机房大数据中心供配电系统解决方案设计

商业银行数据中心供配电系统解决方案
商行数据中心的基础设施系统主要分电源、环境控制和机房监控管理系统。

由于数据中心承载商行的核心业务，重要性高，不允许业务中断。

因而数据中心一般根据TIA942标准的Tier4标准建设，可靠性要求99.99999％以上，以保证异常故障和正常维护情况下，数据中心正常工作，核心业务不受影响。

1、 电源系统：
选用两路市电源互为备份，并且机房设有专用柴油发电机系统作为备用电源系统，市电电源间、市电电源和柴油发电机间通过ATS （自动切换开关）进行切换，为数据中心内UPS 电源、机房空调、照明等设备供电。

由于数据中心业务的重要性，系统采用双母线的供电方式供电，满足数据中心服务器等IT 设备高可靠性用电要求。

双母线供电系统，有两套独立UPS 供电系统（包含UPS 配电系统），在任一套供电母线（供电系统）需要维护或故障等无法正常供电的情况下，另一套供电母线仍能承担所有负载，保证机房业务供电，确保数据中心业务不受影响。

在UPS 输出到服务器等IT 设备输入间，选用PDM （电源列头柜）进行电源分配和供电管理，实现对每台机柜用电监控管理，提高供电系统的可靠性和易管理性。

对于双路电源的服务器等IT 设备，通过PDM 直接从双母线供电系统的两套母线引人电源，即可保证其用电高可靠性。

对于单路电源的服务器等IT 设备，选用STS （静态切换开关）为其选择切换一套供电母线供电。

在供电母线无法正常供电时，STS 将自动快速切换到另一套供电正常的母线供电，确保服务器等IT 设备的可靠用电。

供配电系统拓扑图
机柜P D U 1机柜P D U 2
机柜机柜机
柜P D U 1
机柜机柜机柜机柜P D U 2
机柜P D U 2
机柜P D U 1机柜机柜
机柜
图示双母线供电系统可确保供电可靠性高达99.99999％以上
2、机房智能配电系统三级结构
数据中心三级配电系统是对机房配电的创新，机房三级配电系统有利于配电系统的设计和运维管理
⏹第一级：机房配电接入层。

主要包括大楼地下配电室到机房输入端电缆的部
分及机房市电配电部分。

⏹第二级：机房配电管理层。

主要包括机房UPS配电部分。

通过使用模块化配
电柜，实现机房的模块化配电，并将设备用电和辅助设备用电分开；
⏹第三级：机柜排及机柜配电层。

主要包括列头柜PDM配电、STS配电到负载部
分；
3、供配电系统的智能化管理
⏹供配电系统的智能化管理：列头柜的智能监控系统可对配电系统开关状态与
负载情况进行监测、告警、统计。

●监控的输入部分电气参数有：电量、有功功率、无功功率、视在功率、功
率因数、三相电压、电流、频率等。

●监控的输出支路电气参数有：额定电流，实际电流、负载百分比、负载电
流谐波百分比、负载电量、功率因数等。

这些监测信息能让值班人员掌握各设备的运行情况，及时调整负载分布，清楚了解每一个机柜的耗电量，对设备电源部分的潜在故障、对能效管理、
降低能耗提供可靠依据。

⏹模块化设计智能管理：本方案配电系统遵循以可靠性设计为核心，专门针对
数据中心内不同IT设备应用的特点，结合配电系统充分协调、无缝配合的原
则，以及智能化管理、便于操作与维护，灵活快速部署等需求，实施模块化
智能配电系统解决方案。

⏹模块化机房智能配电系统特点：
●双母线供电，从配电结构上系统的实现供电高可靠性；
●模块化产品设计，实现部署灵活快速；简化机房配电；
●配电设备具有热插拔功能，提高了系统可靠性、可维护性和可扩展性；
●智能监控报警系统，实现机房配电的高可管理和安全性；
⏹智能配电系统
●帮助提高负载可靠性；
●延长电源保护设备的使用寿命；
●协助控制业务环境；
●提供前瞻性的灾难恢复方法；
4、模块化UPS供电系统（易事特EA66）
⏹模块化设计：EA66 UPS采用模块化设计,模块容量为20KVA/16KW,UPS系统
由1至10个UPS模块并联组成,数据中心可以根据负载的逐步投入而弹性地
增加UPS模块数量。

