劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要: 數據中心的設備屬計算機系列設備,IT設備的工作時間基本上是連續的,為確保數據中心的設備可靠運行,必須建立良好的供配電系統,對于*數據機房尤為重要。結合西南某大樓數據機房項目,探討了*數據中心的供配電系統設計,可為類似數據機房供配電系統設計提供參考
關鍵詞: 數據機房; A 級機房; 供配電系統; 諧波
0 引 言
隨著電子信息技術的飛速發展,數據中心建設的規模和數量不斷擴大,對供配電系統的設計要求越來越高,以確保電子信息系統安全、穩定、可靠的運行,因此要充分做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保。本文結合某大樓實際工程項目,討論數據機房供配電系統的設計,在可靠運行的情況下更加經濟合理、安全適用。
對于*數據中心機房供電系統非常重要,是維持數據機房運行的關鍵。GB 50174—2017《數據機房設計規范》中要求 *數據機房應由雙重電源供電,并且需要設置柴油發電機組和不間斷電源(UPS) 系統,且柴油發電機燃料存儲量宜滿足12h用量。
1 項目概況
西南某大樓總建筑面積為118162.99 m2, 其中數據中心總建筑面積約為 5000 m2,包括1F數據機房發電機房、7F數據機房變電所、8F和9F數據機房。功能區域包括主機房( 業務網機房、涉密機房區、中心監控區) 、管理區( 運行維護區、開發測試中心、倉庫、備件室) 和輔助用房( 機房專用空調、電力保障室、消防系統、培訓室、值班監控室、呼叫中心機房).如果該數據機房的電子信息系統運行中斷,將造成重大的經濟損失。根據規范 GB 50174—2017《數據機房設計規范》,確定該數據機房為 *數據機房。
2供配電系統設計
2.1 供電電源
該數據機房按*機房設計,電子信息設備、空調、照明等負荷均為用電負荷。采用城市10kV雙重電源供電,另設置2臺自備柴油發電機組和UPS作為備用電源。該工程變電所有功計算負荷為950kW,計算容量為1000kVA,設2臺1250kVA 的干式變壓器,變壓器負載率不超過50% 。設置2臺常用功率為1000kW( 1250kVA) 自備數據柴油發電機組作為數據機房備用電源,變電所為數據機房專用變電所,設在7F,發電機房設在 1F。低壓配電系統的接地形式采用TN-S系統。
2.2 供配電系統構成
10kV高壓電源由 2個變電站引來,高壓和低壓不聯絡,由柴油發電機引來一路電源作第三電源,主備用電源和發電機電源在變壓器出線處切換,切換后對數據機房用電設備供電。數據中心供配電系統示意圖如圖1所示
數據機房共設4套500kVA UPS 系統,每2套500kVA UPS組成2N雙母線系統,雙回路雙柜輸出為機房內所有計算機系統設備( 服務器、網絡設備、存儲設備等) 供電,UPS 系統的后備電池備用時間為15min。機房的服務器與存儲機柜單機柜平均負荷按3 kW 考慮,負荷不超過5kW。
2.3 供配電系統特點
(1) 電源采用10 kV雙重電源; 變壓器滿足容錯要求,采用2N系統,2臺變壓器每臺負載率不超過50% ; 另外設2臺發電機系統作為第三電源,主備用電源和發電機電源在變壓器出線處切換; 2路10 kV高壓系統中間不聯絡,低壓配電系統中間不聯絡; 4套500 kVA UPS 系統,每2套UPS組成2N雙母線系統。
(2) 目前的IT設備均為自帶雙電源切換的設備,對于這種10kV高壓、變壓器、發電機、UPS*100%備用的系統,UPS采用單電源進線,UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) 進線分別引自2臺變壓器,末端IT設備的2路電源分別引自 UPS1( UPS3)和UPS2( UPS4) ,實現 IT 設備末端切換,而在UPS處不采用雙電源進線的方式。電源*備用,在IT設備之前的雙重電源盡可能獨立,不發生聯系,以保證末端切換前電源的獨立性,使得系統更簡單、可靠。
(3) 空調制冷系統和供電系統非常重要,是維持生產運行的關鍵。如果為制冷系統供電的電源出現故障,機房環境溫度會加速上升。空調系統和機房照明采用雙電源供電,末端切換,干線采用放射式配電系統,當兩路電源都失電時由發電機供電。
3 變配電系統的諧波問題
UPS 采用絕緣柵門極晶體管( IGBT) 高頻整流器,故UPS本身配置諧波設備。正常情況下,UPS 在30%負荷率時電流總諧波畸變率 <8%,在100%負荷率時電流總諧波畸變率 <5%。逆變器采用 IGBT元件,輸出電壓波形為連續的正弦波,在負荷率100%時線性負荷的電壓總諧波畸變率≤3%,非線性負荷的電壓總諧波畸變率≤5%,可以不設置有源電力濾波裝置。因此,考慮到經濟性,該工程未設置有源電力濾波裝置,依靠 UPS 自
