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淺談IDC數(shù)據中心模塊化機房供配電系統(tǒng)
更新時間：2021-07-16點擊次數(shù)：1078次
淺談IDC數(shù)據中心模塊化機房供配電系統(tǒng)
摘 要:通過設計的一個IDC(互聯(lián)網數(shù)據中心)供配電系統(tǒng)的項目實例，對IDC數(shù)據中心內的不同數(shù)據模塊化機房，設置不同配置的供配電系統(tǒng)來達到不同等級要求，較好的滿足了投資建設方的建造要求。
關鍵詞:IDC，數(shù)據中心，模塊化機房，供配電
0 引言
數(shù)據中心機房供配電系統(tǒng)應規(guī)劃合理，具有較強的可靠性、擴展性及改造升級的能力，適應多樣化計算機設備運營管理需求發(fā)展變化，滿足不同客戶對數(shù)據中心機房等級的需求。
1 項目概況
電信云數(shù)據中心項目規(guī)劃建設一棟數(shù)據中心和一棟動力中心。數(shù)據中心地上三層，每層平面尺寸為96m×48m，建筑面積約14808m2。數(shù)據中心除設置數(shù)據機房、配套輔助機房( 低壓配電室、電池室、空調機房等) 外，還設置辦公區(qū)、值班室、kVM室等公共配套區(qū)域。動力中心規(guī)劃設置數(shù)據中心公用的水冷空調系統(tǒng)、后備柴油發(fā)電機組以及動力設備供電用變配電系統(tǒng)，屋面放置冷卻塔。
2 設計需求
1 )滿足ANSI/TIA-942-2005Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers 機房等級設計要求。2) 數(shù)據中心內布置數(shù)據機房10個，每個數(shù)據機房滿足機柜數(shù) 200左右。3) A 級機房1個( 10kVA/機柜) ; B級機房6個，其中2個機房( 6kVA/機 柜) ，4個機房( 6kVA/機柜) ; C 級機3個，其中每2個機房( 3kVA/機柜) ，1個機房( 4kVA/機柜) 。4) 機房滿足分期投資建設需求; B/C 等級機房預留升級至 A 級機房條件; A/B/C 機房機柜容量均滿足后期擴容條件。
3 數(shù)據機房供配電系統(tǒng)設計
根據業(yè)主提出的分期建設、機房等級后期升級方便、機房單機柜負荷擴容要求。通過分析后，采用模塊化數(shù)據中機房的供配電系統(tǒng)方案能夠較好的滿足業(yè)主需求。
3.1 數(shù)據中心電氣機房平面圖規(guī)劃
各個模塊化機房負荷計算見表 1。根據模塊化機房建筑平面圖及機柜負荷要求，電氣機房布置詳見圖1～圖 3。1A1 /1B1， 2A1 /2B1，2A2 /2B2，3A1 /3A2，3A2 /3B2 配電用房考慮后期擴容及升級的預留空間( 陰影區(qū)域為非電氣設備房間) 。
圖1 一層電氣機房平面圖
圖2 二層電氣機房平面圖
圖3 三層電氣機房平面圖
3.2模塊化機房供電電源設計
正常市電電源: 數(shù)據中心機房市電電源均為兩路10KV電源，10KV電源為AC10KV 50 Hz 中性點不接地方式，10kV配電系統(tǒng)采用單母線分段型式。正常運行時，兩路電源同時工作互為備用，分別向兩段 10kV母線供電，母線聯(lián)斷路器斷開運行; 當一路電源故障停電或檢修時，母線聯(lián)斷路器延時投入運行，由另一路電源向兩段10KV母線供電。兩段10kV母線以放射式電纜線路向各低壓配電室臺變壓器供電。
應急電源: 在動力中心為數(shù)據中心IT設備設后備柴油發(fā)電機組，發(fā)電機組按5(4 +1) 臺10kV 1600kW( 常用功率) 配置作為數(shù)據中心機房IT設備的備用電源，并可擴展到7( 6+1)臺發(fā)電機并機運行。發(fā)電機并機母線采用單母線分段型式。當市電失去時，可供應本項目的全部重要負荷。UPS電源:在低壓配電室設置UPS電源，為IT設備提供不間斷電源.
