数据中心供配电系统可靠性的研究

杨诗伟

（江苏省新通智能交通科技发展有限公司，江苏 南京 210006）

近年来，数据中心在我国得到广泛应用，而供配电系统运行可靠性直接影响整体数据中心的应用水平，因此需要准确评价数据中心供配电系统的可靠性，并利用合理的方式增强其安全性。

1 数据中心供配电系统可靠性的评价措施

目前，虽然在已知供配电系统软件故障概率的情况下，能够简易性使用网络法实施可靠性的评价工作，但是数据中心供配电系统可靠性评估的网络规模很小、元器件的数量很少、故障数据的内容不足，不能精准明确原件的故障率和发生位置，因此就要使用原件故障率多元证据，将各类证据相互合成获取十分准确的故障率估测区间，而由于数据中心供配电系统元件属于市场中非常成熟的产品，每种元件的故障数据信息来源差异性很低，属于具有一致性特点的冲突不足证据，所获得的结果也无法准确评估供配电系统的可靠性，因此建议在系统可靠性评估期间针对证据理论进行改进处理，明确分析问题所在，以证据距离作为基础对证据合成公式进行改进，确保冲突不足证据合成结构负荷可靠性评估的要求。也可以将马尔科夫理论中的UPS电源并机冗余系统输出端停电数字模型作为基础，分析UPS电源单机设备在实际运作过程中的不同平稳状态概率情况，了解冗余系统输出端故障失效问题的规律，创建与停电失效相互契合的数学模型，便于准确进行系统可靠性的评估处理。

2 数据中心供配电系统可靠性的提升措施

2.1 合理控制用电负荷

要想确保相关的供配电系统运行可靠性，就应重点统计划分用电负荷与性质，主要因为用电负荷的统计直接影响变压器设备、发电机设备机组的装机容量，用电负荷性质的科学划分直接影响供配电系统的构成。其一，在统计工作中应研究动力负荷的情况，统计分析空调制冷设备、冷却水与冷冻水循环泵设备、空调机组设备、新风机组设备、给排水泵体设备、电梯设备、风机设备等各种类型用电设备的额定容量数据信息。同时还需统计分析照明的用电负荷，整合收集每个房间或功能区域对照明照度的要求数据、电源插座的数据、盘管的数据、特殊空间功能用电设备单位容量数据等，另外还需统计研究大型计算机设备或是网络设备的单台用电负荷数值，最后结合具体的用电需求科学计算用电负荷指标。其二，重点针对用电负荷的性质进行划分处理。结合我国供配电系统设计规范的标准要求，将大型计算机设备、网络设备划分成为一级用电负荷的部分；二级用电负荷的部分则是一般照明设备，客体设备与生活水泵设备，消防方面的消火栓泵设备、喷洒泵设备、消防电梯与控制中心中的报警控制器设备、应急照明系统、监控系统等；三级用电负荷的部分则是送风机设备。合理进行用电负荷与性质划分处理之后，应结合要求控制各类电器的用电量，避免因为用电负荷的不合理控制和调整出现问题，为各类设备提供可靠性的供配电支持。

2.2 科学设置供电电源

（1）选择10 kV高压电源将高压供电电源的部分设置成为两路的部分，分别由110 kV或者是220 kV的不同上级变电站供电，两路电源同步运行，相互备用，一旦某路电源出现了故障问题，就可以切换成为另外一路电源，避免出现供配电可靠性的问题；

