前言

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)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)電機等，每個系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們在布置時必須考慮多方面的因素，機房的供配電系統(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)正常運行，下面了解一下機房供電需求及系統(tǒng)的布置方案。

（一）數(shù)據(jù)中心電力需求

（1）模擴大、功率密度增高造成供電總?cè)萘康奶岣摺螜C柜負荷：2kW/臺-3kW/臺-4kW/臺—更高；單位面積平均負荷：0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高;

（2）可靠性要求——供配電系統(tǒng)的可靠性要求相應(yīng)提高。•供配電系統(tǒng)可靠性：99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高。

（二）數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)

需求分析

隨著數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，信息設(shè)備功能越來越強，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺，提高到3kVA/臺、4kVA/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高，數(shù)據(jù)中心用電負荷的統(tǒng)計應(yīng)分為兩個層次，即：UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負荷。

市電供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機房精密空調(diào)系統(tǒng)、機房照明及建筑電氣設(shè)備等。UPS供電系統(tǒng)負荷(輸入)=供電負荷+充電負荷。機房精密空調(diào)系統(tǒng)負荷=N臺主用空調(diào)機組額定負荷容量×負荷率。

UPS供電系統(tǒng)負荷(輸出)的統(tǒng)計主要包括：計算機設(shè)備、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、小型機等，在負荷設(shè)備明確時，按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計，具體負荷設(shè)備不明確時，按設(shè)備機柜平均負荷統(tǒng)計。設(shè)備機柜數(shù)量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

（三）數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)的布置

數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(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)中心機房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨立的配電間、變配電所，UPS電源機房應(yīng)靠近設(shè)備機房(負荷中心)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、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，盡可能靠近供電負載。發(fā)電機房宜設(shè)置在地面一層，當發(fā)電機房設(shè)置于地下層時，應(yīng)特別注意進、出風通道能否滿足要求，應(yīng)注意發(fā)電機組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。變配電所、發(fā)電機房、UPS電源機房均應(yīng)留有足夠的面積，可與設(shè)備機房同步發(fā)展，應(yīng)對設(shè)備機房面積擴展或設(shè)備機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。

（四）市電動力配電系統(tǒng)設(shè)計

市電動力配電主要用于供給機房精密空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風、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、二級負荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機房精密空調(diào)、機房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗余，正常時應(yīng)同時供電運行，兩路電源在負荷設(shè)備輸入端自動切換。

市電動力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設(shè)備或電箱，機房內(nèi)所有動力配電線纜必須設(shè)計橋架或鋼管敷設(shè)，市電動力配電柜具有火警聯(lián)動保護功能，出現(xiàn)火警時可與消防系統(tǒng)聯(lián)動及時切斷電源，動力配電柜、照明箱內(nèi)的開關(guān)和主要元器件應(yīng)設(shè)置有效的防雷措施。

（五）自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)中心一般采用柴油發(fā)電機組作為自備應(yīng)急電源，對于大型、高等級數(shù)據(jù)中心也可以選擇可靠性高、輸出電源品質(zhì)好、帶非線性負載能力強、體積小、重量輕的大功率燃氣輪機發(fā)電機組。一般可靠性要求的數(shù)據(jù)中心宜配置一路自備應(yīng)急電源，供電容量應(yīng)能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機房空調(diào)、機房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級負荷。

當數(shù)據(jù)中心條件受限制，且市電電源具有較高可靠性時，也可以部分或全部采用移動式發(fā)電機組作為自備應(yīng)急電源。發(fā)電機組燃料儲備量應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心等級的要求，結(jié)合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定，一般不宜少于發(fā)電機組滿負荷運行8小時的用油量。

（六）UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計

UPS配電主要用于計算機設(shè)備、服務(wù)器、小型機、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備等。UPS電源系統(tǒng)輸出一般采用三級配電方式：系統(tǒng)輸出配電柜-機房配電柜-機柜配電單元。UPS電源系統(tǒng)蓄電池組容量的計算方法有以下兩種：（1）按負荷電流計算;（2）按負荷功率計算;

按負荷電流計算的結(jié)果是蓄電池組的總?cè)萘浚缓笤龠x擇單組蓄電池的容量和組數(shù)。按負荷功率計算的結(jié)果是選定容量規(guī)格的蓄電池組數(shù)。兩種計算方法的結(jié)果可互相校驗。對于單電源輸入設(shè)備，即使已采用雙單元冗余UPS電源系統(tǒng)，也宜將其連接在其中一個單元上。對于雙單元冗余UPS電源系統(tǒng)，可將其每個單元中的部分容量視為并聯(lián)冗余性質(zhì)。對于需要雙回路供電的單電源輸入設(shè)備，宜在其輸入端設(shè)置靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS的性能應(yīng)能滿足其要求，一般轉(zhuǎn)換時間小于5～10ms。當負荷設(shè)備對零-地電壓要求較高時，可在機房配電柜設(shè)置隔離變壓器。有時候，為保證UPS故障旁路后輸出高質(zhì)量電源，往往在UPS旁路輸出端設(shè)置隔離變壓器。

