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淺談某數(shù)據(jù)機房的供配電系統(tǒng)設計及產品選型

閱讀：910 發(fā)布時間：2021-5-31

摘要: 就某數(shù)據(jù)機房的供配電設計方案進行探討，力求為數(shù)據(jù)中心用電設備提供穩(wěn)定、可靠和安全的系統(tǒng)，希望為此類型項目的設計人員提供幫助。

關鍵詞: 供配電系統(tǒng); 設計方案; 可靠性; 在線維護

1工程概況

該項目為數(shù)據(jù)服務中心，共有4層，層高均為5.2m，總建筑面積15870.16m²，建筑高度為21.25m。結構形式采用框架結構，獨立樁基。

一層包括出入口(人員出入口、貨流出入口)，設備房間(變配電室、電信接入間、消防控制室、監(jiān)控機房、空調機房等)，主機房及相應的動力支持區(qū)( UPS機房、電池室等);二、三層為主機房區(qū)，包括機房及其配套部分，其中配套部分主要有鋼瓶間、UPS室、電池室、電氣間、設備間等;四層除主機房區(qū)外，還有辦公區(qū)(運作中心、辦公室、會議室等)。

2變配電系統(tǒng)

2.1高壓配電系統(tǒng)

兩路獨立10kV高壓電源同時供電。采用單母線分段運行方式。每臺變壓器采用放射式供電，由高壓柜專線配置變壓器。

2.2供電方案

為一路0.4kV市電電源加一路0.4kV柴油發(fā)電機組。

2.3柴油發(fā)電機組的設置

作為機房的后備電源，當市電發(fā)生故障時，后備柴油發(fā)電機應能承擔全部負荷的需要。發(fā)電機容量應包括不間斷電源系統(tǒng)、空調和制冷設備的基本容量及應急照明和關系到生命安全等需要的負荷容量。

按照甲方提出的數(shù)據(jù)機房用電負荷分期增加，前期負荷較小，故柴油發(fā)電機、變壓器亦分期設置，該工程在建筑物東側設置2臺2000kVA的( 一用一備) 室外箱式柴油發(fā)電機。其配電系統(tǒng)圖詳見圖1。

2.4變壓器的設置

設2臺2000 kVA 變壓器，一用一備，其中1臺變壓器為UPS供電、精密空調及其他設備供電變壓器，一臺為備。

2.5運行方式

當正常運行時，由市電電源向負荷供電;當任一常用變壓器故障(或維護)時，投入備用變壓器;當市電電源失電時，柴油發(fā)電機自起動，ATS(帶旁路)自動切換，由柴油發(fā)電機組向負荷供電。發(fā)電機電源進線斷路器與市電電源斷路器之間設電氣聯(lián)鎖，市電電源斷路器全部斷開后，發(fā)電機電源進線斷路器才能合閘，不允許柴油發(fā)電機電源和市電電源并列運行。其供電系統(tǒng)圖如圖2所示。

考慮到本次設計僅為初期一個機房投入使用，待所有機房均投入使用時，將由專門的變壓器為UPS供電。為了節(jié)省初期投資和后期的浪費，并為后期施工帶來方便，在設計中，將從變壓器(柴油發(fā)電機)供電的母線分兩段，做了二次配電。MX4。5母線為UPS供電母線，其出線開關按以后帶3個機房UPS供電負荷考慮。MX7，8為精密空調及其他設備供電。待后期機房都投入使用，精密空調及其它設備用電將由專門一臺變壓器供電，施工時可將MX7，8母線直接掛入這臺變壓器即可。這么做既減少初期投資，又對后期不帶來浪費。

2.6UPS設置

在主機房相鄰房間設置UPS機房及電池室，所有機房負荷均由UPS供電，UPS的容量按1.2×滿負荷+1臺冗余計算，電池持續(xù)供電時間不小于20min。

本次設計僅在一層設置一個數(shù)據(jù)機房，其余層均為預留機房。二至四層預留機房電源由一層變配電室分南北兩側引至相應的UPS機房(本次設計僅預留進線通路)。一層數(shù)據(jù)機房內設備機柜計134個。不間斷電源(UPS)系統(tǒng)的基本容量按下式計算:

E≥ 1.2P

式中: E——不間斷電源系統(tǒng)的基本容量(不包含備份不間斷電源系統(tǒng)設備)，kW/kVA;

P——電子信息設備的計算負荷，kW/kVA。

單個機柜負荷按4kVA考慮，134×4×1.2=643.2kVA，故兩400kVA的UPS滿足基本容量要求，按一臺備份考慮，故最終設備2+1臺，400kVAUPS。UPS機房及電池室的布置詳見圖3。

3數(shù)據(jù)機房配電

每臺UPS采用兩路電源供電，三臺為一組并機運行，配出線纜沿橋架配至機房內列頭柜。機房內每三列機架設兩臺列頭柜，兩臺列頭柜由UPS的兩臺并機輸出柜分別配線，每臺列頭柜再分別配出線路至各數(shù)據(jù)機架。這樣保證每個機架均由兩路電源供電，且由 UPS提供在線式不間斷電源供電，供電線路滿足2N冗余，確保了數(shù)據(jù)機房內機架負荷作為特別重要的一級負荷的供電要求。其UPS至列頭柜，列頭柜至終端機柜的配電圖詳見圖4。

4可靠性及可在線維護

在系統(tǒng)方案的設計過程中，反復斟酌其可靠性，甲方也反復強調了可在線維護的問題。所以在系統(tǒng)中，為了增加配電可靠性，減少故障范圍，把市電與柴發(fā)的切換沒有放在變壓器這一級，而是放在了UPS輸入端之前，這樣即便是切換過程中出現(xiàn)問題，也只會影響某一組UPS，減小了故障面。進一步考慮切換過程中，ATS有故障的話，會使整個系統(tǒng)癱瘓，在設計中選用了帶旁路的ATS自動轉換開關。其功能就是在主自動切換開關抽出進行檢修、測試及維護前，可先行將負載改由旁路隔離開關供電。之后主自動切換開關被抽出進行檢修、測試及維護時，操作過程不會造成負載停電。

為了避免UPS并機后，線路或輸出柜出現(xiàn)故為了避免UPS并機后，線路或輸出柜出現(xiàn)故障，設計中將并機柜、輸出柜及到末端IT設備機柜的線路都做了2N的處理，保證每個機架均由兩路電源供電，每條給機架供電的線路出現(xiàn)問題，都會有備用線路立即投入使用，以確保系統(tǒng)供電的安全可靠性，而解決了在線維護問題。

5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產品介紹

隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)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(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)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(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)綠色IDC提供可靠保證。

5.1精密配電管理解決方案

5.1.1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

5.1.2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

5.2產品規(guī)格

說明：■為標配功能。

5.3配套附件

6安科瑞母線槽監(jiān)測產品介紹

6.1 概述

數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)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(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

6.2 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；

6.3 產品介紹