淺談有線網絡數據中心供配電係統架構的設計與實現

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定 201801

【摘要】江蘇有線數據中心的供配電係統為(wei) 前端機房、模塊化數據機房、監控大廳和製冷、消防設施提供可靠電能，是保障數據中心運行的核心設施。本文從(cong) 安全供電的角度，重點闡述了江蘇有線數據中心供配電係統架構的設計與(yu) 實現。

【關(guan) 鍵詞】數據中心，供配電，雙總線，不間斷電源

0引言

        江蘇有線數據中心是國家幹線網在華東(dong) 的節點站，為(wei) 全省2700萬(wan) 有線電視用戶提供播出信源，為(wei) 省內(nei) 數百萬(wan) 寬帶用戶提供互聯網接入，同時為(wei) 數千家金融、醫療、公安、教育和企事業(ye) 單位提供網絡服務，對業(ye) 務的安全性、可靠性有著*的要求。

        供配電係統作為(wei) 數據中心核心設施，必須為(wei) 各類業(ye) 務運行提供優(you) 質可靠的能源保障，同時還要滿足各類輔助設施用電需求，對供配電係統提出了較高的建設標準。因此，江蘇有線數據中心供配電係統依據安全、實用、經濟、靈活的原則進行設計，在保證滿足各類負荷安全用電的基礎上，還要考慮係統的可擴展性，可維護性。下文主要從(cong) 安全角度，淺述江蘇有線數據中心供配電係統架構的設計與(yu) 實現。

1用電負荷安全等級劃分

        數據中心供配電係統根據不同種類負荷對電源可靠性要求的不同，對用電負荷進行安全等級劃分和分類供電保障設計。

1.1負荷

        機房IT負荷供配電設備、連續製冷係統、機房監控係統、消防供電係統、應急照明用電、冷源設備以及機房區日常照明。

        1）IT供配電係統設計參照國標的高可靠性配電係統標準，使用2N配電方式，並通過雙路進線電源相互備份，滿足進線電源無單點故障的要求。

        2）連續製冷係統用於(yu) 保證數據中心在市電故障、柴油機未啟動時仍有足夠的製冷能力，在數據中心的整體(ti) 可用性中發揮著至關(guan) 重要的作用，使用UPS為(wei) 冷凍水係統的水泵、機房內(nei) 精密空調風機供電，並設置冷凍水蓄冷池。機房空調正常情況下由市電供電、油機保障，在市電和油機失效時，有UPS保障，以提供機房機櫃的製冷。

        3）機房監控係統為(wei) 整個(ge) 數據中心重要的操作、維護與(yu) 管理平台，其配電係統應能保證在市電斷路時，係統仍能正常使用，因此由UPS為(wei) 其供電。

        4）消防供電係統主要為(wei) 消防設備、消防報警係統、消防聯動控製設備提供配電。按照國家相關(guan) 規範，應使用雙路市電供電，並由柴油發電機保證其電源供應的不間斷性。

        5）機房應急照明應保證機房等重要區域在異常狀況下保持正常運行的照明能力，使用EPS電源供電，並保證疏散指示照明配備90分鍾後備電池，保證停電後，機房照明係統仍可使用。

        6）機房重要動力供電主要指為(wei) 冷凍站冷水機組、水泵、IT機房、UPS機房空調設備提供供電，包括機房精密空調、機房消防排煙係統及其他與(yu) 機房環境相關(guan) 的動力設備的供配電係統，該類係統可以接受因為(wei) 市電故障所引起的關(guan) 機重啟，不需要使用UPS進行不間斷供電，但必須使用柴油發電機後備，以保證供電鏈路故障或市電缺失階段仍然可用。

1.2二級負荷

        非關(guan) 鍵動力係統、日常維護、維修和照明係統用電。機房維護用電需要在市電缺失階段保證同樣可用，以實現該階段內(nei) 的係統故障維護。負荷安全等級劃分及電源保障規劃如表1所列。

