本文部分內(nèi)容引用微信公眾號(hào)：數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理，《淺談數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》198.2138.0729

摘要：現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)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(jī)等，每個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，擴(kuò)容容易，維護(hù)簡(jiǎn)便，容錯(cuò)力強(qiáng)，*重要的是性價(jià)比高。數(shù)據(jù)中心機(jī)房是現(xiàn)代信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程，為各個(gè)業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境，而機(jī)房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動(dòng)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(yùn)行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)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(jī)等，各個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)中心有專門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)標(biāo)TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，是2005年4月由美國(guó)電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)、TIA技術(shù)工程委員會(huì)(TR42)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)批準(zhǔn)的。國(guó)內(nèi)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也是綜合國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展情況做出的，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》也于2008年l1月12日發(fā)布，2009年6月1日開(kāi)始實(shí)施。

設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)中心首先需要根據(jù)用戶重要性和業(yè)主對(duì)數(shù)據(jù)中心可靠性、安全性等的具體需求，確定機(jī)房等級(jí)．再按照相應(yīng)等級(jí)確定適合的供配電系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心首先需要滿足國(guó)內(nèi)規(guī)范的要求。GB 50174—2008中關(guān)于數(shù)據(jù)中心的分級(jí)規(guī)定如下：電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)劃分為A、B、C三級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的重要性質(zhì)確定所屬級(jí)別。

設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)執(zhí)行或參照?qǐng)?zhí)行國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并可參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)合考慮數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。同時(shí)，應(yīng)滿足項(xiàng)目建設(shè)單位的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循分區(qū)、分級(jí)的原則，同一功能區(qū)域內(nèi)的各類設(shè)備的供電可靠性，應(yīng)能保證所有設(shè)備能夠按照該區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的要求運(yùn)行，并將供配電系統(tǒng)局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。

數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷密度高、總量大，其供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分運(yùn)用成熟有效的節(jié)能措施，降低供配電系統(tǒng)的損耗。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)需求分析

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會(huì)各界對(duì)信息系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，由此對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求日益增加，對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，信息設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)，功率密度越來(lái)越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜用電負(fù)荷由以前的2kVA/臺(tái)，提高到3kVA/臺(tái)、4kVA/臺(tái)，甚至更高。機(jī)房單位面積的平均用電負(fù)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(fù)荷的統(tǒng)計(jì)應(yīng)分為兩個(gè)層次，即：UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負(fù)荷。市電供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)房照明及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸入)＝供電負(fù)荷+充電負(fù)荷。機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷＝N臺(tái)主用空調(diào)機(jī)組額定負(fù)荷容量×負(fù)荷率。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型機(jī)等，在負(fù)荷設(shè)備明確時(shí)，按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，具體負(fù)荷設(shè)備不明確時(shí)，按設(shè)備機(jī)柜平均負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。設(shè)備機(jī)柜數(shù)量也不明確時(shí)，可按機(jī)房面積平均負(fù)荷估計(jì)。

在發(fā)熱量較大的情況下，如果柴油發(fā)電機(jī)未能及時(shí)啟動(dòng)而導(dǎo)致精密空調(diào)失電停止工作超過(guò)3分鐘，機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器溫度將會(huì)急劇升高而宕機(jī)，因此在可靠性要求比較高的情況下精密空調(diào)也可由UPS提供不間斷電源，在柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)前利用剩余冷凍水繼續(xù)保持機(jī)柜氣流循環(huán)散熱，直到發(fā)電機(jī)全部啟動(dòng)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 供配電系統(tǒng)的布置

數(shù)據(jù)中心機(jī)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(jī)等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大，對(duì)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(duì)外界的危害。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨(dú)立的配電間、變配電所，UPS 電源機(jī)房應(yīng)靠近設(shè)備機(jī)房(負(fù)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(jī)、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數(shù)據(jù)中心等級(jí)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(gè)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(fù)載。發(fā)電機(jī)房宜設(shè)置在地面一層，當(dāng)發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下層時(shí)，應(yīng)特別注意進(jìn)、出風(fēng)通道能否滿足要求，應(yīng)注意發(fā)電機(jī)組儲(chǔ)油裝置（日用油箱、儲(chǔ)油罐）的消防要求。

