数据中心供配电系统设计

数据中心供配电系统设计

姜铁君

（国家电投集团内蒙古能源有限公司内蒙古通辽市028011）

摘要：数据中心机房使用的供配电系统，和普通的建筑和工厂中使用的供配电系统有所不同，将会涉及到更多的方面，是信息系统数据中心中的关键基础设施建设系统，需要积极开展有效的供配电系统设计工作。本文主要是从数据中心机房供配电系统建设的主要内容入手，针对数据中心机房供配电系统设计情况进行全面细致的分析和说明。

关键词：数据中心；供配电系统；设计

数据中心是容纳计算机房及其支持区域的一幢建筑物或建筑物的某个部分,主要设置进行数据处理和数据交换的计算机、服务器、存储设备、网络设备等电子信息设备。近年来，不仅电信企业，政府机构以及银行、证券、保险、互联网等众多行业也都在建设各种不同用途、规模、等级的数据中心。

一、设计标准及数据中心分级

设计一个数据中心首先需要根据数据中心的使用性质、管理要求、网络中断所导致的经济损失与社会影响程度等具体要求来确定机房的等级，再按照相应等级确定适合的供配电系统。数据中心设计主要标准和机房分级如下：

GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》将机房划分为三级：A级（容错）、B级（冗余）、C级（基本）。

GB50174-201X《数据中心基础设施设计规范》将数据中心划分为四级：A级（容错数据中心）、B1级（冗余和同时维护）、B2级（冗余配置）、C级（基本要求）。此规范划分的机房等级与美国标准TIA-942《数据中心通信设施标准》划分的TierⅣ、TierⅢ、TierⅡ、TierⅠ机房等级一致。

二、数据中心供配电系统设计的基本原则

1、数据中心供配电系统设计应执行或参照执行国家和行业及地方相关标准、规范，并可参考国外相关标准、规范，结合考虑数据中心用电负荷密度高、供电可靠性要求高等特性，采用适用的技术措施就可以。并且符合项目建设单位的企业标准和国家及地方规范。

2、在设计数据中心供配电系统时，遵循相应的分级和分区原则，在相同功能的区域里，供电设备要遵循该区域的标准，提高可靠性，解决了单点故障的问题，具有系统高容错能力。

三、数据中心供配电要求

1、数据中心的分级

现在实行数据中心设计的一个重要根据是2009年6月1日我国正式开始实施的相关电子信息系统机房设计规范，按照规范的相关内容,数据中心机房划分成A、B、C三个等级。

(一)A级数据中心机房，供配电电源是按照非常重要一级负荷里来设定，不仅要设置两路电源同时供电，而且还要保证如果其中一路电源发生故障,另一路电源能够负担全部负载，所有用电设备不会因此而受到影响,而且还要设置柴油发电机作为备用电源，柴油发电机燃油存储量为72小时，IT负载及IT负载的空调系统需要配置不间断电源系统，且不间断电源按2N配置。

(二)B级数据中心机房，供配电电源是按照一级负荷来设置,需要设置两路电源同时供电，任何一路电源均可负担全部负载，同样需要配置柴油发电机系统不和间断电源系统，柴油发电机燃油存储量为24小时，且不间断电源按N+1配置。

(三)C级数据中心机房，按照二级负荷来设定供电电源。

2、如何确定数据中心不间断电源的容量

要有不间断电源系统向数据中心机房设备供电,通常使用UPS系统。在对UPS的基本容量进行确定时要留有裕量,为什么要在确定UPS容量时留有裕量？第一个目的是减轻UPS的负荷,保障供电的可靠性能；第二个目的是将来如果要增设一定数量的电子信息设备,其容量依旧能够达到相应的要求。

四、数据中心供配电系统设计

1、数据机房变电所、柴油发电机房至UPS机房的配电

（一）UPS电源系统的设置应考虑分区或分类供电的要求。多个UPS电源系统可分期建设，但每个UPS电源系统宜一次建成。每个UPS电源系统的供电容量不宜过大，一般控制在800kVA以下。