身配置的諧波設備諧波。
4 變配電系統的抗震設計
抗震設防烈度 6°及以上地區的建筑機電工程設施必須進行抗震設計。變配電室的抗震設計主要注意事項如下:
(1)變壓器、發電機組安裝就位后應焊接牢固,內部線圈應固定在電壓器、發電機外殼內的支承結構上; 變壓器、發電機的支承面宜適當加寬,并設置防止移動和傾倒的限位器。
(2)變壓器、柴油發電機組、配電柜等機電設備的抗震經公司根據 GB 50981—2014《建筑機電工程抗震設計規范》[3]深化設計,并經建筑設計單位認可后才實施。
(3)配電箱( 柜) 、通信設備的安裝螺栓或焊接強度應滿足抗震要求; 靠墻安裝的配電柜、通信設備機柜底部安裝應牢固,當底部安裝螺栓或焊接強度不夠時應將頂部與墻壁進行連接。當配電柜、通信設備柜等非靠墻落地安裝時,根部應采用金屬膨脹螺栓或焊接的固定方式; 壁式安裝的配電箱與隔墻之間應采用金屬膨脹螺栓連接。
5安科瑞列頭柜及監測產品介紹
隨著數據中心的迅猛發展,數據中心能耗問題也越來越突出,高效可靠的數據中心配電系統方案,是提高數據中心電能使用效率,降低設備能耗的方式。
AMC系列數據中心配電系統是針對數據機房末端設計的,能夠綜合采集所有能源數據的智能系統,為交直流電源配電柜提供的電參量信息,并可通過通訊將數據上傳到動環監控系統,實現對整個數據機房的實時監控和管理,為實現綠色IDC提供可靠保證。
5.1配電管理解決方案
5.1.1交流系統
1)功能要求:
遙測: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:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,輸入分路和輸出分路的開關狀態,具備電流、功率需用量分析和統計,實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
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
5.1.2直流系統
1) 功能要求
遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態,具備電流、功率需用量分析和統計,實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。
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 開關電源 SBD-30 (48V)
5.2產品規格
說明:■為標配功能。
5.3配套附件
6 安科瑞母線槽監測產品介紹
6.1 概述
數據中心小母線系統是數據中心末端母線供配電系統的俗稱。近年來,隨著數據中心建設的快速發展和更高需求,智能小母線系統逐漸被應用于機房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點,即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監測模塊,將數據上傳至動環監控中心。
6.2 AMB智能小母線管理系統
1)交流系統功能:
遙測:三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度,系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,開關狀態、開關跳閘;
2)直流系統功能:
遙測:電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關狀態、開關跳閘;
6.3 產品介紹
說明:■為標配功能。
7 結 語
某大樓工程的*數據中心機房沒有*按照GB50174—2017《數據機房設計規范》進行設計,規范要求 UPS 進線系統應采用自動轉換系統,即要求UPS采用雙回路自動切換的供電系統。筆者根據實際情況,且與業主和廠家進行溝通后認為,對于自帶雙電源切換的的末端用電設備,且電源*100%備用的情況下,UPS處可以不采用雙電源進線的方式,在IT設備之前的雙重電源盡可能獨立,以保證末端切換前電源的獨立性,使得系統更簡單、可靠。
參考文獻:
【1】 數據機房設計規范:GB50174-2017[S].
【2】 寧永生.*數據機房供配電系統設計.
【3】 安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版.
【4】 安科瑞企業微電網設計應用手冊.2020.06版.
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