數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)一般采用冗余方式供電，很少采用單機供電。冗余方式供電能在一臺UPS設(shè)備故障時，仍然能夠滿足機房內(nèi)重要設(shè)備的用電需求，這是單機供電所不能達到的。從冗余式配置方案來看，常用的有以下幾種方式：

（1）熱備份式冗余UPS供電方式

主機帶負載，備機空載或帶非重要負載，備機接入主機的BYPASS(旁路)輸入端。這種方式布置比較靈活，不需要兩臺UPS同品牌，而且不要增加額外輔助電路，不增加購置成本。如果UPS主機發(fā)生了故障，那么UPS備機必須接替全部負載，這也就意味著設(shè)計時必須計算好UPS主機故障時，UPS備機所需承擔的總負載。此方式的缺陷在于UPS備機得具有階躍性負載承載能力，無法對電源系統(tǒng)進行擴容，兩臺容量不同的UPS相聯(lián)，只能按最小的UPS容量輸出。

（2）直接并機冗余UPS供電方式

為克服熱備份式冗余供電系統(tǒng)的弱點，隨著UPS控制技術(shù)的進步，具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯(lián)而形成冗余供電系統(tǒng)，為保證高質(zhì)量的并機系統(tǒng)，各電源間必須保持同頻、同相、且各機均流。此供電方式瞬間過載能力強，能夠自動均分功率，系統(tǒng)互為主備，提高供電可靠性，電源系統(tǒng)擴容方便。但是存在著環(huán)流，增加無功損耗，降低系統(tǒng)可靠性，需增加額外輔助電路，隨之而來是增加成本，增加故障點。設(shè)計時，如2臺互備，每臺按照50%帶載能力考慮，并聯(lián)的主機越多，單臺主機的帶載能力就越低。

（3）雙總線冗余供電方式

雙總線供電方式是采用兩條總線對后端設(shè)備進行供電，每條總線上具有相同的一套UPS供電方式，消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與最終用戶負載端之間的“單點瓶頸”故障隱患，以提高輸出電源供電系統(tǒng)的“容錯”功能。此供電方式能夠在線維護，在線擴容，在線升級，改善了重要總線的可用性，滿足了雙電源用電設(shè)備的需求，真正實現(xiàn)了7×24×365運行的目標。但是雙總線冗余供電方式相當于搭建了兩套前述供電方式的回路，需要增加2倍以上的成本。同時，為滿足單電源設(shè)備的供電需求，可在輸出端安裝STS，來保證供電輸出的可靠性。

（七）供配電設(shè)備的安裝和線路敷設(shè)

機房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)進行，設(shè)計時考慮供電距離盡量短，機房內(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，沿機房活動地板下敷設(shè)至各排網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器機柜，使用插座或工業(yè)連接器為機柜供電。

（八）末端PDU

電源分配單元(PDU)，顧名思義PDU應(yīng)具備電源的分配或附加管理的功能。電源的分配是指電流及電壓和接口的分配，電源管理是指開關(guān)控制(包括遠程控制)、電路中的各種參數(shù)監(jiān)視、線路切換、承載的限制、電源插口匹配安裝、線纜的整理、空間的管理及電涌防護和極性檢測。由于數(shù)據(jù)中心的幾乎所有的IT設(shè)備都已經(jīng)或者將要放置在標準機柜內(nèi)，所以，PDU作為機柜的必備附件也越來越受到相關(guān)各方的重視。

PDU電源分配器和普通電源排插相比，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在設(shè)計安排更合理、品質(zhì)和標準更嚴格、安全無故障工作時間長、各類漏電、過電過載保護更優(yōu)秀、插拔動作頻繁而不易損壞、熱升溫小、安裝更靈活方便,適合對用電要求很嚴格的行業(yè)客戶使用。也從根本上杜絕了普通電源排插的因接觸不良、負荷小而造成的頻繁斷電、燒毀、火災(zāi)等安全隱患。

總結(jié)

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和全面規(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)充分運用成熟有效的節(jié)能措施，降低供配電系統(tǒng)的損耗。若數(shù)據(jù)中心中存在不同等級的功能區(qū)域，在供配電系統(tǒng)設(shè)計中也應(yīng)區(qū)別對待，以減少不必要的建設(shè)投資和運營成本。

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