某数据中心供配电系统设计

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摘要：通过工程设计方案的比较，介绍数据中心供配电系统设计，包括合理计算系统的容量，合理的选择供配电系统的方式及设备选择，在保证可靠性、可用性、业主需求的前提下，避免过度规划造成的浪费，使电力耗能尽量降到合理的区间，使整个系统更加节能、高效。

关键词：数据中心 供配电系统 过度规划 可靠性 可用性 节能

中图分类号：U665文献标识码： A

引言

当今社会是信息社会，数据中心是信息社会的大脑与中枢。数据中心机房建设为数据中心提供关键的基础设施支持，而供配电系统是其非常重要的部分。数据中心的耗电量、电费支出已成为新的电老虎，因此，需要倡导高效、节能。下面结合某数据中心设计过程中的方案比较，介绍数据中心的供配电系统设计。

1、工程概况及各级别数据中心各级别技术要求

本机房工程部分总建筑面积约为10600m2，地下一层，地上四层。地下一层为制冷机房，地上一层为变配电室及柴油发电机房，地上二层至四层为数据机房，分期建设，本期建设四层数据机房模块一及其相关供配电系统。

国家标准《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）将数据中心分为A、B、C三个级别，见表1。

表1GB50174-2008各级电子信息系统机房技术要求

美国数据中心标准ANSI/TIA942-2005将数据中心分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4级，见表2。

表1GB50174-2008各级电子信息系统机房技术要求

业主提出的要求按照T3级别建设，相当于国标的B级标准（部分设备及回路为提高的B级标准），机柜按照5kW/台设计。每层两个机房模块，每个模块160台机柜。

2 、UPS系统

IT负荷计算见表3。

表3IT负荷计算表

需要系数的选择应根据使用情况合理选用，不能一刀切。表中需要系数按0.8选取，因为本工程为政府项目，需要系数一般均为0.6~0.8之间，本次选取比较保守，原设计选取0.95，过大。像亚马逊等电商的数据中心一般选0.95，有时还需按1选择。

根据美国数据中心标准ANSI/TIA942-2005中T3级技术要求，UPS为N+1模式即可，选择400kVA模块化UPS 3台，2用1备，另一路电源为市电，但另一路也预留开关及UPS和电池组的空位，后期可根据实际情况，使部分区域实现2N模式。原设计为2N模式，每路选择1000kVA模块化UPS 2台，2用。方案修改前后UPS系统见图一、图二。

图一 原设计2N模式UPS单线系统图

图二 修改方案后N+1模式UPS单线系统图

本次修改设计与原设计均选用模块化UPS，这种方式对于业主初期机柜较少的情况是最适合的，因为模块可以分期安装，灵活、便捷。

3、柴油发电机系统

根据T3级技术要求，柴油发电机系统为N+1模式，原系统见图三。

图三 原设计柴油发电机单线系统图

从图中可见，油机为N+1模式，但是每个油机为两个出线，构成某种意义上的2（N+1）模式，表面上是提高了可用性等级，但实际上存在几个问题。首先，给并机控制增加相当大的难度，并及时信号追踪失败的可能性非常大；其次，真正意义上的T4级别的数据中心要求油机设备本身为2（N+1）模式，而不是末端开关设备和管线的备份；再次，增加多台高压开关柜及相应的管线。这无疑又增加了投资和安全隐患。

所以本次将方案做了调整，改为达到T3等级的的N+1模式，既满足要求，又简单可靠。

4、10kV供电系统

原设计10kV供电系统为6路电源，分三期建设，每期2路电源，一主一备。这样做，好处是可以分期建设，各期之间完全独立。但是由于数据中心用电量一般比较大，之前很多项目也设计10kV大容量回路，这样从整体角度上考虑，可以有以下节约。第一，市电由6路改为2路，设备、线路上节约；第二，与油机系统接口减少，亦为由6路减少至2路，节省投资及损耗；第三，占地面积减少。当然，能否给大回路需跟当地供电局沟通，本项目供电局统一此方案。

本次将方案调整为2路10kV进线，见图四。

图四 修改方案后供配电系统单线图

5、低压配电系统

IT设备配电未作修改，强电列头柜位于一列机柜的两端，由两端列头柜各提供一路电源给服务器。

变压器及低压进线、补偿均设在一层IT配电室，通过母线接至四层UPS配电室低压开关柜，UPS配电室设置UPS及其相关进出线开关柜，尽量贴近负荷中心。

对重要动力设备，例如精密空调、冷冻水泵等由两路独立电源，末端互投方式供电，其中一路还需专门UPS供电，使市电失电时，精密空调和冷冻水泵继续运行，短时维持机房温度，等待系统恢复或应急系统启动。

6、结语

设计中应合理计算选用相关设备，合理规划各系统及走线路由，在满足需求的前提下，尽量减少投资，减少能耗。

数据中心能达到哪个级别，要综合考虑各个系统，不是单纯提高某个系统或单元的等级。系统也不是越庞大、越复杂越好，而是应该尽量简单、可靠、可用。

在分期建设数据中心，尤其是前期机柜数量很少，应优先选用模块化UPS，既可以分期投入，又维修快速、方便。

动力系统设备，只给直接维持冷环境的精密空调和冷冻水泵增加UPS电源，即使投资不过高，又能达到一定的效果。

参考文献：

[1] 钟景华，朱利伟，曹播，等．新一代绿色数据中心的规划与设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，2010.

[2] 中国电子工程设计院. GB 50174 - 2008 电子信息系统机房设计规范［S］. 北京： 中国计划出版社， 2009.

[3] 中国联合工程公司. GB 50052 - 2009 供配电系统设计规范［S］. 北京： 中国计划出版社， 2010.

[4] 中国建筑标准设计研究院. 09DX009 电子信息系统机房工程设计与安装［M］. 北京： 中国计划出版社，2009.

[5] Telecommunications Industry Association . ANSI/ TIA - 942 - 2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers. Arlington: Telecommunications Industry Association Standards & Technology Department， 2005.