大型数据中心供配电系统设计分析

大型数据中心供配电系统设计分析

作者：方来留

来源：《中国科技博览》2016年第16期

[摘要]大型数据中心在运行的过程中出现的主机停止运行故障和电源系统应用本身之间存在密切的关联。为了充分保证大型数据中心供电配电系统应用的安全、可靠、稳定，需要有关人员严格参照相关规范来对大型数据中心配电系统进行详细的规划和安排。文章在阐述大型数据中心对供电配电系统要求和设计具体方法的基础上指出数据中心配电系统需要根据不同用电、供电需要，在供电电源、供电系统安排和供电配电系统结构形式等方面采用相应的系统设计技术措施，从而在电力系统应用的同时尽可能地节省电能。

[关键词]大型数据中心；配电供电系统；设计

中图分类号：TN9874 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0020-01

近几年，在计算机技术、网络技术的快速发展下，各个事业单位对信息的需求增加，由此加快了大型数据中心的建设。大型数据中心能够批量管理和存储数据信息资源，从而为企业、事业单位的发展提供全方位的信息服务。同时，大型数据中心的形成也进一步提升了数据信息应用的安全性、有效性，在某种程度上为云计算和虚拟化技术的发展应用奠定了硬件基础设施的支持。由此可见，大型数据中心供配电系统设计是十分必要的，文章对此进行分析。

一、大型数据中心供配电系统设计的原则

大型数据中心供电配电系统的设计需要依照国家和相关行业标准进行，并要充分考虑大型数据中心用电负荷密度较大、供电要求可靠性强的问题，根据实际选择适合的供配电技术措施。大型数据中心供电配电系统的设计需要遵循分区、分级的原则，在同一个功能区域内保证各个数据设备供电的稳定可靠，同时要将大型数据配电供电系统故障的局部影响控制在最小的范围内。

二、大型数据中心供配电的用电负荷

大型数据中心供配电的用电负荷可以分为两个层次，包含UPS负荷的输出和系统变配电负荷。其中，大型数据中心变配电系统负荷UPS设计的依据是UPS负荷的输出。

（一） UPS负荷的输出的统计

在系统负荷设备明确的情况下，UPS负荷的输出的统计按照设备的数据信息统计。具体的负荷不明确的情况下，需要根据设备机柜能够平均产生的负荷来进行统计计算。如果大型数据中心设备机柜的数量不明确，可以根据机房的实际面积来计算和估计平均负荷。

（二）变配电系统产生负荷的统计

大型数据中心变配电系统负荷一般包括UPS的输入，大型数据中心机房的空调系统和机房的照明系统、电气设备等。在一般情况下，UPS电源系统负荷（输入）=数据中心供电负荷+充电负荷。大型数据机房空调的负荷=多台主要应用的空调机组额定负荷容量和负荷率的乘积。

三、大型数据中心的供配电设计

（一）大型数据中心供电电源的选择

市内电源一般应用的是10kv的供电电压，但这种电压的电容量受限制供电量的限制。一些地区规定10kv的供电电压，使用用户的受电设备总体容量要在250kva到6300kva之间，如果有更大供电容量的需求，则是需要应用35kv到110kv以上的供电电压设备。如果大型数据中心的用电负荷较大，需要在建设阶段应用35kv以上的电压。

（二）市电接入

某项目是市郊周围新建的工业园区，在这个工业园区内设置了一个110/10kv的变电站，变电站和项目实施之间相差的距离是500m。该变电站的设计基本上考虑了数据中心发展的供电要求。该变电站的项目每个数据机房模块都需要应用两路10kv以上的供电电源，并通过不同的线路来进行接入处理，同时要在模块的内部安排高压配置的供电室内，这两个高压配电室之间的距离要保持在40m左右。高低压配电室和数据机房的平面分布具体如图一所示。

（二）10kv发电机组的配电方案

每一个数据机房的模块都可以配置八台2500kva的发电机组来作为一种后备电源。T4机房需要安排两台对应的发电机，且发电机组要应用2N的冗余模式，T3机房应用的6台发电机，采用的冗余模式是N+1的模式。经过调查发现后备电源的基本容量能够满足模块内部所需要用电设备的要求，发电机电源也安排两组，将其分布在两个高压室的旁边。高压发电机应用的单母线和联络开关结合的方式来实现并机，如果某一个高压电源出现故障问题，发电机组就会自行重新启动。

（三）机房局部供电配电设计

大型数据中心的供配电工程包含了T3机房和T4机房，为此需要应用对供电方案进行有区别的备份模式安排。可以发现机房只安排了一套UPS供电设备。同时由于设定了高压柴油发电机，为此高压侧出现较长时间断电的概率是十分小的，从总体上满足了该机房的供电需求。T3机房应用的UPS设置是N+1的模式，如果供电设备出现问题可以在第一时间启动柴油发电机，为T3机房提供一些备用设备的供电并加强对其的在线维护。T4 数据机房的低压配电拓扑图具体如图四所示。根据图四可以看见该机房全部低压配电设备的完全备份资源，是一种2（N+1）的模式。

（四）大型数据中心接地和供配电系统的防雷

第一，大型数据中心接地。大型数据中心接地应用的是一种联合接地的方式，需要根据建筑物的外在形态、建筑物周围的基础地网以及建筑物变压器地网进行连接，从而组成一种联合性的地网。建筑物的底层设置需要根据大型数据中心要求设定环形的接地总干线，在各个楼层之间设置水平的接地干线，将其和两根或者两根以上的垂直干线连接。第二，大型数据中心供配电系统防雷。大型数据中心供配电系统防雷需要应用分级的保护方式，在综合考虑大型数据中心供配电系统的分布问题之后，对于容易出现的问题提升交流电源首级最大通流的容量。

四、结束语

综上所述，大型数据中心的电气应用系统和一般性的民用建筑用电系统设计之间存在很大的不同，突出表现在大型数据中心用电量大、供电可靠性要求高等方面。不同电压系统之间的组合会呈现很多种不同的系统形式。为此，大型数据中心电气应用供配电系统的设计不能局限在以往的常规性设计实验中，而是需要充分收集各种资料，按照电子信息系统机房设计规范和TIA相关标准进行充分的调查研究，从而在真正意义上设计出符合相关标准要求的大型数据中心的供配电系统，发挥大型数据中心供配电系统的可靠、高效、方便维护性能。

参考文献

[1]李兴林，李华英. 大型数据中心电源及UPS配电系统设计[J]. 建筑电气，2010，07：28-38.

[2]杨晓花. 谈大型数据中心的供配电系统设计访中建国际（深圳）设计顾问有限公司上海区域电气与智能化总工程师李兴林[J]. 电气应用，2011，11：6-8.

作者简介：

方来留，男，1986-05-06，福建三明人，本科，计算机科学与技术。研究方向：数据中心供配电系统设计，职称：中级职称。