變配電所、發(fā)電機(jī)房、UPS電源機(jī)房均應(yīng)留有足夠的面積，可與設(shè)備機(jī)房同步發(fā)展，應(yīng)對(duì)設(shè)備機(jī)房面積擴(kuò)展或設(shè)備機(jī)房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設(shè)計(jì)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(jí)、耐火等級(jí)等方面。

下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖，采用雙路110kV進(jìn)線，配置10kV柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源，UPS采用冗余供電方式，末端精密配電柜和精密空調(diào)均采用UPS供電，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定性，見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)據(jù)中心典型供配電系統(tǒng)示意圖

5.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.2.1 市電動(dòng)力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高數(shù)據(jù)中心供電可靠性，減少電網(wǎng)故障的干擾，大型數(shù)據(jù)中心一般采用110kV甚至更高電壓等級(jí)市電電源，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姉l件確定。市電動(dòng)力配電主要用于供給機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風(fēng)、維修插座、一般動(dòng)力、UPS設(shè)備等。市電動(dòng)力配電一般由大樓總配電柜饋出的動(dòng)力供配電系統(tǒng)，采用50Hz交電，380/220V三相五線電源，TN-S接地方式，零線和地線分開(kāi)設(shè)置且零地線之間電壓小于1V。

一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心宜引入兩路市電電源，條件受限制時(shí)也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時(shí)，宜為冗余關(guān)系，也可作為供電容量擴(kuò)展關(guān)系。

每一路市電電源的供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機(jī)房精密空調(diào)、機(jī)房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級(jí)負(fù)荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗余，正常時(shí)應(yīng)同時(shí)供電運(yùn)行，兩路電源在負(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換。

圖2 110kV變電站或10kV開(kāi)閉所保護(hù)測(cè)控裝置配置示意圖

市電動(dòng)力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設(shè)備或電箱，機(jī)房?jī)?nèi)所有動(dòng)力配電線纜需要設(shè)計(jì)橋架或鋼管敷設(shè)，市電動(dòng)力配電柜具有火警聯(lián)動(dòng)保護(hù)功能，出現(xiàn)火警時(shí)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)及時(shí)切斷電源，動(dòng)力配電柜、照明箱內(nèi)的開(kāi)關(guān)和主要元器件應(yīng)設(shè)置有效的防雷措施。

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

線路保護(hù)裝置

AM6-LD

線路光纖縱差保護(hù)裝置

線路兩側(cè)(如需)

AM6-K

遙測(cè)、遙信、遙控

本側(cè)

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置

APView500

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、諧波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動(dòng)源。

本側(cè)

差動(dòng)保護(hù)裝置

AM6-D2

主變兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)

主變壓器保護(hù)測(cè)控屏

高、低壓側(cè)后備保護(hù)

AM6-TB

三段相間過(guò)流，兩段零序過(guò)流，兩段間隙過(guò)流保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖、兩段零序過(guò)壓保護(hù)，斷路器控制

非電量保護(hù)

AM6-FD

重瓦斯、輕瓦斯、超溫、過(guò)溫、壓力釋放保護(hù)和告警

測(cè)控裝置

AM6-K

遙測(cè)、遙信、遙控

檔位變送器

/

監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)主變檔位

溫度變送器

ARTM-8L

監(jiān)測(cè)主變繞組和油溫

線路保護(hù)

AM6-L

35（10）kV回路的電流電壓保護(hù)、非電量保護(hù)、測(cè)量和自動(dòng)控制功能。

10kV線路保護(hù)和測(cè)控

智能儀表

APM520

具有全電量測(cè)量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計(jì)、分時(shí)電能統(tǒng)計(jì)，開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。

母線弧光保護(hù)

ARB6

適用于開(kāi)關(guān)柜弧光信號(hào)和電流信號(hào)的采集，并控制進(jìn)線、母聯(lián)或母線上所有開(kāi)關(guān)柜分閘

10kV母線保護(hù)

智能操控裝置

ASD500系列

35kV、10kV開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)的綜合測(cè)控以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測(cè)量與控制。

35kV、10kV開(kāi)關(guān)柜操作控制以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測(cè)量與控制。

