浅议数据中心供配电系统设计

陶赟恺

摘要：基于单位近两年来一直在准备一个大型数据处理中心项目立项的研究，结合供配电系统运维管理积累的一些经验，对数据中心供配电系统中的供电、低压配电、防雷接地等部分设计、设备选型等提出一些建议，旨在进一步探讨如何通过合理的供配电设计而构建一个节能、环保、高效的数据中心。

关键词：数据中心；系统可用性；功率密度

随着广播电视监测监管事业的发展，广播、电视、新媒体等监测监管系统越建越多，系统设计的规模也是越来越大，分而治之的运维管理模式弊端渐渐突显，统一的监测监管数据中心机房将是一种必然的发展趋势。考虑到供配电系统的设计复杂性和多样性，本文从高压供配电、UPS、低压配电等关键部分进行讨论。

一、设计原则及相关标准

数据中心供配电系统主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统、输入低压配电系统、UPS系统以及照明、防雷接地等。

供配电系统设计应该根据业务管理的规定，达到双路市电输入、柴油发电机等多路的可用电源，具备冗余构件，可进行并行维护等要求，同时兼顾考虑系统的节能环保、可扩充、便于管理等设计原则，设计时参照相关的国家、国际和行业相关的标准进行设计。

二、供配电系统设计

要做好数据中心的供配电系统的设计，要深刻理解数据中心业务对供配电系统的要求，概括起来主要是连续、稳定、平衡、分类这四项总体要求。

连续是指电网的不间断供电。只要是在容忍区内的暂态电能质量的变化对计算机等信息设备损害可以忽略，也就是说一般的供电系统切换、电压跌落等控制在20毫秒以内是不会对设备造成损害。

稳定是指要求供电电源的频率稳定，波形失真小。要求稳态电压的偏移值控制在±3%之内，一般市电供电很难满足，必须配备UPS。

平衡是要求三相电源平衡，负载在三相之间平衡有利于保护供电设备及负载。

分类是指把IT设备及相关辅助设备按照供配电保障要求进行分级，这样可以在保证整个系统可用性不变的前提下降低成本。

为了更好阐述数据中心的供配电系统的设计，本文以全媒体融合监测监管数据中心项目设计为例，其拟建规模为总建筑面积约4000平方米的4层监测设备机房，约有200个左右机柜投入使用，主要设备包括有服务器、网络设备、存储设备、信号接收解调等监测设备，参照Tier3类可用性进行设计，同时PUE指标≤1.6。

（一）供电负荷等级及容量计算

数据中心机房整体为一级负荷用户，为了更好的进行用电保障，将监测系统设备、消防用电设备、机房空调设备、应急照明为一级负荷；其余机房照明、空调、电梯电力等分为二级负荷。

随着IT设备的集成度越来越高，机房的功率密度也在不断的升高，对不同设备的机柜功率估算值也不同。一般的解调设备的功率密度较小，以2KVA/m2计算，一般的服务器、转编码设备机柜按照5KVA/m2计算，整个监测系统设备约1000kVA；监测机房空调设备约650kVA；其它办公及生活负荷约为300kVA，最大用电量为1950kVA。

在做设计的时候考虑供电及制冷的动态平衡同时要兼顾到发展需要。

（二）外部电源

该项目由场区外引来两路独立的35kV高压电源，最好从2个不同变电站引入，进入场区前一公里外埋地引入至变配电室高压配电设备。

（三）低压配电系统

选择了2台2000kVA的35/0.4型变压器，变压器绕组接线组别为DYn11。两台变压器互为备用，进线分别引自两路不同的高压电源；其中一台变压器带工艺及照明负荷，另一台变压器带机房空调及动力负荷。采用单母线分段运行，平时母联断开，当其中一台变压器停止工作后，母联开关自动闭合，由另一台变压器带起全部负荷。

（四）应急电源

为保证工艺设备的不间斷供电，项目选择了2台500kVA的不间断电源UPS，后备时间30分钟。UPS具备PC通讯电路及CAN通讯电路，为后台自动化环控预留接口。

本项目选择了1台备用功率为2000kW的柴油发电机作为本项目的备用电源，满足所有一二级负荷的用电要求。

（五）防雷接地设计

本项目按二类防雷建筑设计。防雷接地、保护接地、工作接地、弱电系统接地等共用一个接地装置，低压配电房设专用接地线进行等电位联结，并与大楼预留的总等电位盘连通。优先考虑利用建筑物基础作为接地极，要求接地电阻不大于1欧姆，实测不能满足接地电阻值的要求时增设人工接地体。

（六）照明设计

照明光源主要采用LED灯等高效、节能光源。机房及控制室、变配电室等重要房间设置应急工作照明。同时，按防火规范的要求在各有关部位设置疏散标志灯。应急工作照明及疏散标志灯采用集中蓄电池供电，电池持续供电时间不低于20分钟。

（七）设备选型

变压器选用损耗小、过载能力强、满足防火要求的树脂浇注干式变压器。变压器绕组接线组别为DYn11，以提高变压器承受不平衡负载的能力，削减谐波干扰。35KV高压开关柜选用手车中置柜，内装真空开关，采用弹簧操作机构，直流电源操作。低压配电柜选用抽屉式配电柜，低压配电柜内进出线开关分断能力不小于35KA。

三、结语

数据中心的基础设施的设计建设，直接决定了系统的可靠性，对突发事件的自动抵抗能力，系統业务的持续高效的运转，以及绿色、节能、环保等运维目标的实现。根据行业里著名的“浴盆曲线”，数据中心的可用性是可控可管理的，在数据中心所有初步设计完成后，最好采用模拟的软件对机房设计结果进行模拟分析，进行整个动环平衡进行优化设置，实现最优的建设投资和运维成本控制，达到系统建设的整体目标。

参考文献：

[1]数据中心供配电系统应用白皮书 .

[2]35～110KV 变电所设计规范（GB 5005992）.

[3]供配电系统设计规范（GB500522009）.