为A级数据中心供配电干线图,两个UPS机房输入柜通过数据机房变配电所两台不同的变压器低压配电柜分别引来,跟柴油发电机低压配电柜引来的电源进行自动切换。

按照我国相关的电子信息系统机房设计的规范和原则，精密空调配电柜及应急冷冻机配电柜的电源分别由数据机房变配电所与柴油发电机低压配电柜引来,并分别自动切换。动力设备等其他用电设备与电子设备用的UPS分开不同回路配电,可减少对电子信息设备的干扰。UPS电源系统的主机连结方式应与数据中心用途或等级(可靠性要求)匹配。UPS电源系统的输入、输出配电方式应与数据中心的规模或等级(可靠性要求)匹配。

（三）UPS电源系统主机连结方式应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。

（四）UPS电源主机容量的选择应结合主机连结方式以及分区、分类供电要求统筹考虑。一般单台主机容量不宜大于400kVA。

（五）UPS电源系统蓄电池组配置应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性和后备时间的要求。

2、数据中心供电电源的配电

（一）市电电源选择一般采用10kV供电电压，但其供电容量有限。某些地区规定：10kV供电电压，用户受电设备的总容量为250～6300kVA，若需更大的供电容量，则需采用35kV或110kV及以上的供电电压。

（二）当数据中心中、远期规划用电负荷较大时，应该在刚刚开始建设时就采用35kV及以上供电电压，避免因为供电容量不足，影响到数据中心的发展。当使用35kV及以上供电电压时，可按照数据中心建筑的形式来确定变电方式。通常单幢建筑的数据中心采用35/0.4kV直降方式，园区式多幢建筑的数据中心采用35/10kV、10/0.4kV二级降压方式。

（三）数据中心的市电电源引入方式及其供电容量，应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。

（四）数据中心的自备应急电源通常使用柴油发电机组来进行。针对一些大型和高等级的数据中心，根据自身情况可以选择使用一些具有高性能，安全性高，具有良好的输出电源品质，小体积，重量不高的，功率大燃气轮机来作为发电机组。

（五）在配置数据中心自备应急电源时，要根据自身的具体情况来满足各种用途和需求，但是要以可靠性为基础要求。

3、数据中心变配电系统的配电

（一）两路市电电源的高压配电系统应采用单母线分段方式。

（二）当两路市电电源冗余时，两段母线间可不设置联络(一般供电部门也不允许联络)。

（三）应采用放射式配电。

（四）两路市电电源的低压配电系统应采用单母线分段方式，设置联络在两段母线之间。

（五）一些数据中心的两路市电电源要求可靠性极高的，要设置分别跟两路自备应急电源，其中的一路进行自动切换。

（六）针对UPS电源系统、机房空调和机房照明，还有建筑设备中的一级和二级负荷，设置放射式双回路配电，在负荷设备输入端两路电源进行自动切换，并且采用PC级自动转换开关。

（七）双回路配电的两回线路要求物理隔离，如果无法分开，就使用防火隔离措施。

（八）低压配电系统的同一段输出母线上宜同时连接为同一设备机房或区域服务的UPS电源系统和机房空调设备。

结束语

综上所述，数据中心的电气应用系统和一般性的民用建筑用电系统设计之间存在很大的不同，突出表现在大型数据中心用电量大、供电可靠性要求高等方面。不同电压系统之间的组合会呈现很多种不同的系统形式。为此，大型数据中心电气应用供配电系统的设计不能局限在以往的常规性设计实验中，而是需要充分收集各种资料，按照电子信息系统机房设计规范和TIA相关标准进行充分的调查研究，从而在真正意义上设计出符合相关标准要求的大型数据中心的供配电系统，发挥大型数据中心供配电系统的可靠、高效、方便维护性能。

参考文献

[1]陈金銮.某数据中心机房UPS供电系统改造设计及其可用性分析[J].智能建筑电气技术，2011，05（05）：37-40.

[2]高春荣，胡君，刘建立.谈数据中心机房配电系统设计及施工[J].山西建筑，2012，38（10）：143-144.

[3]祝雪如.武汉新城国际博览中心供配电系统设计及其可靠性分析[J].智能建筑电气技术.2010(01)

[4]金玉龙，ZHANGYuan，等.某大型数据中心供配电系统设计[J].建筑电气，2015（08）：27-31.