2供配電係統安全架構設計

        江蘇有線三網融合數據中心設計總電力容量為(wei) 32MW，分兩(liang) 期建設，一期為(wei) 24個(ge) 機房，容量18MW，二期為(wei) 16個(ge) 機房，容量14MW。數據中心按照GB50174《數據中心設計規範》機房設計，配電係統采用2N雙總線冗餘(yu) 設計，配電係統可靠性為(wei) 99.998%，其安全冗餘(yu) 架構如下。

2.1外部市電安全保障

        一期供電需求為(wei) 18000kVA，設計兩(liang) 路來自不同變電站市電，兩(liang) 路市電分別來自光華變和西崗變，共4個(ge) 回路，數據中心設立4個(ge) KB所。一期建設2個(ge) KB所，引入4路10kV市電，每路8000kVA，總容量為(wei) 32000kVA，實現外市電單路滿載的全冗餘(yu) 安全備份。確保數據中心外部市電接入的可靠性和安全等級，兩(liang) 個(ge) 變電站至三網融合樞紐數據中心的距離分別為(wei) 600m和3km，市電接入布如圖1和2所示。

2.2柴油發電機保障

        為(wei) 了進一步提升供電的可靠性，應對外部市電突發大麵積的停電發生，三網融合樞紐數據中心另配備備用功率2000kW的10kV自備發電機17台（其中一期9台，二期8台），在市電發生停電時，啟用發電機給數據中心供電。如圖3所示。

2.3冗餘(yu) 的中低壓配電架構

        江蘇有線三網融合樞紐數據中心一期共設置了2個(ge) KB所、10個(ge) 低壓配電室，采用2N的冗餘(yu) 架構，每個(ge) KB所分別引入光華變和西崗變的10kV市電，並設有中壓的母聯裝置，實現10kV中壓的互聯互投。確保一路中壓停電或故障或常規檢修時，另一路市電提供後端的供電。

        一期配電係統共設計了20台1600kVA幹式變壓器，每個(ge) 低壓配電室安裝兩(liang) 台變壓器，取自兩(liang) 路不同的10kV外電，兩(liang) 路低壓係統之間均可以實現低壓互聯互投，確保一路中低壓停電或故障時，另一路市電提供後端的供電。

2.5空調配電的保障

        三網融合數據中心空調係統采用高效的離心冷凍水機組、冷凍/冷卻水泵、冷卻塔。為(wei) 了滿足空調係統在應急情況下的機房環境溫度的保障與(yu) UPS後備的時間保持一致，除了設置的蓄冷罐外，對冷卻水泵和末端精密空調增加了UPS的供電保障措施。與(yu) UPS後備15分鍾後備時間相匹配。

2.5.1末端空調的配電保障

        數據中心末端的精密空調的供電安全保障采取兩(liang) 種方式：

        1）應急情況下UPS供電

        機房末端精密空調在正常運行時，采用市電供電，在市電中斷時通過ATS自動切換到UPS供電，見圖8。

        2）同一組空調的配電來自不同的配電係統

        數據中心每個(ge) 模塊化機房設計了6台末端精密空調，將每個(ge) 模塊化機房的6台末端精密空調分為(wei) 兩(liang) 組，1、3、5的末端精密空調配電來自配電房1、2、4、6的末端精密空調的配電來自配電房2，兩(liang) 個(ge) 配電房在距離和防護上做了嚴(yan) 格的物理隔離。其目的是為(wei) 了防止配電房的突發事件（如火災）引發電力中斷，確保在這種突發的情況下，有一半的末端精密空調工作，繼續維持該機房的製冷，延長機房溫升的時間，見圖9。

2.5.2冷凍水泵的供電保障

        冷卻水泵正常運行時，UPS運行在ECO的模式，實際上采用交流直供的經濟運行模式，當市電中斷時自動由UPS接管，保持冷卻水泵的持續運行，不僅(jin) 是滿足應急保障的要求，同時達到節能效果，見圖10。