無(wú)線測(cè)溫傳感器

ATE400

監(jiān)測(cè)35kV及以下電壓等級(jí)配電系統(tǒng)母排、線纜連接點(diǎn)溫度和溫升預(yù)警。

10kV線路接點(diǎn)、母線測(cè)溫

表1 110/10kV變電站和10kV開(kāi)閉所、變電所保護(hù)測(cè)控裝置選型表

圖3 0.4kV配電柜測(cè)控裝置配置示意圖

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

動(dòng)態(tài)諧波無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)

AnCos

同時(shí)具備諧波治理、無(wú)功功率線性補(bǔ)償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應(yīng)時(shí)間快，精度高、運(yùn)行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無(wú)功特性自動(dòng)調(diào)整輸出，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功率因數(shù)；

0.4kV電能質(zhì)量治理

有源濾波裝置

AnSin

補(bǔ)償0.4kV配電系統(tǒng)2~25次諧波，降低電壓電流諧波畸變率，保障電能質(zhì)量

多功能儀表

APM520

具有全電量測(cè)量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計(jì)、電能統(tǒng)計(jì)，開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。

主要用于進(jìn)線、母聯(lián)回路電氣監(jiān)測(cè)

多功能電能表

AEM96

三相電流、線電壓/三相相電壓、有功/無(wú)功功率、有功/無(wú)功電能、功率因數(shù)、頻率、諧波畸變率，RS485/Modbus-RTU接口。

饋線回路電氣監(jiān)測(cè)

剩余電流探測(cè)器

ARCM200BL

監(jiān)測(cè)饋線回路漏電電流、線纜溫度

非消防饋線回路

遙信遙控單元

ARTU-KJ8

8路狀態(tài)量采集，8路控制輸出，導(dǎo)軌式安裝，485通訊，可實(shí)現(xiàn)斷路器或接觸器的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)量采集。

狀態(tài)量采集和控制輸出

表2 0.4kV配電柜測(cè)控裝置選型表

5.2.2自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心一般采用柴油發(fā)電機(jī)組作為自備應(yīng)急電源，對(duì)于大型、高等級(jí)數(shù)據(jù)中心也可以選擇可靠性高、輸出電源品質(zhì)好、帶非線性負(fù)載能力強(qiáng)、體積小、重量輕的大功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。一般可靠性要求的數(shù)據(jù)中心宜配置一路自備應(yīng)急電源，供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機(jī)房空調(diào)、機(jī)房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級(jí)負(fù)荷。當(dāng)數(shù)據(jù)中心條件受限制，且市電電源具有較高可靠性時(shí)，也可以部分或全部采用移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組作為自備應(yīng)急電源。發(fā)電機(jī)組燃料儲(chǔ)備量應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心等級(jí)的要求，結(jié)合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定，一般不宜少于發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行8小時(shí)的用油量。

圖4 10kV柴油發(fā)電機(jī)室保護(hù)測(cè)控裝置配置示意圖

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

柴發(fā)保護(hù)裝置

AM5-M

柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置

10kV茶油發(fā)電機(jī)室

母線弧光保護(hù)

ARB6

適用于開(kāi)關(guān)柜弧光信號(hào)和電流信號(hào)的采集，并控制進(jìn)線、母聯(lián)或母線上所有開(kāi)關(guān)柜分閘

10kV母線保護(hù)

智能儀表

APM520

具有全電量測(cè)量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計(jì)、分時(shí)電能統(tǒng)計(jì)，開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。

柴油發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)

表3 10kV柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置選型表

5.2.3 UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

UPS配電主要用于計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器、小型機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備等。UPS 電源系統(tǒng)輸出一般采用三級(jí)配電方式：系統(tǒng)輸出配電柜－機(jī)房配電柜－機(jī)柜配電單元。

UPS電源系統(tǒng)蓄電池組容量的計(jì)算方法有以下兩種：

(1) 按負(fù)荷電流計(jì)算；

(2) 按負(fù)荷功率計(jì)算；

按負(fù)荷電流計(jì)算的結(jié)果是蓄電池組的總?cè)萘?，然后再選擇單組蓄電池的容量和組數(shù)。按負(fù)荷功率計(jì)算的結(jié)果是選定容量規(guī)格的蓄電池組數(shù)。兩種計(jì)算方法的結(jié)果可互相校驗(yàn)。

