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數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電配電及能效管理系統(tǒng)設(shè)計方案介紹 安科瑞 許敏

 更新時間:2023-10-11 點(diǎn)擊量:296

摘要:現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計算機(jī),對于這種場所的電力供應(yīng),都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效,這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng),它是一個交叉的系統(tǒng),涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等,每個系統(tǒng)互相交叉,互有影響,這就使我們在設(shè)計時需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設(shè)計。

系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中都包括大量的計算機(jī),對于這種場所的電力供應(yīng),都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時間都有效,擴(kuò)容容易,維護(hù)簡便,容錯力強(qiáng),主要的是性價比高。數(shù)據(jù)中心機(jī)房是現(xiàn)代信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程,為各個業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境,而機(jī)房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動脈,供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定,能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng),它是一個交叉的系統(tǒng),涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等,各個系統(tǒng)互相交叉,互有影響,這就使我們在設(shè)計時需要考慮多方面的因素。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計

供配電系統(tǒng)的布置 

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)主要設(shè)備有:UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機(jī)等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大,對于這些設(shè)備的擺放位置既要考慮功能上的需求,又要考慮空間和承重的需要,還要考慮對外界的危害。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨(dú)立的配電間、變配電所,UPS 電源機(jī)房應(yīng)靠近設(shè)備機(jī)房(負(fù)荷中心)布置,這樣能保證從UPS輸出到用電設(shè)備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機(jī)、配電柜與蓄電池組是否需要分隔,按照數(shù)據(jù)中心等級的要求決定,另外還需要考慮到UPS屬于大型設(shè)備,重量比較大,噪聲大,需要擺放在一個承重比較好,并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇,主要考慮功能上的需求,配電柜應(yīng)在滿足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上,盡可能靠近供電負(fù)載。發(fā)電機(jī)房宜設(shè)置在地面一層,當(dāng)發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下層時,應(yīng)特別注意進(jìn)、出風(fēng)通道能否滿足要求,應(yīng)注意發(fā)電機(jī)組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。

變配電所、發(fā)電機(jī)房、UPS電源機(jī)房均應(yīng)留有足夠的面積,可與設(shè)備機(jī)房同步發(fā)展,應(yīng)對設(shè)備機(jī)房面積擴(kuò)展或設(shè)備機(jī)房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設(shè)計用于數(shù)據(jù)中心的建筑,應(yīng)注意其是否滿足設(shè)備安裝和線路敷設(shè)的要求,包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖,采用雙路110kV進(jìn)線,配置10kV柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源,UPS采用冗余供電方式,末端精密配電柜和精密空調(diào)均采用UPS供電,提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定性,見圖1。

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供配電系統(tǒng)設(shè)計 
市電動力配電系統(tǒng)設(shè)計

為了提高數(shù)據(jù)中心供電可靠性,減少電網(wǎng)故障的干擾,大型數(shù)據(jù)中心一般采用110kV甚至更高電壓等級市電電源,根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姉l件確定。市電動力配電主要用于供給機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風(fēng)、維修插座、一般動力、UPS設(shè)備等。市電動力配電一般由大樓總配電柜饋出的動力供配電系統(tǒng),采用50Hz交電,380/220V三相五線電源,TN-S接地方式,零線和地線分開設(shè)置且零地線之間電壓小于1V。

一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心宜引入兩路市電電源,條件受限制時也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時,宜為冗余關(guān)系,也可作為供電容量擴(kuò)展關(guān)系。

每一路市電電源的供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級負(fù)荷的需求,包括UPS電源系統(tǒng)、機(jī)房精密空調(diào)、機(jī)房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級負(fù)荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗余,正常時應(yīng)同時供電運(yùn)行,兩路電源在負(fù)荷設(shè)備輸入端自動切換。

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末端配電系統(tǒng)

機(jī)房UPS、精密空調(diào)電源系統(tǒng)輸入應(yīng)設(shè)置專用的輸入配電柜。電源系統(tǒng)輸入配電柜應(yīng)引接兩路電源、自動切換。UPS 電源主機(jī)的主電源和旁路電源應(yīng)分別引入,并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用三相配電,末端分相,以利三相平衡。

機(jī)房配電柜、UPS電源柜落地安裝,動力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝,配電柜及其他電氣裝置的底座應(yīng)與建筑樓地面牢靠固定,并接地,機(jī)房內(nèi)應(yīng)分別設(shè)置維修和測試用插座,且有明顯區(qū)別標(biāo)志,測試用電源插座應(yīng)由UPS供電,維修插座由市電供電。所有線路的敷設(shè)是要以設(shè)備布局和設(shè)計圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行,設(shè)計時考慮供電距離盡量短,機(jī)房內(nèi)的電源線、信號線和通信線應(yīng)分別鋪設(shè),不能共走同一線槽,UPS電源配電箱(柜)引出的配電線路,穿鍍鋅鋼管,沿機(jī)房活動地板下敷設(shè)至各排網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器機(jī)柜,使用插座或工業(yè)連接器為機(jī)柜供電。

精密配電柜

精密配電柜是為數(shù)據(jù)中心的設(shè)備機(jī)柜提供電源的末端配電設(shè)備,一般采用雙回路供電,電源分別來自兩臺冗余的UPS,分為交流和直流供電,一般放置在機(jī)柜陣列的兩端,也稱列頭柜,如圖6所示。

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安科瑞精密配電監(jiān)控解決方案針對精密配電柜監(jiān)控數(shù)字化要求,方案包括交流(AC220V)、直流(DC-48V/240V/336V)系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機(jī)模塊、開關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測兩路主進(jìn)線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù),可以在本地觸摸屏顯示,同時可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報警。


數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)設(shè)計

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、UPS的實(shí)時監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動環(huán)監(jiān)測,幫助數(shù)據(jù)中心管理者了解數(shù)據(jù)中心能源運(yùn)行情況,并關(guān)注消防和電氣安全,及時預(yù)警異常情況,保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行。除了變電站、柴油發(fā)電機(jī)和UPS運(yùn)行監(jiān)控以外,特別是針對數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié),系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個回路的電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

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電力監(jiān)控

監(jiān)控110kV變電站、10kV開閉所、10/0.4kV低壓變配電室配電系統(tǒng)運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、越限報警、故障分析、電能質(zhì)量分析、運(yùn)行報表等功能。

結(jié)束語

不同用途或等級的數(shù)據(jù)中心對可靠性的要求不同,直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資和運(yùn)營成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心主要的基礎(chǔ)設(shè)施,應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和規(guī)劃,并根據(jù)數(shù)據(jù)中心對供電可靠性的要求,在供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形式等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。同時,還應(yīng)充分運(yùn)用成熟有效的節(jié)能措施和能效管理系統(tǒng),降低供配電系統(tǒng)的損耗,減少運(yùn)營成本。




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