摘(zhāi) 要：介(jiè)紹(shào)了(liǎo)長江雲(yún)互(hù)聯網(wǎng)數據中心( IDC) 機(jī)房供配電係(xì)統的(dí)設計原(yuán)則，分析(xī)了供配電係統(tǒng)結(jié)構，闡述了 IDC 機(jī)房負(fù)荷(hé)計算(suàn)和關鍵設(shè)備選(xuǎn)型(xíng)方(fāng)法，可為類似(sì)數(shù)據(jù)中(zhōng)心的供配電係統設計提供參考。
關(guān)鍵詞：數據(jù)中心(xīn)；供配(pèi)電設(shè)計(jì)；負荷(hé)計(jì)算(suàn)；設備選型
0引言(yán)
近年來，隨(suí)著(zhuó)雲計算(suàn)，大數(shù)據等技(jì)術(shù)的實(shí)現(xiàn)，許多(duō)大(dà)型(xíng)企(qǐ)業為(wéi)滿足(zú)自(zì)身(shēn)發展(zhǎn)需要(yào)開(kāi)始(shǐ)建設數據中(zhōng)心。集裝箱(xiāng)式(shì)互(hù)聯(lián)網數據中(zhōng)心( Internet Data Center，IDC) 機房具(jù)有占(zhān)地(dì)麵(miàn)積小(xiǎo)，布置靈活，建(jiàn)設周期短等(děng)特點，越來越(yuè)得到廣泛的(dí)應(yīng)用［1-3］。本文結合湖(hú)北(běi)廣電長(cháng)江雲(yún)集(jí)裝(zhuāng)箱式(shì)數據中心機(jī)房，詳細介紹 IDC 機(jī)房配(pèi)電係(xì)統(tǒng)的設(shè)計。
1項目概況
長江雲(yún)集(jí)裝箱 IDC 機房(fáng)占地麵(miàn)積僅為(wéi) 100 m2， 由(yóu)華為技(jì)術有限公司(sī)設計，機房內(nèi)部安(ān)裝有32 台(tái)標準機櫃，並配備(bèi)視(shì)頻(pín)監控(kòng)，消(xiāo)防(fáng)報警等配(pèi)套(tào)設(shè)施(shī)。空調室外(wài)機(jī)安裝(zhuāng)在集(jí)裝箱頂(dǐng)部，應急電(diàn)源( UPS) 安(ān)裝(zhuāng)在(zài)獨(dú)立的(dí)房間。機(jī)房建(jiàn)成後搭建(jiàn)湖(hú)北廣電新媒體(tǐ)融媒平(píng)台(tái)，匯(huì)聚全省政務信息，實(shí)現(xiàn)頻(pín)道(dào)節目(mù)製作，新聞資源共(gòng)享(xiǎng)。
2負(fù)荷(hé)分(fēn)級
長江(jiāng)雲(yún)數(shù)據(jù)中心設備負(fù)荷(hé)分為(wéi) IDC 設備，空 調，照(zhào)明(míng)，消防等四(sì)類。根(gēn)據(jù) GB 50174—2016《電子信息(xī)係統機房(fáng)設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》，數據(jù)中心機房可劃分(fēn)為 A，B，C 三個級(jí)別(bié)，長(cháng)江(jiāng)雲集(jí)裝箱 IDC 機 房(fáng)按照(zhào) A 級(jí)機(jī)房設計，機房(fáng)內 IDC 設備用(yòng)電(diàn)按(àn)照一級(jí)負荷中特(tè)別重(zhòng)要負荷(hé)設計(jì)，空調，照明，消防(fáng)用電按(àn)照一級(jí)負荷設計。
3設計原則
數據中(zhōng)心供配(pèi)電係統設(shè)計的基(jī)本要求是安(ān)全(quán)，穩定(dìng)，可靠，並遵循如(rú)下(xià)原則:
( 1) 消(xiāo)除單(dān)一(yī)節點(diǎn)。係統(tǒng)不(bù)應存(cún)在某(mǒu)節(jié)點發(fā)生(shēng)故障，導致係統全(quán)部停電(diàn)的事(shì)故。
( 2) 故障容錯。係統(tǒng)具(jù)備容(róng)錯能力，即(jí)當(dāng)綫 路發生部分(fēn)故(gù)障或(huò)操作(zuò)失(shī)誤時，不(bù)影響數(shù)據中心正常運行(háng)。
( 3) 可維(wéi)護。需(xū)設計(jì)足(zú)夠冗(rǒng)餘，保(bǎo)證設備檢(jiǎn)修(xiū)或(huò)維護(hù)時(shí)，不(bù)影(yǐng)響係統正常運(yùn)行。
( 4) 可增容。係統設(shè)計應充(chōng)分考(kǎo)慮(lǜ)今後事業(yè)發(fā)展，需求(qiú)增加，便於今後擴(kuò)容。
4供(gōng)電(diàn)方(fāng)案(àn)
4.1係統(tǒng)結構長江雲集(jí)裝(zhuāng)箱 IDC 配(pèi)電係統如圖(tú) 1 所示。
4.2供(gōng)電電源(yuán)
4.2.1 10 kV 供配(pèi)電(diàn)係統
長江雲數(shù)據中心(xīn)機(jī)房供電(diàn)電源10KVIDC 配電係(xì)統中心(xīn)配電(diàn)室，相(xiāng)距(jù)約(yuē) 150 m。中心配(pèi)電(diàn)室 10 kV供電係(xì)統(tǒng)分別(bié)從(cóng)兩(liǎng)個不(bù)同變(biàn)電站(zhàn)，沿不(bù)同(tóng)的路徑引入兩(liǎng)路(lù) 10 kV 專(zhuān)綫( 體(tǐ)視綫(xiàn)和沙(shā)視(shì)綫(xiàn))至(zhì)中(zhōng)心(xīn)配電房(fáng)的主備(bèi)電源進(jìn)綫櫃(guì)，10 kV 母綫(xiàn)采用單母綫分段運行。當(dāng)其(qí)中一路市(shì)電發(fā)生故障(zhàng)，通(tōng)過母聯(lián)開(kāi)關切換，由另(lìng)一(yī)路市電(diàn)承擔(dān)全部一級(jí)負(fù)荷。
4.2.2 380V低(dī)壓(yā)配(pèi)電係統
10 kV 中(zhōng)心配(pèi)電(diàn)房配置有4台(tái)變壓器(qì)，2 台(tái) 500 kVA 工藝變壓器(qì)( 500-1 和(hé) 500-2) 通過單母綫(xiàn)分段(duàn)運行(háng)，互(hù)為備用(yòng)，一級(jí)負(fù)荷中的(dí)特別重要負(fù)荷。2台1 600 kVA 動力變(biàn)壓(yā) 器 ( 1600-1 和(hé) 1600-2) 通過單母(mǔ)綫分段運行，互(hù)為備(bèi)用，主要供(gōng)動(dòng)力(lì)，照明。4 台(tái)變壓器平(píng)時各(gè)帶(dài) 50% 的負荷(hé)，當其(qí)中 1 台(tái)變壓(yā)器發生(shēng)故障，通(tōng)過低(dī)壓(yā)母聯開(kāi)關切(qiē)換，由(yóu)另 1 台(tái)變壓器(qì)承擔(dān)全部負荷。
從 2 台 500 kVA 的變壓(yā)器(qì)饋綫(xiàn)櫃各引一回 380 V 電(diàn)源(yuán)至 IDC 機房(fáng)，一(yī)回(huí)送至(zhì) UPS 電源輸(shū)入(rù)櫃，經過(guò) UPS 電源(yuán)後(hòu)送(sòng)至集(jí)裝箱(xiāng)機房的(dí) 1#交(jiāo)流列頭(tóu)櫃(guì)，再分別(bié)送(sòng)至(zhì)各(gè)機(jī)架電源(yuán)分配單元(yuán)( PDU) ，向設備(bèi)供電。另(lìng)一回(huí)直(zhí)接送至交(jiāo)流列(liè)頭櫃(guì)，再分別送至(zhì)各機(jī)架(jià) PDU，向(xiàng)設(shè)備供電。