對(duì)于單電源輸入設(shè)備，即使已采用雙單元冗余UPS 電源系統(tǒng)，也宜將其連接在其中一個(gè)單元上。對(duì)于雙單元冗余UPS電源系統(tǒng)，可將其每個(gè)單元中的部分容量視為并聯(lián)冗余性質(zhì)。對(duì)于需要雙回路供電的單電源輸入設(shè)備，宜在其輸入端設(shè)置靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS 的性能應(yīng)能滿足其要求，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5～10ms。

當(dāng)負(fù)荷設(shè)備對(duì)零－地電壓要求較高時(shí)，可在機(jī)房配電柜設(shè)置隔離變壓器。有時(shí)候?yàn)楸ＷCUPS故障旁路后輸出高質(zhì)量電源，往往在UPS旁路輸出端設(shè)置隔離變壓器。

數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)一般采用冗余方式供電，很少采用單機(jī)供電。冗余方式供電能在一臺(tái)UPS設(shè)備故障時(shí)，仍然能夠滿足機(jī)房?jī)?nèi)重要設(shè)備的用電需求，這是單機(jī)供電所不能達(dá)到的。從冗余式配置方案來(lái)看，常用的有以下幾種方式：

熱備份式冗余UPS供電方式

主機(jī)帶負(fù)載，備機(jī)空載或帶非重要負(fù)載，備機(jī)接入主機(jī)的BYPASS(旁路)輸入端。這種方式布置比較靈活，不需要兩臺(tái)UPS同品牌，而且不要增加額外輔助電路，不增加購(gòu)置成本。如果UPS主機(jī)發(fā)生了故障，那么UPS備機(jī)需要接替全部負(fù)載，這也就意味著設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算好UPS主機(jī)故障時(shí)，UPS備機(jī)所需承擔(dān)的總負(fù)載。此方式的缺陷在于UPS備機(jī)得具有階躍性負(fù)載承載能力，無(wú)法對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，兩臺(tái)容量不同的UPS相聯(lián)，只能按*小的UPS容量輸出。

直接并機(jī)冗余UPS供電方式

為克服熱備份式冗余供電系統(tǒng)的弱點(diǎn)，隨著UPS控制技術(shù)的進(jìn)步，具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯(lián)而形成冗余供電系統(tǒng)，為保證高質(zhì)量的并機(jī)系統(tǒng)，各電源間需要保持同頻、同相、且各機(jī)均流。此供電方式瞬間過(guò)載能力強(qiáng)，能夠自動(dòng)均分功率，系統(tǒng)互為主備，提高供電可靠性，電源系統(tǒng)擴(kuò)容方便。但是存在著環(huán)流，增加無(wú)功損耗，降低系統(tǒng)可靠性，需增加額外輔助電路，隨之而來(lái)是增加成本，增加故障點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，如2臺(tái)互備，每臺(tái)按照50%帶載能力考慮，并聯(lián)的主機(jī)越多，單臺(tái)主機(jī)的帶載能力就越低。

雙總線冗余供電方式

雙總線供電方式是采用兩條總線對(duì)后端設(shè)備進(jìn)行供電，每條總線上具有相同的一套UPS供電方式，消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與*終用戶負(fù)載端之間的“單點(diǎn)瓶頸"故障隱患，以提高輸出電源供電系統(tǒng)的“容錯(cuò)"功能。此供電方式能夠在線維護(hù)，在線擴(kuò)容，在線升級(jí)，改善了重要總線的可用性，滿足了雙電源用電設(shè)備的需求，真正實(shí)現(xiàn)了7×24×365運(yùn)行的目標(biāo)。但是雙總線冗余供電方式相當(dāng)于搭建了兩套前述供電方式的回路，需要增加2倍以上的成本。同時(shí)，為滿足單電源設(shè)備的供電需求，可在輸出端安裝STS，來(lái)保證供電輸出的可靠性。