（2）在220 V与380 V的低压电源设置的过程中，可以将其分成正常供配电、应急供配电的两种形式，其中正常供配电的部分需要引进两台变压器设备，在低压侧母线相互之间设置相应的母联断路器部件，使用单母线分段分列的形式运作，而对于应急母线的阶段则与应急联络转换开关相互连接，使其能够与主母线之间正常联络，如果两段变压器母线出现失电的现象，也就是两路市电都有故障问题，就可以启动应急性的联络转换开关，直接将其切换到应急电源部分，借助柴油机进行发电，增强供配电的可靠性。设置的应急供电电源，则需要设置柴油发电机设备和机组。按照我国相关规定要求、规范要求等，为保证一级负荷、重要负荷的供配电处于连续性的状态，除了其中的两路市电，需要设置和正常电源之间相互独立的应急电源，也就是第三路电源。并且我国在相关规范标准中提出，一级负荷、重要负荷供配需要保证在利用双重电源供电的基础上，设置应急类型的电源部分，杜绝将其和其他类型的负荷相互接入，在对机械设备供配电电源进行切换的阶段，应急电源需要保证满足设备供配电的需求。在此情况下需结合应急电源的特点与情况，设计与正常电源之间相互独立的发电机组设备、专业性的馈电线路系统、蓄电池设备、干电池设备、柴油发电机设备等，利用双电源在缓缓开关装置实现不同电源的切换处理，确保能够为数据中心大型计算机设备、网络设备等提供可靠的供配电服务。

（3）合理设置连续性运行不会出现间断问题的电源装置UPS，结合国家规范标将供电中断的时间控制在毫秒级别，使用蓄电池静止类型不会出现间断现象的供电设备。在设置不间断连续性应用的电源设备过程中，需要应用在中断供电时间在15秒钟以上的供配电领域，能够快速性自动启动相应的发电机组设备，并且自动运行的反应动作时间能够满足可靠性供配电的

基本需求，同时还需要设计具有自动化投入装置，可以与正常电源相互独立的专用馈电线路系统，将中断供电的时间控制为毫秒级，确保能够为数据中心的大型计算机设备和网络设备持续性供电，增强供配电的连续性。另外，可设计“1+1”类型的井机冗余形式连续性的供配电电源系统，此类系统在应用期间能够为数据中心的设备提供可靠度较高的供配电服务，并且两台单机设备和系统的可利用性会有所提升，允许用户在操作期间无须确保外部维修旁路开关、关键负载连续性供电的情况下，就可以进行两台单机设备与井机输出开关柜设备的维护处理[1]。

2.3 提升供电的持续性

2.3.1 高压供配电系统

（1）此类系统在设计的过程中应明确主要要求，将两路10 kV电源与不同的上级变电站之间相互连接，通过单母线分段的形式处理，设置母联断路器设备，在日常运行的过程中两段母线分别运作，一旦出现故障问题就可以手动切换，避免影响供电的连续性和持续性，只有在主进断路器之内某台设备断开之后，才能进行母联断路器的关闭处理。

（2）应使用真空断路器设备，设置25 kA或者是31.5 kA的断路器设备，在10 kV的开关柜内部区域设置氧化锌避雷器设备，起到过电压的良好保护作用。同时还要使用电动弹簧蓄能操作系统设置真空断路器的设备，引进铅锌免维护电池柜，在其中进行直流处理、继电保护处理、信号电源的控制处理。

（3）选择设置过电流保护功能、速断功能、零序电流保护功能、变压器高温报警等功能的变压器柜设备，同时利用微机综合性的保护方式实现继电保护的目的[2]。在设置继电保护过程中，应重点关注低压侧主进断路器设备与母联断路器设备的电气和机械连锁处理，对母联断路器设备应该采用手动与自动两种投入措施，自动投入措施还需设置自投自负、自投手负、自投停用状态。低压母联断路器设备自投还需设定零到一秒钟的延时时间，在低压侧主进断路器由于过载原因或是短路原因出现故障分闸现象，就不能允许母联断路器的自动化关合。对于不重要的复合回路断路器设备，应按照实际情况设置失压脱扣器，在某台变压器或某路市电出现故障的情况下，母连断路器就可以自动化投入，不重要的负荷回路也会失去压力自动断开，这样能够保证一级负荷供电与二级负荷供电的持续性，另外一台变压器设备的负载也不会超出允许范围。