從(cóng) 2 台 1 600 kVA 變(biàn)壓器的饋綫櫃分別(bié)引 2 路(lù)獨立(lì)的 380 V 電(diàn)源至(zhì) UPS 電源(yuán)室的(dí)動(dòng)力(lì)進綫(xiàn) 配(pèi)電櫃，再引(yǐn) 6 回低壓綫(xiàn)路至(zhì) IDC 機(jī)房(fáng)空(kōng)調配電箱(xiāng)的(dí) 3 個(gè) ATS 切換(huàn)開關，向(xiàng) 6 台(tái)空調供電(diàn)。 每個ATS 切換(huàn)開關引入 2 回(huí) 380 V 電(diàn)源，一主(zhǔ)一(yī)備互為(wéi)備(bèi)用，ATS 開(kāi)關切(qiē)換(huàn)時間小於 3 s。
4.3 UPS 電(diàn)源(yuán)係統(tǒng)
按照《廣(guǎng)播電視(shì)安(ān)全播出管理實施細(xì)則》規定(dìng): 省(shěng)級(jí)廣(guǎng)播(bō)電(diàn)視(shì)屬於一(yī)級(jí)安全(quán)播(bō)出保(bǎo)障等(děng)級， 一級主要播出(chū)負荷應采(cǎi)用(yòng) UPS 電源(yuán)供電。該(gāi)項目(mù)配(pèi)置一(yī)台(tái)模(mó)塊化(huà) UPS 電源(yuán)，後備(bèi)時間(jiān)為(wéi) 30 min，向 IDC 機房設備供電。
4.4 自備發電(diàn)機(jī)係統
中心(xīn)配電房配置(zhì) 2 台 1 000 kW 柴油發(fā)電(diàn)機互為(wéi)備用(yòng)，發(fā)電(diàn)機輸(shū)出電(diàn)源(yuán)經過 ATS 切換開關( 1#ATS 和 2#ATS) 分別(bié)接(jiē)入 2 台(tái) 500 kVA 變(biàn)壓(yā)器的進綫(xiàn)櫃(guì)。當 2 路市(shì)電同時(shí)停(tíng)電時，發電機(jī)可在 1 min 內完成(chéng)起動(dòng)，原(yuán) 2 台(tái) 500 kVA 變(biàn)壓器所帶全部負荷(hé)通過 ATS 切(qiē)換開關切(qiē)換到(dào)發電(diàn)機電(diàn)源，由發(fā)電(diàn)機供電。
5主(zhǔ)要(yào)設備選(xuǎn)型
5.1 UPS 電源
IDC 機房(fáng)內部(bù)共(gòng)安(ān)裝 IT 設備機(jī)架 24 台(tái)，每(měi)台(tái)機架可提供(gōng) 7 kW 功(gōng)率輸出(chū)，需(xū)要係數(shù)取(qǔ)0．8，則(zé)計(jì)算(suàn)額定功率為 134 kW。根(gēn)據 UPS 電源(yuán)輸出有(yǒu)功功率≥額(é)定(dìng)容量 × 0． 7 kW，因(yīn)此(cǐ) UPS 電源(yuán)容量≥192 kVA。考慮(lǜ)到今(jīn)後(hòu)擴(kuò)容(róng)需(xū)要，該項(xiàng)目選用1 台(tái) 240 kVA 模塊(kuài)化 UPS 電源，每個(gè)模塊為 40 kVA，共 6 個(gè)功率(shuài)模(mó)塊(kuài)。
