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淺談大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供配電系統(tǒng)規(guī)劃及監(jiān)控產(chǎn)品選型

發(fā)布時(shí)間: 2021-12-13  點(diǎn)擊次數(shù): 559次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801


摘要:首先對(duì)大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷進(jìn)行分析,重點(diǎn)研究供配電系統(tǒng)的規(guī)劃要點(diǎn),為大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供參考,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。


關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;供配電系統(tǒng);規(guī)劃設(shè)計(jì)


0 引言
大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)具有很強(qiáng)的綜合性,涉及土建、機(jī)電、網(wǎng)絡(luò)、能源、消防等方方面面 [1],因此做好科學(xué)規(guī)劃意義重大。 本文重點(diǎn)研究了大型數(shù)據(jù)機(jī)房規(guī)劃中供配電子系統(tǒng),以期通過(guò)合理的規(guī)劃提高能源利用率,達(dá)到節(jié)能減排、安全高效的目標(biāo)。


1 大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷分析
供配電系統(tǒng)是大型數(shù)據(jù)中心各類設(shè)備的主要電力來(lái)源,而供配電系統(tǒng)的規(guī)劃必須與數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量、類型相適應(yīng),達(dá)到供電可靠的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。因此對(duì)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷情況進(jìn)行分析十分重要。
負(fù)荷的分級(jí):根據(jù)我國(guó) 2017 年頒布的《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174-2017),一般根據(jù)規(guī)模、性能、重要性等因素將數(shù)據(jù)中心劃分成 A、B、C 三個(gè)級(jí)別,其中 A 級(jí)最高,C級(jí)。顯然不同級(jí)別的數(shù)據(jù)中心,其供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是有區(qū)別的,但從應(yīng)用的角度考慮,對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房而言,無(wú)論是什么級(jí)別,都應(yīng)保證在發(fā)生一次意外事故的情況下仍可正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)負(fù)荷也可以分為三個(gè)級(jí)別,考慮到機(jī)房中的大量服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均要求連續(xù)不間斷工作,不允許供電中斷,因此大型數(shù)據(jù)機(jī)房大部分負(fù)荷都是一級(jí)負(fù)荷,要求采用雙電源供電。
大型數(shù)據(jù)中心的主要負(fù)荷:大型數(shù)據(jù)中心最重要的負(fù)荷是數(shù)據(jù)生產(chǎn)交換設(shè)備,例如服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)器等,這些設(shè)備應(yīng)保證任何情況下都不能斷電,因此必須作為特別重要的負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)供配電方案,采用兩路市電進(jìn)線或柴油發(fā)電機(jī)等應(yīng)急電源保證特殊條件下的連續(xù)供電。制冷設(shè)備也是大型數(shù)據(jù)中心的重要負(fù)荷,因?yàn)榇竺芏鹊闹鳈C(jī)分布會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量散發(fā)大空間中使機(jī)房環(huán)境惡化,如果制冷設(shè)備由于斷電而停止工作,機(jī)房溫度將迅速上升,很容易釀成大面積的設(shè)備宕機(jī)或燒壞。所以制冷系統(tǒng)中涉及的空調(diào)主機(jī)、冷凍水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備均屬于一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心的動(dòng)力設(shè)備允許出現(xiàn)短暫的電力中斷,但應(yīng)該由 UPS 和柴油發(fā)電機(jī)等備用電源及時(shí)接續(xù)電力,也可認(rèn)為是一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。另外,還包括消防設(shè)備和安防設(shè)備,均作為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷進(jìn)行供配電規(guī)劃。


2 總體規(guī)劃要求
大型數(shù)據(jù)中心一般是對(duì)外開放的商業(yè)性計(jì)算資源,為了滿足客戶需求,規(guī)劃時(shí)應(yīng)保證其高可靠性和高安全性。對(duì)于*數(shù)據(jù)中心,必須做到7×24有人值守,不允許發(fā)生單點(diǎn)故障,要求很高的容錯(cuò)能力。為了減少成本、提高收益,機(jī)房規(guī)劃應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性原則,盡量減少初始投資和后期運(yùn)維費(fèi)用。大型數(shù)據(jù)機(jī)房由于工程浩大,因此需要滿足一定的靈活性和可擴(kuò)展性,為數(shù)據(jù)中心的分期建設(shè)和分期投運(yùn)提供保障。但數(shù)據(jù)中心的整體容量規(guī)劃以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須一次性完成,避免給供配電系統(tǒng)的規(guī)劃帶來(lái)不必要的麻煩。因此,高壓配電系統(tǒng)的規(guī)范應(yīng)與所申請(qǐng)的配額相適應(yīng),有針對(duì)性地確定供電系統(tǒng)的容量和變壓器型號(hào)。大型數(shù)據(jù)中心不允許出現(xiàn)設(shè)備斷電事故,因此應(yīng)急電源配置要合理,本文采用雙路市電+UPS+柴油發(fā)電機(jī)的多層次應(yīng)急供電方案。


