叉的系統(tǒng)，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機等，每個系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們在布置時必須考慮多方面的因素，機房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動脈，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務(wù)正常運行，下面了解一下機房供電需求及系統(tǒng)的布置方案。

數(shù)據(jù)中心典型高壓供電架構(gòu)

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定：A級數(shù)據(jù)中心應(yīng)由雙重電源供電，并應(yīng)設(shè)置備用電源。備用電源宜采用獨立于正常電源的柴油發(fā)電機組，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專用饋電線路。當(dāng)正常電源發(fā)生故障時，備用電源應(yīng)能承擔(dān)數(shù)據(jù)中心正常運行所需要的用電負荷。

當(dāng)前，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心無論機房外部市電電壓等級為多少，機房內(nèi)部的高壓配電系統(tǒng)基本以2N架構(gòu)的10KV系統(tǒng)為主，且隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心容量規(guī)模也越來越大，大型數(shù)據(jù)中心基本配置高壓柴油發(fā)電機作為備用電源。其中典型架構(gòu)如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)典型架構(gòu)

在上述供配電系統(tǒng)架構(gòu)中，為避免日常狀態(tài)下備用電源啟用對電網(wǎng)的影響，通常對市電電源與備用柴油發(fā)電電源進行邏輯與機械互鎖的設(shè)計，形成“2N+1”的兩路市電主用電源與柴油發(fā)電機系統(tǒng)備用電源供電架構(gòu)，此架構(gòu)的穩(wěn)定性、可用性較高，在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)中廣泛使用。

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)需求分析

隨著數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，信息設(shè)備功能越來越強，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺，提高到3kVA/臺、4kVA/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高，數(shù)據(jù)中心用電負荷的統(tǒng)計應(yīng)分為兩個層次，即：UPS 供電系統(tǒng)負荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負荷。

市電供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：UPS 供電系統(tǒng)(輸入)、機房精密空調(diào)系統(tǒng)、機房照明及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸入)=供電負荷+充電負荷。機房精密空調(diào)系統(tǒng)負荷=N臺主用空調(diào)機組額定負荷容量×負荷率。

UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：計算機設(shè)備、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型機等，在負荷設(shè)備明確時，按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計，具體負荷設(shè)備不明確時，按設(shè)備機柜平均負荷統(tǒng)計。設(shè)備機柜數(shù)量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)的布置

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)主要設(shè)備有：UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大，對于這些設(shè)備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對外界的危害。 數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨立的配電間、變配電所，UPS 電源機房應(yīng)靠近設(shè)備機房(負荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設(shè)備之間的壓降和損耗盡可能的小。

UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數(shù)據(jù)中心等級的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設(shè)備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個承重比較好，并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應(yīng)在滿足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，盡可能靠近供電負載。發(fā)電機房宜設(shè)置在地面一層，當(dāng)發(fā)電機房設(shè)置于地下層時，應(yīng)特別注意進、出風(fēng)通道能否滿足要求，應(yīng)注意發(fā)電機組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。 變配電所、發(fā)電機房、UPS 電源機房均應(yīng)留有足夠的面積，可與設(shè)備機房同步發(fā)展，應(yīng)對設(shè)備機房面積擴展或設(shè)備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設(shè)計用于數(shù)據(jù)中心的建筑，應(yīng)注意其是否滿足設(shè)備安裝和線路敷設(shè)的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

柴油發(fā)電帶載測試出現(xiàn)的問題

數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機帶載測試時，存在重要業(yè)務(wù)機房的供電安全問題，這一直是運維人員頭頂懸著的“一把劍”。筆者認為，這是供配電架構(gòu)、市電與柴油發(fā)電機切換邏輯、不間斷電源蓄電池后備保障時長等因素決定的。

《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定，2N系統(tǒng)的兩路市電與柴油發(fā)電機為主備關(guān)系，一般市電與柴油發(fā)電機的邏輯關(guān)系為當(dāng)兩路市電都停電時，柴油發(fā)電機啟動對后端負載進行供電保障。因控制邏輯判斷、信號接收、斷路器分合閘動作等時延因素，在市電切換柴油發(fā)電機的過程中，存在幾十秒甚至數(shù)分鐘的時間差。在某數(shù)據(jù)中心實測，10KV高壓ATS切換系統(tǒng)市電停電切換至柴油發(fā)電機供電用時約19秒；市電來電恢復(fù)，柴油發(fā)電機切換至市電用時約16秒。在市電與柴油發(fā)電機相互切換的停電過程中，負載業(yè)務(wù)的供電由交流或直流不間斷電源的后備蓄電池進行保障。《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB50174—2017）規(guī)定，當(dāng)以柴油發(fā)電機為后備電源時，A級數(shù)據(jù)中心蓄電池最少備用時間為15分鐘。理論上不間斷電源蓄電池的后備保障時長，足以保障市電與柴油發(fā)電機的切換時間。

眾所周知，蓄電池是通過內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的方式進行充放電，其為一個極不穩(wěn)定的故障點。在筆者多年的電源維護工作經(jīng)歷中，曾遇到過上個月剛做完全蓄電池容量測試且數(shù)據(jù)顯示電池組放電性能良好，次月在柴油發(fā)電機帶載應(yīng)急演練市電、柴油發(fā)電機切換過程中，部分電池組中因個別單體電池故障，影響后端業(yè)務(wù)供電正常的情況。個人認為此種情況并非個例，特別是在蓄電池組接近報廢年限的不間斷供電系統(tǒng)中，問題尤為突出。因此，數(shù)據(jù)中心機房柴油發(fā)電機帶負載運行給運維人員帶來的壓力可想而知。

通常的解決方案

為避免上述情況的發(fā)生，目前國內(nèi)通常的做法是在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期，配置一套假負載裝置，以供后期運維油機帶載測試。此方法對小型數(shù)據(jù)中心而言比較適用，但大中型數(shù)據(jù)中心容量較大，一般都配置10多臺甚至數(shù)十臺高功率柴油發(fā)電機進行并機，以滿足后端負載供電；而假負載裝置的容量一般僅能滿足單臺油機滿負載帶載測試，無法滿足柴油發(fā)電機整個并機系統(tǒng)的滿負載測試，因而達不到測試要求。此外，與真實負載存在變化與波動相比，假負載的電能性質(zhì)及負載容量比較穩(wěn)定，因此，假負載帶載測試無法真實測試數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電系統(tǒng)是否滿足供電要求。

總結(jié)：

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)中心中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。

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