⏹弹性的并联冗余设定：EA66 UPS可以任意设定冗余UPS模块数,冗余UPS模
块数可以设定为零,UPS可以最大容量提供输出。

当负载超出冗余设定时,只
要负载量没有超过模块的总容量,UPS能够正常工作,并可以发出相应的警告。

⏹控制系统并联冗余：EA66 UPS每个模块采用独立控制系统,UPS模块根据互享
的信息独立进行控制,模块失效后可以立即与并机系统进行脱离,不对并机系
统造成危害。

配合“易连接”技术,可以方便地将故障模块拨出进行维修。

5、环境控制系统：
通常选用机房精密空调对数据中心的环境调节，确保服务器等IT设备的运行环境。

对于发热量大的服务器等IT设备，通常选用高通孔率（一般大于70％）网孔门的机柜，提高机柜进出风量；将机柜面对面、背对背布置，在机房内形成冷热隔离的风道，提高制冷效率；空调采用下送风方式，确保机房送风均匀，提高制冷效率。

6、机房监控管理系统
数据中心需要对电源、空调等设备运行状态进行管理，同时还需要对机房内环境，如温湿度、漏水、烟感、等参量进行监控，确保数据中心工作在一个正常的范围之内。

并对数据中心设备运行参数和环境量实时监控和管理。

7、机房空调、配电、消防设计计算
⏹机房用精密空调计算：空调制冷量是根据机房冷负荷来确定的。

一个面积为270平米，UPS设计容量为120KVA的机房，其空调制冷量计算如下：
依据经验采用“功率及面积法”计算机房冷负荷。

Q t =Q
1
+Q
2
其中，Q
t
总制冷量（KW）
Q
1
室内设备负荷（=设备功率×0.8）
Q
2
环境冷负荷（=0.12～0.18kW/m2×机房面积）
因为所有设备均通过UPS供电，所以可根据UPS的功率来确定整个机房的设备负荷。

设计UPS的容量为120KVA，则室内设备冷负荷为
Q1 = 120*0.8*0.8*0.8=61.44KW（需要扣除设计时考虑的20%余量）
环境冷负荷为
Q2=0.1kw/平方米×85平方米＝27KW
则Qt=Q1+Q2=61.44+27=88.44KW
注：灯具发热量和UPS的发热量忽略不计。

这样，使用一个制冷量90KW左右的空调就足够了。

为了安全起见，可以使用1+1备份。

⏹机房配电负荷计算
●机房设备：机房设计机柜为50台，预计放置27台服务器机柜，2台刀片
服务器机柜，2台存储设备机柜，11台网络机柜，其余为列头配电柜、网
络配线列头柜；
●机房设备负荷计算
服务器机柜功率=27*3.5 KW=94.5 KW；
刀片服务器机柜功率=2*9 KW=18 KW；
存储设备机柜功率=2台*5 KW/台=10 KW；
网络机柜功率=11*2 KW=22 KW；
机房设备总功率为：144.5KW；实际使用功率取功率系数0.8，为133KW,
考虑到机房设备近期内规划UPS总功率可以考虑配120KVA；
⏹空调用电负荷：单台空调总功率为27KW，照明消防功率约为10KW
空调及照明总功率为：64KW；
机房总用电功率为：184KW；
考虑50%余量，实际配电总功率为276KW
⏹气体消防七氟丙烷用量计算
机房面积为270平米，高度为3米，其体积为810立方米
机房体积*海拔修正系数*设计浓度/七氟丙烷x°（环境温度）时的过热蒸气比容*（100-设计浓度）得出涉及用量。

●机房体积为810m3。

正常环境温度为25℃，设计浓度为8.3，海拔修正
系数为1 那么计算公式如下：
●七氟丙烷25℃时的过热蒸气比容，按下式计算：
S=K1+K2×T=0.1269+0.000513×25= 0.140 m3/Kg
●防护区灭火设计用量或惰化设计用量按下式计算：
W=K*V*C/S(100-C)=1.0×810×8.30/0.140×(100-8.30)= 523.68 Kg 得出用量为523.68kg
附件1：动力配电原理图及设备清单
张家口市超能电器设备厂动力配电柜设备清单
附件2：UPS配电原理图及设备清单
张家口市超能电器设备厂UPS配电柜设备清单。