数据中心供配电系统方案设计

数据中心供配电系统方案设计

林昊

广州市兆能有限公司    广东省广州市510000

摘要：目前，科技的快速发展，社会在不断进步，数据中心是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、传输、交换、存储、管理。数据量的大量增长使得现有应用系统及存储容量难以适应企业需要。因此数据中心的大容量、高可靠性非常重要。供电供给是数据中心基础中的基础，数据中心发生的故障因素中，供电系统影响力是最大的，无论IT设备设计的多么精密、系统功能配置多么优越、可靠性多么高，一旦供电系统故障断电，再好的设备系统也无法再运转，下面就数据中心的三代供配电架构进行阐述。

关键词：数据中心；供电电源；供配电系统

引言

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设计的基本原则

实现低压配电系统的数据中心建设的设计方法应遵循分区和分类原则。同一基本功能区域中各种相关设备的电源的稳定性和可靠性应能够确保每个使用的设备能够持续按照该区域中的特定标准以及该区域的供电和配电网络进行操作和稳定可靠运行。对数据中心影响较大的区域应将可能潜在的故障风险控制得尽量最小。数据中心具有较高的功率负载密度和较大的总负载密度。低压配电系统实施方案的详细设计应充分利用有效成熟且节能的措施，以减少配电网系统实施的成本。与数据中心过高的电力负荷相关的数据应分为几个级别：UPS电力系统实现过载和电力变换低压配电系统功能性过载。UPS电源线软件系统负载（可输出）是UPS电源线系统独特设计的基础，配电架构网络系统功能负载是配电网软件系统和软件系统设计方法为应对突然的电源切换应急保障。当清理各种具有特定负载的设备时，统计结果应基于设备和最终数据；根据设备和机柜的平均负载相关数据，当没有明确指出相关设备机柜的数量时，可以根据机器的平均负载进行估算。回路设计需考虑三相负载供电均衡。当有各种大容量负载同时运行时，应设计考虑同时运行系数。

2数据中心供配电系统方案设计 

2.1传统供配电系统构成

10kV高压电源分别由2路不同变电站市电引来，高压和低压不联络，第三电源由动力中心柴油发电机引来，主备用电源和发电机电源在变压器出线处切换，保证数据中心用电设备可靠用电。考虑单台发电机容量远远小于2500kW，且发电机台数也未达到10台以上，故选用0.4kV低压发电机组。0.4kV发电机组中性点应采用直接接地方式，且发电机星形点之间连接的导体应保证绝缘。数据中心共设2套400kVAUPS系统，组成2N容错型系统。双回路、双输出柜可为数据中心电子信息设备、工位插座供电。UPS系统的蓄电池可为全部一级负荷提供15min的持续供电。数据中心的服务器单机负荷按照3kW考虑，最大负荷不超过4kW。为避免数据中心UPS在电源切换过程中故障影响重要负荷的正常工作，市电与柴油发电机的切换开关ATS应采用PC级且中性线重叠切换的四级开关。

2.2不间断电源系统

根据数据中心的建设等级要求，通信信息设备宜由不间断电源系统供电。不间断电源系统应有自动和手动旁路装置。确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。不间断电源系统，根据通信设备的电源配置情况，分为直流不间断电源系统和交流不间断电源系统。不间断电源系统必须具有良好的灵活性与可扩展性，能够根据数据中心后续的发展及技术进步的需求，方便地进行设备扩容、技术升级、设备更新等建设工程。不间断电源系统分为直流不间断电源系统和交流不间断电源系统。直流不间断电源系统，包括-48V(+24V)开关电源系统、240V(336V)高压直流系统；交流不间断电源系统：主要指UPS系统。直流不间断电源系统由开关电源系统或高压直流系统和蓄电池组成，交流不间断电源系统由UPS系统和蓄电池组成。蓄电池组采用全浮充方式，与开关电源系统/高压直流系统/UPS系统并联向负载供给不间断的电源，当市电停电后，由蓄电池放电供通信信息设备用电，当油机供电或市电恢复正常后，仍然转为浮充供电并对蓄电池组补充电。

2.3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10kV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25kA或者是31.5kA的断路器设备，在10kV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。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。

2.4精密配电柜

数据中心机房的机柜为服务器等IT设备的载体，为机柜供电的设备叫精密配电柜，精密配电柜是机房一列机柜最顶端的一个机柜设备，所以又叫为列头柜，在一列机柜最末端的称为列尾柜，精密配电柜的功能是对这一列机柜所带的交直流负载提供电源，精密配电柜可起到电能分配，数据的监控，数据的测量、设备的保护、设备的告警等功能。列头柜里边设计了很多断路器。机柜为IT设备的载体，IT设备的电源供给可采用2N配置，一路电源市电或线路故障后，由另一路电源提供全部电能。

结语

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。

参考文献

[1]李燕.数据中心供配电系统发展趋势分析[J].工程建设与设计,2020(10):31-32.

[2]刘慧婷.大型数据中心供配电系统建设方案浅谈[J].信息通信,2017(01):96-97.

[3]卢敏,李海平.一种新型数据中心服务器供电架构的设计[J].通信电源技术,2020,37(07):107-109.

[4]钟景华.数据中心供配电系统架构及备用电源的选择[J].建筑电气,2018,37(01):3-7.

[5]陈明霞.银行数据中心供配电系统设计探析[J].安徽建筑,2019,26(09):227-229.