2.3.2 低压供配电系统的设置

首先，在两台变压器设备的低压侧母线之间设置母联断路器设备，将其和主进断路器设备相互整合，创建电气联锁与机械设备的联锁，采用自动化与手动性投入的方式，自动化投入措施需要设置自动化投入自动化处理、自动化投入与手动处理、自动化投入与停用三种状态，将自动化投入的时间控制在1秒钟之内，如果低压侧的主进断路器设备由于过载因素或是短路故障因素出现分闸的现象，不能自动化将母联断路器关合。那么对于不重要的负荷回路断路器而言，需要设置失压脱扣器装置，在某路市电或者是某台变压器设备发生故障情况下，母联电路器就能够自动化投入运行，不重要的负荷回路也会出现失压的现象，自动断开，确保一级负荷、二级负荷供电的持续性，不会对供配电的稳定性造成影响；其次，对于主进断路器设备、母联断路器设备、馈出回路断路器设备，都需要设置过载长延时保护、短延时保护、速断保护，这样可以通过合理的保护措施预防发生延时问题、供电间断问题；最后，所设置的无功补偿形式，需要将低压集中自动化补偿方式与分散补偿方式有机整合，在每个变配电站的低压侧都必须设置集中功率因数自动化补偿设备，确保补偿以后的功率因数能够控制在0.96以上。如果存在气体放电光源灯具设备，那么就要在其中设置运行效率较高的电子镇流器部件，起到分散补偿的作用，保证在补偿以后各个灯具的功率因数能够维持在0.96以上。

2.4 强化供配电的监控力度

为确保数据中心的供配电系统运行可靠性符合标准，应强化监控力度，事前预测可能会发生的问题、提前规避故障现象或是影响系统可靠性的因素，保证整体系统良好运作。①创建智能化的供配电监控系统平台，实时化收集整合高压配电与低压配电的电气、控制、故障报警、通信等数据，保证可以全面采集与显示此类数据，便于准确了解供配电系统是否存在可靠性的隐患。在此期间应积极创建完善的智能化供配电系统综合监控与统一管理架构，采用现代化的遥测、遥控、遥信、遥感、无人值班、少人值班等技术，将其与楼宇自动化控制系统相互整合，远程进行各类供配电系统和设备的监控。②使用现代化的计算机综合监控平台创建开放性较高、灵活性较强的通信结构与监控机制，远程设置相应的终端部分，综合性完成变电站方面的监视、报警、测量等任务，设计上位监控站、现场测量系统与PLC系统，采用人机交互界面综合监控、分析供配电可靠性情况和问题，一旦发现隐患必须及时应对处理，保证系统运作的可靠性程度符合标准。③积极运用高压计量的措施，在每路电源进线外部设置供电部门所提供的专门计量装置设备，并且需要在每个变电站低压电源进线的位置与景观照明馈线回路的位置合理设置计量方面的基础设施，便于严格进行电气计量监控。④积极创建电力监控系统平台，按照数据中心供配电系统的特点，创建智能化的监控系统，对实时性收集和显示的高压配电设备与低压配电设备电气参数数据值进行动态化控制，一旦发现故障问题可快速警报，同时还能强化通信方面的管理力度，全面采集其中的信号，增强动态化监控管理水平。在此期间应积极运用分层分布类型的网络结构体系，综合进行高压与低压配电系统的智能化监控，集中统一开展管理工作，完善其中的四遥功能和无人值班功能，加强与楼宇自动化控制系统之间的整合力度，充分整合远程控制和就地监控等模式，满足节能要求并提升监控工作的有效性。考虑到在电力监控的过程中使用现代化的网络综合监控系统，通信结构非常灵活、监控系统具有开放的特点，能够利用终端进行远程控制有效完成监视工作、测量工作和报检工作，为保证整体监控工作的水平，应将系统划分成为两个层次：其一是现场综合测量设备与PLC层次，将其设置在高压与低压开关柜内部，全面采集保护开关柜等信号数据和电量数据；其二是上位监控站，可以收集第一层次的数据信息，集中化开展管理工作，增强所有系统的监控和管理效果。

3 结束语

综上所述，数据中心供配电系统可靠性具有重要的意义，因此在实际工作中应结合数据中心的供配电需求与系统情况，做好可靠性的评估工作，同时按照系统可靠性运行的需求，做好低压与高压供电的线路配置工作，提升供电的持续性，严格控制用电负荷，确保利用综合性的手段和技术方式进行供配电系统可靠性的监控分析，提前预测和预防问题，维护系统的可靠性程度。