数据中心设计(北京电信规划设计院有限公司)

负荷分类
系统构成
UPS系统的交流输入部分 UPS系统本身 UPS系统的输出配电部分
要提高UPS供电系统的可用性 需要对系统内的各个环节的设计方案进行优化，尽量减少、消除单点瓶颈
UPS系统输入
局站交流市电应稳定可靠 一类或二类市电 双路市电，后备油机，可手动或自动切换 单路输入 即UPS设备的整流器输入和旁路输入共用1路进线 在UPS系统采用双系统时，可以考虑采取这种方法获得经济性 双路输入 即UPS设备的整流器输入和旁路输入分别使用1路进线或通过ATS 供电 避免单路输入的故障隐患，确保旁路电源可靠 对于N+1冗余的单UPS系统，为提高其可用性，在工程投资允许的前 提下应优先考虑采用双路输入 注意ATS、特别是自动转换控制部分的可靠性 不同类型的ATS的选择
在主低压柜母排上 允许的 THDU (总电 压谐波失真度)
电缆或母线 长度、截面积、压降 母线类型及安装
CB1
主交 流输入
CB2
旁路 交流输 入
SineWave SineWave
公共的或分离的主交流输入 和旁路交流输入
变压器 Sn, Un, Uscx % (短路电压)
滤波器 Sn, Un, Qn (对发电机组非常重 要)、THDI、功率因数、洁净 (PFC)整流器(避免使用滤波器)
可靠性
Reliability
系统实现所需功能的概率
供 电 系 统 可 信 度
可维护性
Maintainability
在规定的时间内 完成维护或修复的概率
在给定的条件下、给定的时刻 系统实现所需功能的概率 发生某个局部失效时限制系统发生严 应具备高安全性 重后果的概率 与风险意识相联系；取决于配置方案
可用性
同步控制器作用：
市电频率严重异常，频率范围超限； 采用柴油发电机供电时由于频率波动导致UPS逆变器无法与旁路锁相，造成各UPS 逆变器输出相位差较大； 当市电中断，UPS电池放电时，各UPS启用自身晶振时钟造成各UPS逆变器输出相 位随机性漂移。
20kV电压的可能性
中压配电标准电压采用10kV（20kV) 在城市新建高负荷密度区、经济开发区等相对独立区域可使用20kV电压 等级供电方式 20kV配电网优势
供电能力成倍增加 建设投资远小于35kV、110kV配电网，设备价格为10kV的1.1～1.4倍 运行费用相当，线损率低，节约土地，电费较低
10kV外电源引入
供电容量限制 供电距离限制
局房前期规划、可研阶段
确定机房用电需求 确定机房功能及使用面积 确定机房空调系统制冷方式 根据用电需求合理确定报装方案，落实局房所在地区供电能力 加强供电方案及外电源引入可研的审查 供电方案中的不合理项 外电缆规格、敷设方式（隧道、直埋、排管）及载流量 电缆管道费用分摊、计量方式等
UPS供电系统设计建议
确定UPS供电系统的设计方案
确定负载的重要等级及其对配电系统的需求 从整个系统着手，消除单点故障
稳定可靠的外市电电源Βιβλιοθήκη Baidu有效的长时间后备柴油发电机组 冗余的双总线UPS供电系统 物理上完全独立的UPS系统 高可靠性的冗余的双总线UPS配电系统
在系统可用性及经济性之间找到适当的结合点
GB50174可靠性、可用性要求
GB50174可靠性、可用性要求
GB50174可靠性、可用性要求
TIA-942 数据中心分级标准 TIA942 可靠性、可用性要求
类别 建造类型 值班 可得到的通路数量 冗余 区域划分 同时可维修性 对最坏的事件的容错 关键的负荷可用度 初始用电总量（千瓦／每架） 最终用电总量（千瓦／每架） 连续冷却 场地活动地板的比率 活动地板的高度(cm) 地板荷载㎏／㎡ 单点故障 每年场地引起的IT停机(实际值) 场地的可用性 实现累计月份数 Tier 1 承租 没有值班 只有一路 实际量 无 不能 无 N的100％ 1kW 1kW 没有 20% 30cm 380 很多+人为错误 28.8小时 99.67% 3 TierII 承租 1名轮班 只有一路 实际量+一路 无 不能 无 N的100％ 2kW 2kW 没有 30% 45cm 450 很多+人为错误 22.0小时 99.75% 3-6 Tier Ⅲ 自有 1名值班+轮班 主活被动各一路 实际量+一路 无 能 无 N的90％ 3kW 3-5kW 或许 80％-90％ 75-90cm 700 很少+人为错误 1.6小时 99.98% 15-20 Tier Ⅳ 自有 24小时值班 二路主活 双系统或二路(实际 量+一路) 有 能 有 N的90％ 4kW 大于5kW 是的 100% 75-90cm 700 一个没有+人为错误 0.8小时 100.00% 15-20
数据中心基础设施设计关键
可用性
基 础 设 施 设 计 关 键
Availability
确定适合市场需求的可用性
功率密度
Power Density
适当的功率密度
绿色节能
Energy Saving
贯穿整个设计，适当的PUE指标
成本
Cost
应具备高安全性 投资成本CAPEX 运营成本OPEX
数据中心供电系统可信度
数据中心设计
汇报 内容
contents
数据中心定位 数据中心设计理念
数据中心设计实例
数据中心规划设计闭环

