大型数据中心UPS供电系统设计

大型数据中心U P S供电系

统设计

Prepared on 22 November 2020

1项目简介

该项目机房面积近1万，机柜安装容量约7000kW，是一个具有高可靠性要求的机房，承担着重要信息的存储和运算，是企业运作的基础和中心。其供电系统构成要求安全、可靠、连续，能够提供连续、良好的供电，不会因为某种外部原因造成供电的中断，即使在偶然的人为操作失误情况下，也能够提供连续供电。其所有机柜、机房精密窄调、空调前端设备、机房照明、监控室、监控设备都对供电有极高的要求。

该机房选址在一个大都市的外围，地理环境良好，市政条件充足，有稳定的电力供应，有不错的供电历史纪录。能够提供稳定的市电电源作为机房的主电源，能够同时提供二路来自不同上级电源的供电线路。

2系统设计

下面对机柜配电的系统设计，对约束系统设置、提高系统可靠性等分别进行论述。作为一个重要的大型灾备机房，建立自己的发电机电源系统也是必须的。本工程设有一座柴油发电机房，为机房提供备用电源。柴油发电机组考虑冗余设置，当某台发电机故障时，其所带负荷能够从另一台发电机得到全部所需电力。

使用双转换式UPS为本系统提供电源是勿庸置疑的。采用何种容量的UPS，构成一个怎样规模的系统，系统形式的确定是我们首先要考虑的。一个合理、可靠的系统一定是规模适中，构成简单，部件可靠的系统，有着良好的可用性、可操作性、安全性，能够向负载提供没有干扰、幅值和频率都在严格允许范围内的交流电力。

首先需要确定系统规模、系统形式、基本的UPS单元容量等。结合以往工程经验及主要供货商的产品规格，我们认为用800kVA的UPS并联构成1600kVA规模的UPS配电系统是合适的。需要并联的UPS单元数量少，仅用两台UPS即可。其输出配电母线为3200A，电磁兼

容性好，可以提供较大的配电容量，减少配电母线数量，简化系统构成。其对上级电源的要求，以现在的变压器、发电机产品来说，也能够满足。800kVA的UPS对于主流UPS供应商也是一种成熟稳定的产品，有着较高的性价比。

比较各种UPS配电系统，对于像银行灾备中心这样的机房，我们最终确定采用2N容量的UPS，组成分布式冗余配电系统为机房配电。这是一种非常灵活的系统设置，系统结构清晰，线路冗余度很高，彻底避免了配电系统的单点故障问题。我们首先从终端负荷侧开始，从确保冗余的角度，一级一级向上介绍本系统。

对于任意一个设备，同时提供二路电源，每路电源均能够满足该设备需求。二路电源中一个为常用电源，另一个为备用电源，二路电源同步。当常用电源断电或者电源质量不能满足设备需求时，设备可以立即从备用电源获得供电，确保设备运行的连续性。

这二路电源均由机房内设置的配电柜提供，每组机柜均配置了二台配电柜，每台配电柜都能够提供全组设备的电能需求，他们为每台机柜同时提供二路电源。在正常使用情况下，每台配电柜仅为一半的负荷提供常用电源，为另一半负荷提供备用电源。

这二台配电柜的每一台均同时从一对UPS配出母线获得电源，二路UPS配出电源经STS静态转换开关，可以实现电源的即时切换，保证配电柜电源及输出的连续性。

每一对uPS配出母线电源是由二套UPS系统提供的，它们同时工作，每套均能够满足所有接入负荷的容量需求，正常情况下，他们各自负担一半的负荷需求，当一侧UPS电源故障时，另一侧可以保证整个系统的供电连续性。系统形式如图1所示。

图1系统形势图

来自变压器和发电机的电源经过带旁路装置的自动切换开关柜切换后，分别供给两台UPS、公共静态旁路柜、手动旁路柜电源。正常情况下，两台UPS并联为负载提供电能，

UPS电源取自市电变压器。当市电电源故障时，UPS自蓄电池取得直流电源，同时启动发电机组，并等待市电电源故障原因分析，争取通过联络开关等的操作恢复市电供应。如果市电电源无法恢复，或者等待时间超过一定时间，则通过自动切换开关接入发电机电源为UPS供电。当任意一台UPS的逆变器发生故障或者负载超过UPS的过载能力，系统自动切换到旁路交流输入。手动旁路柜是为保证在某些设备检修等情况下，以“低级”方式向负载供电而设置的。

我们确定UPS的电源是由市电电源或者发电机电源来连续供应的，蓄电池电源仅保证UPS 电源的不间断，在电源转换期间维持供电。在这样的原则下，综合考虑系统可靠性，可操作性、蓄电池机房面积、蓄电池造价等因素，我们选定蓄电池供电时间为15rain。

在该项目中，设计有两座UPS机房，彼此分开，每座UPS机房均布置有4套1600kVA的UPS电源。自UPS机房配出的UPS电源以母线的形式向各机房配电。

在该项目中，单台机柜容量较大，以7kW容量机柜为主，有部分机柜容量为10kW，各机房内机柜数量众多，1600kVA的供电容量一般仅能供给一至二个机房。为简化系统构成，提高可靠性，直接用插接开关形式从母线处取得电源，为机房内配电柜供电。

为提高系统可靠性，UPS配电母线从不同的UPS机房引来，沿着不同的通道引至机房，为同一机房配电的两条母线敷设在机房两侧。两条母线在任何时候不会在同一空间出现，避免因发生事故，造成破坏，同时影响两条母线。

为同一组设备提供-二路电源的两台配电柜也分别设置在机房两端，每台配电柜同时自两条母线取得电源，两台配电柜同时向负载配电。配电柜通过敷设在机柜下的线槽向机柜配电。

为满足零线对地电压不超过lV的规定，采用在机房配电柜内设置隔离变压器(接线组别为Dyn11)的方法。自UPS取得的电源为三相三线，经隔离变压器转换为三相四线，带零线电源。这种方法同时对于减小三次谐波的危害，降低配电系统造价有积极影响。

机房配电柜为智能型配电柜，每个配出同路的电流值均得到实时监控，当其电流值达到预设阂值时可以自动报警，提醒值班人员检查相关线路及设备。配电柜内的隔离变压器，母排电压等状态均得到监控。

为切实提高系统供电可靠性，我们对整个UPS配电系统均设置有配电监控系统。通过与上级电源监控系统、UPS监控系统、机房配电柜监控系统的联网，以及对配电系统其他环节的监控，能够了解UPS配电系统的各种参数和状态，对系统异常和故障状态能够及时掌握。

这样的设计，确保了容量有冗余，线路有冗余，避免了系统的单点故障。可用性、可操作性，安全性非常高，各种设备故障情况下均能够保证供电连续性，设备检修维护也可以做到完全的电气隔离，即使不小心产生人为的错误操作，都不会造成系统供电的中断。也能够及时知晓系统的异常情况。

在配电系统的设计过程中，我们遇到了各种各样的问题，有些问题直接制约了系统的结构形式。比如设备通道的宽度、机房及走廊的层高、设备重量等，系统的造价也直接影响到系统的构成。