2.6數據中心2N供電係統的物理安全保障架構

        江蘇有線三網融合數據中心的2N配電的架構設計上，在建築平麵布上充分考慮到配電係統物理安全，一期不僅(jin) 設置了2個(ge) 獨立的KB所，同樣在每層樓設置了兩(liang) 個(ge) 配電房，將2N的配電係統分別安裝在各自獨立的配電房中，在一個(ge) 配電房發生突發的配電中斷事件時，另一個(ge) 配電房繼續給模塊化機房的IT設備和空調設備供電，確保業(ye) 務連續性。如圖11所示。

3供配電係統運行情況分析

        江蘇有線三網融合樞紐中心建成後已有5個(ge) 模塊化數據機房投入運行使用，從(cong) 2019年元旦至3月底，光華線計劃性停電累計1.5小時，西崗線計劃性停電累計20分鍾，KB1可靠率為(wei) 99.93%，KB2可靠率為(wei) 99.99%，發電機累計運行1小時50分鍾，機房樓層配電可靠率為(wei) 99%，*數據中心各類負荷用電需求。

4安科瑞列頭櫃及監測產(chan) 品介紹

        隨著數據中心的迅猛發展，數據中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數據中心配電係統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。

        AMC係列數據中心精密配電係統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能係統，為(wei) 交直流電源配電櫃提供精確的電參量信息，並可通過通訊將數據上傳(chuan) 到動環監控係統，實現對整個(ge) 數據機房的實時監控和有效管理，為(wei) 實現綠色IDC提供可靠保證。

4.1精密配電管理解決(jue) 方案

4.1.1交流係統

        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(guan) 狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

        2）配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀(yi) 表PZ72L-E4

電流互感器AKH-0.66-30I-XXA/5A

4.1.2直流係統

        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(si) 狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

        2)配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀(yi) 表PZ72L-DE

霍爾傳(chuan) 感器AHKC-F-XXA/5V開關(guan) 電源SBD-30（48V）

4.2產(chan) 品規格

說明：■為(wei) 標配功能。

4.3配套附件

5安科瑞母線槽監測產(chan) 品介紹

5.1概述

        數據中心小母線係統是數據中心末端母線供配電係統的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發展和更高需求，智能小母線係統逐漸被應用於(yu) 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(ge) 機櫃內(nei) 的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nei) 可設置監測模塊，將數據上傳(chuan) 至動環監控中心。

5.2AMB智能小母線管理係統

        1）交流係統功能：

        遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，係統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機櫃溫度、機櫃濕度、開關(guan) 狀態、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(guan) 狀態、開關(guan) 跳閘；

        2）直流係統功能：

        遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機櫃溫度、機櫃濕度、開關(guan) 狀態、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(guan) 狀態、開關(guan) 跳閘；

5.3產(chan) 品介紹

說明：■為(wei) 標配功能。

6結束語

        數據中心往往承載著企業(ye) 的核心業(ye) 務，是企業(ye) 的信息樞紐，供配電係統作為(wei) 數據中心的核心設施，其網絡架構設計直接關(guan) 係到供用電的安全性、可靠性和可維護性，因此在數據中心建設計階段，就應該充分考慮各類用電需求，明確不同負荷的用途、用電量和對用電安全等級的要求，根據具體(ti) 需求設計適用的供配電架構，才能建成一張安全可靠、簡潔高效的供配電網絡，為(wei) 業(ye) 務提供穩定的能源保障。

參考文獻：

【1】鍾景華.中國數據中心技術指針[M].機械工業(ye) 出版社（北京）2014.

【2】鄒芳明，俞小玲，楊曉平. 線網絡數據中心供配電係統架構的設計與(yu) 實現

【3】安科瑞數據中心IDC配電監控解決(jue) 方案.2020.03版.

【4】安科瑞企業(ye) 微電網設計應用手冊(ce) .2020.06版.

作者簡介：簡婷，女，現任職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要從(cong) 事數據中心智能小母線監控的研發及應用。