提出数据中心的目标与建设需求
确定数据中心的定位与建设标准 先进技术与国内实际

发现问题 动态优化调整
需求评估 与定位 优化调整 阶段 规划设计 阶段
的有效结合
过往工程经验及教训
合理的机房工艺
汇报 内容
contents
数据中心定位 数据中心设计理念
数据中心设计实例
网络关键物理基础设施
NCPI
数据中心设计理念
建筑 模组化设计
创新工艺 设计理念
数据中心设计
节能新技术 应用
智能综合管理
高可信度设计
工艺设计理念
Design Concept
数据中心的目标与限制
目标客户
设计标准
建设规模
外电源引入
一级负荷：应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不 应同时受到损坏 特别重要负荷：尚应增设应急电源 二级负荷：供电系统宜由两回线路供电；在负荷较小或地区供电条 件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路供电
市电输入类别 北京市电力公司
特级客户
电源应来自不同的变电站馈出的双路或多路电源，且以上不同变 电站上级电源应来自不同方向的220kV变电站，不得串接其它客 户 必须配置自备应急电源
建议
精心设计UPS输入输出配电系统 保证从UPS系统直到末端设备机柜全程都可提供双路独立电源 在通信设备采购中，重要数据设备应具有双路电源 单机双总线系统及分布式冗余系统性价比高
负载总线同步控制器（LBS）
负载总线同步控制器
用于调控两套UPS系统输出的同步状态 它与各台UPS进行通讯，保证各UPS的频率、相位一致 对UPS的输出电压幅值则没有影响 使用同步控制器一般应保证系统中的每台UPS的旁路电源均来自同一路市电
要提高UPS供电系统的可用性，必须提高UPS到负载设备之间的配电环节的 可用性 随着双电源设备的不断增加，双总线冗余系统越来越显示出巨大的优势
UPS系统输出
UPS1
断路器(CB3) In (额定电流)、 Ics (分断能力)、 脱扣装置的类型、 Ir、Im和Inst的设置
UPS2
静态切换开关(STS)
一级客户
一般由不同变电站或同一变电站不同母线出线的双路电源供电， 不串接其他级别的客户 必须配置自备应急电源
二级客户
一般由变电站不同母线出线的双路电源供电，可由不同变电站馈 出的双路或多路电源供电 可串接同级别客户，一般不宜超过5个 应配置自备应急电源
普通客户
采用适宜的供电方式
《国网业扩供电方案编制导则》相关规定
北京地区10kV外电源引入
10kV外电源引入
一般每路CT为600:5 采用2根240电缆并联或单根400电缆为宜 单一客户变压器总容量应限制在20000kVA以下 最多安装6～8台2500kVA变压器（视变压器负荷率不同）
IDC、大型通信楼
电源管理模块(PMM)
工业过程处理
电信、数据中心
In (总输入断路器或开 关)、输出断路器数量 及额定功率、输出断路 器的类型：带漏电保护 或标准型
双总线方案实例
分布式冗余方案

