數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計

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引言

隨著信息技術的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會各界對信息系統(tǒng)的應用越來越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級增長，由此對數(shù)據(jù)中心的需求日益增加，對數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高。

近年來，不僅電信企業(yè)，政府機構以及銀行、證券、保險、互聯(lián)網(wǎng)等眾多行業(yè)也都在建設各種不同用途、規(guī)模、等級的數(shù)據(jù)中心。

1 數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的要求

信息設備功能越來越強，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設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。同時，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴大，對供電總容量的要求也從數(shù)千千伏安提高到數(shù)萬千伏安。

由于現(xiàn)代社會運行對信息、數(shù)據(jù)的依賴越來越多，對信息系統(tǒng)的可靠性、連續(xù)性要求也越來越高?，F(xiàn)行的數(shù)據(jù)中心標準、規(guī)范中一般都會對數(shù)據(jù)中心進行分級或分類，提出不同的可靠性要求，并制訂相應的建設或配置標準，例如：GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》中分為A、B、C 三級，ANSI/TIA-942-2005《Telecommunications InfrastructureStandard for Data Centers》中分為Tier1、Tier2、Tier3、Tier4 四級。本文中將數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的可靠性要求分為極高可靠性要求、高可靠性要求、一般可靠性要求三個層次。

2 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計的基本原則

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計應執(zhí)行或參照執(zhí)行國家和行業(yè)相關標準、規(guī)范，并可參考國外相關標準、規(guī)范，結合考慮數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當?shù)募夹g措施。同時，應滿足項目建設單位的企業(yè)標準、規(guī)范的要求。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計應遵循分區(qū)、分級的原則，同一功能區(qū)域內的各類設備的供電可靠性，應能保證所有設備能夠按照該區(qū)域標準的要求運行，并將供配電系統(tǒng)局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。

數(shù)據(jù)中心用電負荷密度高、總量大，其供配電系統(tǒng)設計中應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。

3 數(shù)據(jù)中心用電負荷

數(shù)據(jù)中心用電負荷的統(tǒng)計應分為兩個層次，即：UPS 電源系統(tǒng)負荷(輸出)和變配電系統(tǒng)負荷。 UPS 電源系統(tǒng)負荷(輸出)是UPS 電源系統(tǒng)設計的依據(jù)，變配電系統(tǒng)負荷是變配電系統(tǒng)和自備應急電源系統(tǒng)設計的依據(jù)。

3.1 UPS電源系統(tǒng)負荷(輸出)統(tǒng)計

具體負荷設備明確時，按設備數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具體負荷設備不明確時，按設備機柜平均負荷統(tǒng)計。設備機柜數(shù)量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

需了解負荷設備的功率因數(shù)cosφ，分別統(tǒng)計有功功率Pj kW和視在功率Sj kVA。需注意三相負荷平衡的情況，有大容量單相負荷設備時應按相分別統(tǒng)計。

3.2 變配電系統(tǒng)負荷統(tǒng)計

變配電系統(tǒng)負荷主要包括：UPS 電源系統(tǒng)(輸入)、機房空調系統(tǒng)、機房照明及建筑電氣設備等。

UPS電源系統(tǒng)負荷(輸入)＝供電負荷+充電負荷。機房空調系統(tǒng)負荷＝N臺主用空調機組額定負荷容量×負荷率。

機房照明及其它負荷按建筑電氣常規(guī)方法統(tǒng)計。日常運行負荷、充電負荷、消防負荷等還宜分別統(tǒng)計。

4 數(shù)據(jù)中心供電電源

4.1 市電電源選擇

市電電源選擇一般采用10 kV供電電壓，但其供電容量有限。某些地區(qū)規(guī)定：10 kV供電電壓，用戶受電設備的總容量為250～6300kVA，若需更大的供電容量，則需采用35kV或110kV及以上的供電電壓。

當數(shù)據(jù)中心中、遠期規(guī)劃用電負荷較大時，宜在建設初期就選擇35kV及以上供電電壓，以免供電容量不足成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的制約瓶頸。

如果采用35kV及以上供電電壓時，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心建筑形式決定其變電方式。一般，數(shù)據(jù)中心為單幢建筑時宜采用35/0.4 kV 直降方式，而數(shù)據(jù)中心為園區(qū)式多幢建筑時宜采用35/10 kV、10/0.4 kV二級降壓方式。

4.2 市電電源引入要求

數(shù)據(jù)中心的市電電源引入方式及其供電容量，應滿足不同用途或等級數(shù)據(jù)中心對供電可靠性的要求。

極高可靠性要求數(shù)據(jù)中心應從兩個獨立的電網(wǎng)變電所的專用輸出回路上分別引入一路市電電源，以專線方式沿不同的敷設路由引接至數(shù)據(jù)中心。每一路市電電源的供電容量應能滿足全部負荷或全部一、二級負荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備等。兩路市電電源的供電容量應為全冗余，正常時應同時供電運行。

高可靠性要求數(shù)據(jù)中心宜從兩個獨立的電網(wǎng)變電所，也可從一個電網(wǎng)變電所的兩段獨立的供電母線上分別引入一路市電電源，以專線方式引接至數(shù)據(jù)中心。每一路市電電源的供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應為全冗余，正常時應同時供電運行。

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，宜為冗余關系，也可作為供電容量擴展關系。