3 大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)規(guī)劃
高壓配電系統(tǒng):從我國(guó)目前的數(shù)據(jù)中心建設(shè)情況來(lái)看,供電等級(jí)以 35kV/10kV/6kV/3kV 幾種類型為主,以 10kV 的應(yīng)用較為廣泛,具體等級(jí)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行規(guī)劃。主接線的母線可選擇有匯流或無(wú)匯流方案,配線則采用放射型或樹型。高壓配電系統(tǒng)必須具備高可靠性,采用雙路電源并聯(lián)進(jìn)線,同時(shí)接入U(xiǎn)PS 和柴油發(fā)電機(jī)等多種應(yīng)急供電系統(tǒng)。變壓器必須采用容錯(cuò)配置,采用雙路市電進(jìn)線,必要時(shí)采用雙備份設(shè)計(jì)。
應(yīng)急電源系統(tǒng):應(yīng)急電源系統(tǒng)規(guī)劃是大型數(shù)據(jù)中心供配電規(guī)劃的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。筆者推薦使用 N+1 配置柴油發(fā)電機(jī),每組柴油發(fā)電機(jī)又單獨(dú)作為一套 2N 電源后備。在接線方案上,根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),10kV 主接線應(yīng)具有兩路電源,分別與兩段獨(dú)立的母線連接。當(dāng)市電突然發(fā)生斷電時(shí),兩路電源同時(shí)失電,此時(shí)柴發(fā)必須立即自啟動(dòng),保持母線持續(xù)供電。為節(jié)約室內(nèi)空間,柴油發(fā)電機(jī)安裝在室外即可。
不間斷電源系統(tǒng):不間斷電源在數(shù)據(jù)中心得到了廣泛的應(yīng)用,是關(guān)鍵設(shè)備之一,目前采用較多的是UPS以及HVDC,但由于后者價(jià)格昂貴,技術(shù)復(fù)雜,因此通常只有越大型數(shù)據(jù)中心才會(huì)采用,一般的大型數(shù)據(jù)中心采用 UPS系統(tǒng)即可滿足需求。本系統(tǒng)的規(guī)劃采用2N配置的UPS方案,即把兩立的 UPS主機(jī)通過(guò)切換裝置連接在一起,當(dāng)市電和柴發(fā)均無(wú)法供電時(shí),UPS自動(dòng)為數(shù)據(jù)中心接續(xù)電力。


4安科瑞列頭柜及監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出,高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案,是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率,降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的,能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息,并可通過(guò)通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理,為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
4.1精密配電管理解決方案
4.1.1交流系統(tǒng)
1)功能要求:
遙測(cè):輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度;輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度;
遙信:輸入分路的過(guò)壓/欠壓,缺相,過(guò)流,輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表       PZ72L-E4
電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A
4.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測(cè):輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
遙信:輸入分路的過(guò)壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表          PZ72L-DE
霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V 開關(guān)電源            SBD-30  (48V)
4.2產(chǎn)品規(guī)格
4.3配套附件
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5 安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹
5.1 概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來(lái),隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求,智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn),即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測(cè)模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
5.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1)交流系統(tǒng)功能:
遙測(cè):三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、電纜溫度,系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
遙信:過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
2)直流系統(tǒng)功能:
遙測(cè):電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率;
遙信:過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
5.3 產(chǎn)品介紹
說(shuō)明:■為標(biāo)配功能。
6 結(jié)語(yǔ)
本文提出的大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)規(guī)劃方案在某企業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行了實(shí)施,目前已持續(xù)運(yùn)行一年,期間成功處理了多次外電斷電事故,使企業(yè)免遭損失。實(shí)際上,本文的規(guī)劃方案是立足于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的,隨著技術(shù)的進(jìn)步,一些采用新風(fēng)自然冷卻技術(shù)的大型數(shù)據(jù)中心也開始得到應(yīng)用,本文的規(guī)劃方案對(duì)于此類新型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)規(guī)劃也有重要的參考價(jià)值。
【參考文獻(xiàn)】
【1】 韋作韜. 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的節(jié)能方案 [J]. 通信電源技術(shù),2019,36(08):66-67.
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【3】 安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.
【4】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.



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