UPS双总线冗余系统的一种变形 每套UPS系统最大承载关键电源功率为Pmax＝2P 整个系统的总UPS容量为9P,其最大可承载关键电源功率为2P*3=6P 大大节省了工程投资 配电比较复杂，不如双总线系统结构简单 适用于投资或电力机房面积有限的情况
UPS系统输出
单总线 对应于单套UPS系统 所有负载均从单套UPS的输出汇流母线并联引接单路输入 双总线冗余 由物理上完全独立的2套UPS系统的输出汇流母线并联引接，向同 一负载供电 在一路供电中断或故障时，另外一路仍然能够保证负载正常运行 既是UPS系统本身的冗余配置（2套物理上完全独立） 又是UPS输出配电上的冗余配置 此大大提高了UPS供电系统的可用性 投资是原有单总线系统的2倍以上。
适用的建筑及可信 度高的机电、制冷、 机架及网络设计

完善的管理制度和严 格的执行措施

由专职运维团队完成
管理运维 阶段
设备安装 阶段

土建阶段


外电源等的引入
机房土建及装修 落到实处的工艺设计
供配电、制冷、消防、安防、UPS等 机架安装、综合布线、网络设备、监控系统
数据中心主要规范 GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》 TIA942-2005 《数据中心的通信基础设施标准》 YD/T5003-2005《电信专用房屋设计规范》 BICSI 002–2010 《Data Center Design and Implementation Best Practices（数据中心设计 与实施的最佳实践）》
UPS1
UPS2
市电输入类别 电信行业
一类市电：从两个稳定可靠的独立电源各自引入一路供电线。该两 路不应同时出现检修停电 二类市电：允许有计划检修停电，由两个以上独立电源构成稳定可 靠的环形网上引入一路供电线；由一个稳定可靠的独立电源或从稳 定可靠的输电线路上引入一路供电线
国家规范
同步
Un、In、3相或3相＋ 中线、接地系统、技术 拓扑、切换时间
CB3
电缆 长度, 截面积, CB3和 负载之间的电缆安装 方法 输出隔离变压器 或三次谐波滤波 器
SineWave
PMM
负载 Sn, Un, kIn (启动电流)、PF (功率因数)、cos φ1 (基波电流 的相移功率因数)、谐波频谱 (IHn, φn)： IHn = n次谐波电流, φn = 第n次 谐波的相移
要求电力公司采用多路10kV引入 能分阶段逐步实施 总体投资较建设110kV变电站更为节省 满足电信行业相关规范要求，不需对选址问题进行专题论证 必要时争取每路CT调整为1000:5
外电源引入的思考
供电可靠性要求
中压应有足够的联络容量，正常时开环运行，异常时能转移负荷
任何一路线路检修或故障停运时，应能倒闸操作，通过其他线路继续向非检修 或故障段供电 任何一个馈电开关检修或故障停运时，应能倒闸操作，通过其他线路继续供电 变电站一段母线检修或故障停运时，应能使其馈出的负荷通过配电网转移，继 续供电
UPS系统输入
中压/低压变压器 Sn, Un, Uscx %(短路电压) 发电机组
中压低压 变压器
Sn, Un,
发电 机组
MLVS 主低压开关柜
X"d = (亚瞬态电抗， 计算电压失真度) X'd = (瞬态电抗， 计算短路电流)
断路器 In (额定电流)、使用分断 能力、Ir(过流整定)、Im(短 路整定)、Inst(瞬时整定的 整定)、脱扣装置的类型
Availability
安全性
Safety
数据中心供电系统框图
应具备高安全性
UPS系统构成
用户需求
负荷大小 系统近期及终期负荷需求 负载的重要程度 负载对配电系统的要求等 对供电条件、机房情况等进行详细的勘察 A类为双电源输入负荷 B类为单电源关键负荷 C类为单电源负荷 三电源负荷可视为A类及B类负荷的组合