试论大型数据中心供配电系统设计

试论大型数据中心供配电系统设计

杨启慕

珠海许继电气有限公司，广东珠海519000

摘要：随着科学技术的快速发展，信息化建设不仅成为国家发展战略，也日益受到各部门、院校和企业等单位的高度重视。作为信息数据交流、处理的数据中心，其地位和作用也日益突显。随着计算机技术、网络技术、信息技术等的广泛应用，信息化建设也起得了长足的进步，集大数据运算、存储、处理等功能为一体的大型数据中心，已经成为信息化建设的重中之重。大型数据中心不仅数据处理能力更强，对数据安全的要求也更高。供配电系统是大型数据中心安全运行的基础和前提，直接影响到数据中心功能的有效发挥。因此，研究供配电系统设计，对于充分发挥大型数据中心效能有着重要的现实意义。

关键词：大型数据中心；供配电；系统设计

1导言

随着现代社会的快速发展以及大量信息、数据的交互往来，数据中心的建设、使用已经成为必然趋势，目前，几乎所有大型企业、机构都建立了自己的数据中心。因此，对数据中心用电负荷准确分级，提供合理、安全、可靠的供电方案成为使IT设备稳定运行，信息数据安全交互的重要前提和保障。对此，笔者将结合实际项目中数据中心的设计以及目前一些针对数据中心的主流设计思路及做法，对数据中心在用电设备负荷分级、供电方案选择等问题进行详细阐述。若见解有误之处，望同行们批评指正。

2大型数据中心供配电系统概述

数据中心在某种程度上可以说是信息化条件下的计算机机房，是信息化建设的基础工程，为各种业务提供安全、稳定的信息支撑。大型数据中心机房中设置有大量的计算机、交换机、路由器等设备，要求供电系统必须做到全程、全时、稳定、持续和安全保障。供配电系统本身又是大型数据中心必不可少的基础性工程，为核心业务和其它系统的正常运行提供稳定的电力保障。大型数据中心供配电系统不是孤立存在的，而是一个交叉的系统，涉及到市电、开关电源、不间断供电、发电机、防雷、防静电等诸多设备和环节，既相互联系又互相影响，这就对供配电系统设计提出了更高的要求，既要便于扩容、维护，又要具有很强的容错力，同时从经济性上讲还应该有较高的性价比。

3大型数据中心机房供配电系统设计要求

3.1设计标准和原则

一是设计标准。2009年我国实施的《电子信息系统机房设计规范》，为数据中心的设计和建设提供了法规依据。数据中心的设计，首先需要确定机房等级，国内的数据中心分级规定将电子信息系统机房划分为A、B、C三级，并以该级别的标准体系来确定数据中心的设计标准。其次，要根据机房相应等级，来确定配套的供配电系统。二是设计原则。数据中心供配电系统设计要充分体现以数据中心为核心的设计思想，确保科学规划、精心设计。按照立足现实、着眼未来、统一规划、统一标准的指导方针，把数据中心的设计工作纳入整体规划之中。为此，大型数据中心的设计时必须遵循科学性、规范性、经济性、安全性、稳定性和可扩展性等原则，确保设计工作实现科学化、标准化和规范化。

3.2设计需求分析

随着大型数据中心信息设备功能越来越强，机房单位面积的平均用电负荷也相应提高，对供配电系统的要求也越来越高。数据中心设计必须以用电负荷为依据，用电负荷的统计主要包括市电供电系统负荷和UPS供电系统负荷。其中，市电供电系统负荷（输出）主要包括：UPS供电系统输入、空调系统、照明系统及建筑电气设备等。UPS供电系统负荷（输出）主要包括：服务器、计算机、网络设备和各种配套设备等。

4数据中心等级的确定以及用电设备负荷分级

4.1数据中心等级的确定

数据中心的等级与其使用性质、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有关，GB50174－2017《数据中心设计规范》(以下简称“《数规》”)中将数据中心的等级分为A、B、C三级。根据《数规》第3.1条相关规定，符合下列情况之一的数据中心应为A级:(1)电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失;(2)电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序严重混乱。符合下列情况之一的数据中心应为B级:(1)电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失;(2)电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序混乱。不属于A级或B级的数据中心为C级。本文所介绍的数据中心对所有航班的编排调配、机组人员的飞行签派、机务维修、物流运送等安全有序的运行起着至关重要的作用，航空公司电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失和公共场所秩序混乱，因此，根据《数规》相关规定，本文所写数据中心按A级设计。

4.2数据中心用电设备的负荷分级

《数规》中对数据中心内具体用电设备的负荷分级并未做出明确规定，其他规范对此也并未提及，但可以视数据中心的等级、使用性质、用电设备对保障数据中心可靠运行的重要程度，来进行相应的负荷分级。对此，笔者建议A级数据中心用电设备的负荷等级可按表1进行划分。

4.3不同等级负荷的供电措施

对于数据中心机房内的IT设备、空调和制冷设备、监控中心等一级负荷中的特别重要负荷，除了保证双重电源外，还应设置应急电源。可以设置UPS系统为IT设备的应急电源，主要是为了满足此类负荷需要不间断供电的要求;空调和制冷设备等大容量负荷可选用柴油发电机组作为其应急电源。一级负荷中的消防负荷采用双重电源供电，末端设置ATSE互投。一级负荷中的非消防负荷采用双重电源供电，如果用的负荷容量较大，采用双重电源末端互投的方式供电;如果负荷容量较小，可分区域设置ATSE，再放射式供电至各个用电点。二级负荷采用两回线路供电，分区域设置ATSE互投。三级负荷采用单回线路供电。

5变配电室及电气机房的设置

根据《数规》第3.2.1条有关规定，A级数据中心的基础设施按容错系统配置，即在电子信息系统运行期间，基础设施可以在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统的正常运行。因此，在变配电室和电气机房的设置上，把为数据中心IT设备供电的两组变压器、为数据中心制冷设备供电的两组变压器、UPS以及蓄电池组分别设置在两套独立的电气用房内，使相互备用的设备在物理空间上隔离。数据中心专用变配电室设置如图1所示，在数据中心变配电室A中放置为4个IT设备主机房服务的1#变压器、低压配电柜、第一组UPS以及其进出线柜;在数据中心变配电室B中放置为4个IT设备主机房服务的2#变压器、低压配电柜、第二组UPS以及其进出线柜。在动力变配电室A中放置为数据中心制冷设备(如冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、精密空调等)服务的1#变压器、低压配电柜;在动力变配电室B中放置为数据中心制冷设备服务的2#变压器、低压配电柜、UPS以及其进出线柜。在电池室A和电池室B分别设置了4列蓄电池架，用来放置为4个IT设备主机房服务的UPS的后备蓄电池组。根据《数规》中有关规定，柴油发电机做完后备电源时，蓄电池组的容量可满足单台UPS满负荷运行15min，整个系统满负荷运行30min。

6结语

数据中心供配电设计是一项复杂的工程，但只要本着电气设计安全可靠的角度出发，结合相应国家规范，抓住设计中的重点和难点，就一定可以把设计工作做好。

参考文献

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