UPS供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電可靠性的核心部分，而蓄電池又是整個(gè)系統(tǒng)中*重要的組成之一，是整個(gè)供電系統(tǒng)的“*后一道屏障"。當(dāng)組串中的一只電池因過(guò)充、過(guò)放等原因造成電池性能下降，電池內(nèi)阻增大，會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)發(fā)熱、鼓包等現(xiàn)象，將造成供電系統(tǒng)安全性的整體下降，同時(shí)增加蓄電池充放電的損耗。

圖5 數(shù)據(jù)中心UPS和蓄電池監(jiān)測(cè)配置示意圖

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集器

ABAT100-HS

*大可監(jiān)測(cè)蓄電池?cái)?shù)為120節(jié)，組壓過(guò)充/放，單壓過(guò)充/放，電流過(guò)充/放，單體內(nèi)阻過(guò)高，通信異常等，帶過(guò)壓、短路保護(hù)，RS485/Modbus-RTU接口

蓄電池監(jiān)測(cè)模塊數(shù)據(jù)采集

電池監(jiān)測(cè)模塊

ABAT100-S

對(duì)每節(jié)后備電池的電壓、內(nèi)阻與電池負(fù)極溫度的在線監(jiān)測(cè)

蓄電池監(jiān)測(cè)模塊

電池組監(jiān)測(cè)模塊

ABAT100-C

監(jiān)測(cè)一組電池的充放電電流與環(huán)境溫度

蓄電池組監(jiān)測(cè)模塊

霍爾傳感器

AHKC-EKC

測(cè)量DC0~(500-1500)A電流，輸出±5V。

直流電流監(jiān)測(cè)

智能網(wǎng)關(guān)

ANet-2E4SM

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議

數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷

表4 數(shù)據(jù)中心蓄電池監(jiān)測(cè)選型表

5.3 末端配電系統(tǒng)

機(jī)房UPS、精密空調(diào)電源系統(tǒng)輸入應(yīng)設(shè)置專用的輸入配電柜。電源系統(tǒng)輸入配電柜應(yīng)引接兩路電源、自動(dòng)切換。UPS 電源主機(jī)的主電源和旁路電源應(yīng)分別引入，并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用三相配電，末端分相，以利三相平衡。

機(jī)房配電柜、UPS電源柜落地安裝，動(dòng)力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝，配電柜及其他電氣裝置的底座應(yīng)與建筑樓地面牢靠固定，并接地，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)分別設(shè)置維修和測(cè)試用插座，且有明顯區(qū)別標(biāo)志，測(cè)試用電源插座應(yīng)由UPS供電，維修插座由市電供電。所有線路的敷設(shè)是要以設(shè)備布局和設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)時(shí)考慮供電距離盡量短，機(jī)房?jī)?nèi)的電源線、信號(hào)線和通信線應(yīng)分別鋪設(shè)，不能共走同一線槽，UPS電源配電箱(柜)引出的配電線路，穿鍍鋅鋼管，沿機(jī)房活動(dòng)地板下敷設(shè)至各排網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器機(jī)柜，使用插座或工業(yè)連接器為機(jī)柜供電。

5.3.1 精密配電柜

精密配電柜是為數(shù)據(jù)中心的設(shè)備機(jī)柜提供電源的末端配電設(shè)備，一般采用雙回路供電，電源分別來(lái)自兩臺(tái)冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機(jī)柜陣列的兩端，也稱列頭柜，如圖6所示。

圖6 ANDPF精密配電柜

安科瑞精密配電監(jiān)控解決方案針對(duì)精密配電柜監(jiān)控?cái)?shù)字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機(jī)模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測(cè)兩路主進(jìn)線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)，可以在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報(bào)警。產(chǎn)品方案見(jiàn)表5。

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

交流方案

AC220V

AMC100-ZA

監(jiān)測(cè)A+B雙路三相交流進(jìn)線回路的全電量參數(shù)、8路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸入、4路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出、2路漏電監(jiān)測(cè)、1路溫濕度檢測(cè)、2-63次諧波測(cè)量、3路RS485通訊。

交流精密配電柜

2路進(jìn)線

AMC100-FAK30/48

監(jiān)測(cè) A+B 雙面交流出線共30/48分路的全電量參數(shù)和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、總電流諧波、1路 RS485 通訊。

