数据中心供配电系统方案设计

范炜

（中国建筑东北设计研究院有限公司（郑州））

1 工程概况

本工程为某信息港在建数据中心项目，单体建筑类别为丙类多层厂房建筑，地上四层，单层面积约10000m2，每层建筑由数据机房区、支持及辅助功能用房组成。其中，机房支持功能用房包括变配电室、电池室、冷冻站、空调机房、动力站房、消防设施用房等；机房辅助功能包括进线间、消防和安防值班室等区域。

2 设计原则

根据项目实际情况，考虑机房需要布置高密度功率机柜和绿色节能性，该项目采用高密度模块化数据中心设计方案。模块化机柜信息详见图1和表1。

图1 模块化数据中心方案图

表1 模块化机柜组件名称

根据数据中心的使用性质、管理要求及其数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度，我国规范将数据中心划分为A、B、C三级。本工程确定为A级数据中心机房，规范对A级数据中心机房具有以下要求[1]，如表2所示。

表2 数据中心A级机房电气技术标准

3 负荷计算

3.1 负荷等级

一级负荷及特别重要负荷：数据中心机房内IT设备、机房空调冷水机组、机房冷却水泵、空调冷却塔、消防设备、重要设备间空调、机房区重要照明、应急照明、安防系统用电、弱电机房用电等均为一级负荷；其中机房内IT设备、机房空调冷水机组、机房冷却水泵、空调冷却塔、消防设备、应急照明为一级负荷中特别重要负荷。

二级负荷：除一级负荷外的动力负荷、走道照明。

三级负荷：其他一般照明、办公用电、泛光照明等。

3.2 负荷计算

以首层建筑平面为例，左右半区功能房间完全对称。因此，为了便于计算，做如下设定：将左半区域负荷划为模组1，右半区域负荷划为模组2。

根据提供资料及大楼用电负荷（模组1），设置两台2500kVA变压器（A1T1/B1T1）专供IT设备和部分公区建筑等用电，每组变压器配置两组600×3kVA UPS专供该楼层IT设备用电。负荷计算如表3所示。

表3 变压器A1T1/B1T1总负荷计算

设置两台2500kVA变压器（A3T1/B3T1）供三、四层空调设备和3#、4#冷却泵、冷却塔、冷冻水泵和部分公区建筑用电，每组变压器配置600kVA×3+600kVA×1 共4台UPS，专供空调、二次水泵负荷用电。

4 供配电系统

4.1 高、低压配电系统

数据中心采用两路独立的10kV电源供电，两路电源同时工作，分列运行，互为备用，每路电源保证100%容量。高压配电室的两路10kV电源之间采用单母线分段运行方式。备用电源采用10kV柴油发电机组，当两路市电都故障时，柴油发电机组投入。高压供电原理图如图2所示。

图2 高压供电原理图

低压配电系统中，变压器低压侧采用单母线分段方式运行，每组变压器捉对运行，互为热备（A/B两路电源），当一台变压器故障，另一台能够承担全部负荷，满足2N冗余要求。两路主进和联络开关最多两个同时合闸，低压断路器设置过载长延时、短延时、瞬时脱扣器。

本工程选用高频模块化UPS设备。高频机UPS是现阶段最常用的UPS设备，其具有电能质量好、电源效率高、造价低、可靠性强等优点。每个总线UPS系统采用（N+1）冗余方式，整个系统UPS采用2（N+1）配置，即每路UPS均采用“1+1”冗余并机系统，UPS并机后经输出列头柜向负载供电。根据规范要求，UPS系统需设置静态旁路和手动维修旁路，蓄电池最少备用时间不小于15min。

系统联锁关系要求如下：

1）两路市电电源进线断路器分别与计量柜手车之间设电气联锁，只有断路器断开时，才允许计量柜断开；反之，只有当计量手车闭合时，才能闭合进线断路器。

2）两路市电电源进线断路器及母联断路器只允许两个同时合闸，3个断路器间应有电气连锁，市电和柴油发电机断路器不允许同时闭合。进线断路器和分闸状态详见表4。

表4 进线断路器和分闸状态表

4.2 备用电源系统

由于A级数据中心数据丢失或网络中断在经济或社会上将造成重大损失或影响，因此数据中心必须有稳定、可靠的电源。为保证电源的连续可靠性，需要用柴油发电机组作为备用电源。要求备用应急电源能满足全部应急保障设备负荷需求，承担数据中心全部重要负荷，包括IT负荷，机房空调和制冷设备系统、机房照明、应急照明、平时工作需要的消防负荷等。

按稳定负荷计算发电机组容量，以E1柴发并机系统为例，E1机组作为1#、2#高压配电系统站的备用电源，即为模组1中10kV冷水机组及部分楼层配电变压器高压侧负荷供电，可参考图2 高压供电原理图。在负荷计算过程中需考虑变压器损耗，选择发电机组容量时应留有一定裕量。

E1柴发机组设置13台10.5kV，1800kW快速自启动柴油发电机组，13台柴油发电机组按照“12+1”冗余配置，12台柴油发电机组并机运行，负荷计算如表5所示。

表5 E1柴发机组总负荷计算

5 结束语

随着社会信息化日新月异的发展，数据中心的重要性日益凸显，而数据中心的供电系统在保障供电可靠性和数据安全中起到了重要作用，因此，数据中心供配电系统的设计就显得尤为重要。本文通过对一实际工程的设备选择及供配电方案进行分析与设计，并进行较为深入的阐述，以便为其他类似工程提供参考。