3.3 10kV配電系統(tǒng)設計
高壓配電室從室外引入四路10KV電源，其中兩路電源為市電，其余兩路電源來自動力中心柴油發(fā)電機應急電源。在數(shù)據中心一層設置高壓配電室，IT 變配電室設置在各樓層中。
10kV采用分段單母線聯(lián)絡的接線方式。正常情況下兩路10 kV 電源分別向兩段母線進線柜供電，母線分段斷路器斷開運行。當一路電源故障停電或檢修時，母線分段斷路器投入運行，由另一路電源向兩段10kV母線供電。當兩路市電均失電時，由10kV柴油發(fā)電與市電開關切換后向兩段母線同時供電，柴油機電源開關閉合時市電進線開關斷開。兩路市電電源進線斷路器、兩路柴發(fā)應急電源斷路器及母線聯(lián)絡開關設置電氣聯(lián)鎖，嚴禁市電電源與柴發(fā)應急電源并聯(lián)運行。10kV配電系統(tǒng)單線圖見圖4。
3.4低壓配電系統(tǒng)設計
3.4.1 低壓配電室
數(shù)據中心一層設置低壓配電室1A1/1B1，配置一套供配電系統(tǒng)服務于一層模塊化機房 1，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。變壓器編號為TＲ1與TＲ2，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負載起一層模塊化機房1和2的所有IT設備。
數(shù)據中心二層設置低壓配電室2A1 /2B1和2A2 /2B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務于二層所有模塊機房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1 服務于二層模塊機房1和2，變壓器編號為 TＲ3 與 TＲ4，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負載起二層模塊化機房1和2的所有IT設備; 低壓配電室2A2/2B2 服務于二層模塊機房3和4，變壓器編號為TＲ5 與 TＲ6，變壓器容量都為 2 500kVA。任何一組變壓器均能負載起二層模塊化機房3和4的所有IT設備。
數(shù)據中心三層設置低壓配電室3A /3B1 和3A2/3B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務于二層所有模塊機房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B 兩組。其中，低壓配電室 2A1/2B1 服務于三層模塊機房 1，變壓器編號為 TＲ7與TＲ8，變壓器容量都為 2 500 kVA。任何一組變壓器均能負載起三層模塊化機房1的所有IT設備; 低壓配電室3A2 /3B2 服務于模塊機房 2，3 和 4，變壓器編號為TＲ9與TＲ10，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負載起三層模塊化機房2、機房3和機房4的所有IT設備.
3.4.2UPS 配電系統(tǒng)
一層模塊機 房1(大客戶)按 B等級設計，首期配置4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。將來可以擴容至 5臺400kVA UPS，其中 1臺為冗余備份。一層模塊2(小客戶) 機房按T3等級設計，首期配置2臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴容需求。
三層模塊 1 (大客戶)機房按B等級設計，首期配置4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余 備份。將來可以擴容至5臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。二層模塊2( 小客戶) 機房按B等級設計，首期配置2臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴容需求。二層模塊3(小客戶) 機房按 B 等級設計，首期配置3臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。將來可以擴容至 4臺400kVA UPS，其中1 臺為冗余備份。二層模塊4( 小客戶)機房按B等級設計，首期配置3臺400kVA UPS，其中 1 臺為冗余備份。將來可以擴容至4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。
二層模塊 1( 高密) 機房按A等級設計，分為兩個區(qū)域，每個區(qū)域首期配置2套3臺400kVA UPS并機系統(tǒng)，其中1套為備份，共計12臺400kVA UPS。UPS 容量較高，可直接滿足將來50%以上擴容需求。三層模塊 2(大客戶)機房按 B 等級設計，首期配置3 臺400kVA UPS。三層模塊 3、模塊4(小客戶)機房按B等級設計，共用一套UPS系統(tǒng)，首期配置3臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。三層模塊 2、模塊3、模塊4按B等級設計，未來可以擴容至 4臺400kVA UPS。
3.4.3模塊化機房內IT設備配電
所有IT設備末端采用雙電源供電。機柜首末各設置一臺強電列頭柜( A/B) ，*機房 A路列頭柜內電源來自UPS電源，B路列頭柜內電源來自另一路UPS電源。B級和C級機房A路列頭柜內電源來自UPS電源，B 路列頭柜內電源來自市電回路電源
4 安科瑞列頭柜及監(jiān)測產品介紹
隨著數(shù)據中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)全綠色IDC提供可靠保證。
4.1精密配電管理解決方案
4.1.1交流系統(tǒng)
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
4.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V
開關電源 SBD-30 （48V）
4.2產品規(guī)格
說明：■為標配功能。
4.3配套附件
5 安科瑞母線槽監(jiān)測產品介紹
5.1概述
數(shù)據中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊，將數(shù)據上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。
5.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；
5.3產品介紹
說明：■為標配功能。
6 結束語
對于大型的 IDC 數(shù)據中心項目，對不同模塊化機房采用不同配電等級的供配電系統(tǒng)，并預留后期擴容及升級的條件。既有利于業(yè)主建造出滿足不同客戶等級需求的 IT 機房，又有利于降低業(yè)主初期投資和后期運維成本。
參考文獻：
【1】JGJ 16-2008,民用建筑電氣設計規(guī)范[S]。
【2】袁功平.IDC數(shù)據中心模塊化機房供配電系統(tǒng)淺析。
【3】安科瑞數(shù)據中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版。
【4】安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版。
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