交流精密配電柜

多路饋線

AKH-0.66-EMS

交流電流互感器，外形同微型斷路器，導(dǎo)軌安裝。

配套電流互感器

AKH-0.66W

用于63A及以下多回路配電系統(tǒng)，交流電流信號(hào)采集傳感器，導(dǎo)軌固定安裝。

配套電流互感器

直流方案

-48V

240V

336V

AMC100-ZD

監(jiān)測(cè)A+B雙路直流進(jìn)線回路的全電參量參數(shù)、8路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸入、4路開(kāi)關(guān)量狀態(tài)輸出、1路溫濕度檢測(cè)、3路 RS485 通訊。

直流精密配電柜

2路進(jìn)線

AMC100-FDK30/48

監(jiān)測(cè)A+B雙面直流出線共30/48分路的全電量參數(shù)和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、1 路RS485通訊。

直流精密配電柜

多路饋線

AMC100-KA30/48

監(jiān)測(cè) 30/48分路的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)(有源)、1路 RS485 通訊。

AMC100-KD30/48

監(jiān)測(cè) 30/48分路的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)(無(wú)源)、1路 RS485 通訊。

AHKC-BS-N

霍爾傳感器，用于測(cè)量直流電流

配套霍爾傳感器

觸摸屏

ATP007kt

7寸觸摸屏，安裝在精密配電柜上，用于顯示本柜配電回路數(shù)據(jù)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等等，數(shù)據(jù)可上傳數(shù)據(jù)中心平臺(tái)。

精密配電柜配電柜

精密配電柜

ANDPF

用于數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備電源分配、保護(hù)與進(jìn)出線回路監(jiān)控功能。精密配電柜將進(jìn)出線回路的電參量、開(kāi)關(guān)量等數(shù)據(jù)集中采集后上傳至后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控。通過(guò)精密配電可獲取IT設(shè)備用電數(shù)據(jù)。

整柜集成方案

表5 精密配電柜數(shù)字化方案產(chǎn)品選型

5.3.2 智慧母線槽

近年來(lái)隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展，智能母線槽的方案運(yùn)用越來(lái)越多。相比傳統(tǒng)精密配電柜，數(shù)據(jù)中心母線槽架空鋪設(shè)，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢(shì)。母線槽通過(guò)始端箱從前端UPS取電，以母排系統(tǒng)組成輸電結(jié)構(gòu)，采用即插即用的方式，通過(guò)插接箱給各個(gè)IT機(jī)柜內(nèi)的PDU供電。

圖7 智能母線槽數(shù)據(jù)采集方案示意圖

安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插接箱內(nèi)配置AMB100/AMB110監(jiān)測(cè)單元，測(cè)量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù)，可以通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母線槽的數(shù)據(jù)展示和異常預(yù)警。

另外由于母線槽是由銅制母排搭接而成，接頭部位可能會(huì)由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對(duì)母線槽接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行接觸式測(cè)溫，AMB300通過(guò)紅外非接觸式測(cè)溫方式監(jiān)測(cè)母線溫度，數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母線槽溫度的實(shí)時(shí)預(yù)警，設(shè)備選型如表6所示。

名稱

圖片

型號(hào)

功能

應(yīng)用

交流母線槽方案

AC220V

AMB100-A-P1

AMB100-A/W-P1

采集始端箱三相電氣參數(shù)、2-63次諧波、8路溫度、1路濕度、漏電電流，2路開(kāi)關(guān)量采集，2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無(wú)線通訊。

始端箱

AMB110-A-P1

AMB110-A/W-P1

采集始端箱三相電氣參數(shù)、2-63次諧波、8路溫度、1路濕度、漏電電流，2路開(kāi)關(guān)量采集，2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無(wú)線通訊。

插接箱

AKH-0.66W-xNY

適用于5~600A交流電流信號(hào)采集

配套電流互感器

直流母線槽方案

-48V

240V

336V

AMB100-D-P1

AMB100-D/W-P1

采集始端箱直流電氣參數(shù)、4路溫度、1路濕度、1路漏電電流，4路開(kāi)關(guān)量采集，2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無(wú)線通訊。

始端箱

AMB110-D-P1

AMB110-D/W-P1

采集插接箱直流電氣參數(shù)、4路溫度、1路濕度、3路漏電電流，4路開(kāi)關(guān)量采集，2路繼電器輸出,可選擇RS485有線接口或LORA無(wú)線通訊。

插接箱

AHKC-BS

霍爾傳感器，用于測(cè)量直流電流

配套霍爾傳感器

母線測(cè)溫

裝置

AMB200-C

AMB200-LR

接觸式母排溫度，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)4/8路溫度、1路濕度，具備紅外通訊、RS485通訊、LORA通訊方式。

母線接觸式測(cè)溫

AMB300-Z

AMB300-D

紅外測(cè)溫，監(jiān)測(cè)單個(gè)大范圍陣列溫度或多個(gè)小范圍單點(diǎn)溫度，可增加NTC測(cè)溫接入、濕度監(jiān)測(cè)。

母線紅外測(cè)溫

觸摸屏

ATP010kt

10寸觸摸屏，安裝在精密配電柜上，用于顯示本柜配電回路數(shù)據(jù)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等等，數(shù)據(jù)可上傳數(shù)據(jù)中心平臺(tái)。

精密配電柜配電柜

表6 智能母線槽解決方案選型表

5.4 數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、UPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)，幫助數(shù)據(jù)中心管理者全面了解數(shù)據(jù)中心能源運(yùn)行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行。除了變電站、柴油發(fā)電機(jī)和UPS運(yùn)行監(jiān)控以外，特別是針對(duì)數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個(gè)回路的電氣參數(shù)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

圖8 數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

5.4.1 電力監(jiān)控

監(jiān)控110kV變電站、10kV開(kāi)閉所、10/0.4kV低壓變配電室配電系統(tǒng)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、越限報(bào)警、故障分析、電能質(zhì)量分析、運(yùn)行報(bào)表等功能。

5.4.2 設(shè)備監(jiān)控

監(jiān)測(cè)柴油發(fā)電機(jī)、變壓器、UPS、蓄電池組、精密配電柜、精密空調(diào)的狀態(tài)以及運(yùn)行參數(shù)，并提供異常預(yù)警、運(yùn)行報(bào)表等功能。

5.4.3 能耗分析

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中心總能耗、IT設(shè)備能耗、制冷系統(tǒng)能耗、供電系統(tǒng)能耗、照明及辦公能耗等分項(xiàng)用能，并計(jì)算CLF/PLF/PUE等能耗指標(biāo)。

5.4.4 環(huán)境監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心溫濕度、水浸，蓄電池內(nèi)阻、溫度、電壓、蓄電池間氫氣濃度等數(shù)據(jù)并提供越限告警和聯(lián)動(dòng)控制。

5.4.5 精密配電柜或小母線運(yùn)行監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精密配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點(diǎn)溫度以及漏電電流，并設(shè)置溫度、漏電越限告警，及時(shí)消除系統(tǒng)隱患。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)每路饋線回路的電流、功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和用電量，還可以配置溫度、濕度傳感器用于監(jiān)測(cè)線路接點(diǎn)溫度和柜內(nèi)濕度，設(shè)置參數(shù)高低越限告警，避免回路超負(fù)荷運(yùn)行而導(dǎo)致意外斷電。

5.4.6 故障預(yù)警

系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)中心的故障類型進(jìn)行分級(jí)分類處理，可以通過(guò)語(yǔ)音、文字彈窗、短信等方式提供故障預(yù)警信號(hào)，并對(duì)故障進(jìn)行分類展示。

5.4.7 運(yùn)維管理

系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設(shè)備管理和運(yùn)維管理功能，包括設(shè)備臺(tái)賬、設(shè)備保養(yǎng)、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能，告別依靠手工記賬，降低人力和時(shí)間成本。

結(jié)束語(yǔ)

不同用途或等級(jí)的數(shù)據(jù)中心對(duì)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(yùn)營(yíng)成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心*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(duì)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(shí)，還應(yīng)充分運(yùn)用成熟有效的節(jié)能措施和能效管理系統(tǒng)，降低供配電系統(tǒng)的損耗，減少運(yùn)營(yíng)成本。