5.2 空(kōng)調設(shè)備
空調的製(zhì)冷量根據機(jī)房冷(lěng)負荷來確定: Qt = Q1 + Q2 ( 1)
式中(zhōng): Qt———總製冷量(liáng);
Q1———機房內設備(bèi)負荷;
Q2———機(jī)房(fáng)環(huán)境(jìng)冷負荷。
根據計算，空調冷(lěng)負荷為 113 kW，采(cǎi)用 n + 2 冗(rǒng)餘方式 配 置(zhì) 6 台空調，每(měi)台製冷(lěng)量為35 kW，常(cháng)用 140 kW，可滿(mǎn)足(zú)機房製冷需求(qiú)。
5.3 電纜(lǎn)
( 1) UPS 電(diàn)源輸入(rù)電(diàn)纜。UPS 電源輸入電流 Iin計(jì)算(suàn)公式:
( 2)
式(shì)中(zhōng): P———UPS 額(é)定功率;
F1———輸出(chū)功(gōng)率因數;
U———輸入額定電(diàn)壓(yā);
η———整機(jī)效(xiào)率;
F2———輸入(rù)功率因數(shù)。
其中(zhōng)，整(zhěng)機(jī)效(xiào)率(shuài) η = 0．8，輸入(rù)功(gōng)率(shuài)因數(shù) F2 = 0．99，因此(cǐ) UPS 電源輸(shū)入電流(liú)為(wéi) 326 A。查《電氣(qì)工(gōng)程(chéng)常(cháng)用數據速查(chá)手(shǒu)冊(cè)》，並考慮環(huán)境(jìng)溫度 修正係(xì)數，穿管係(xì)數後，ZR-YJV-4 × 240 + 1 × 185 規(guī)格電纜允許載(zǎi)流(liú)量為(wéi) 359 A，滿(mǎn)足計算要求(qiú)。
( 2) 空調電源(yuán)輸入電(diàn)纜。該(gāi)項目設 6 台空(kōng)調，每台(tái) 13 kW，空(kōng)調(tiáo)總功(gōng)率為 98 kW，計(jì)算(suàn)電流為(wéi) 185 A。查(chá)《電氣工(gōng)程常(cháng)用數據(jù)速(sù)查手冊》，並(bìng)考(kǎo)慮(lǜ)環境溫(wēn)度修正係(xì)數，穿(chuān)管(guǎn)係(xì)數(shù)後，ZR-YJV-4 × 120 +1 ×70 規格電(diàn)纜允許(xǔ)載流量(liáng)為 228 A，滿足(zú)計算(suàn)要求。
5.4 開關(guān)
( 1) UPS 電(diàn)源(yuán)進綫開(kāi)關(guān)。根(gēn)據式(shì)( 2) ，UPS電(diàn)源的輸入電(diàn)流為 326 A，進(jìn)綫開關額(é)定電(diàn)流取(qǔ)400 A，選用型號 NSX400 3P。
(2) UPS 電源輸(shū)出開(kāi)關(guān)。 ( 3)
根據式( 3) ，UPS 電源輸出(chū)電(diàn)流為 364 A，輸 出(chū)開關額定(dìng)電(diàn)流取 400 A，故選用(yòng) NSX400 3P 型(xíng)號。
(3) 空(kōng)調(tiáo)電源(yuán)輸入(rù)開(kāi)關(guān)。空(kōng)調負(fù)荷(hé)輸入電流計算結果(guǒ)為 185 A，開(kāi)關(guān)額(é)定電(diàn)流(liú)取250A。
6安(ān)科瑞ANDPF精密列頭(tóu)櫃(guì)介(jiè)紹(shào)
6.1產(chǎn)品介紹
隨著(zhuó)數據(jù)中(zhōng)心的迅猛發展，數(shù)據中(zhōng)心(xīn)能耗問題也(yě)越來(lái)越突出，可靠的(dí)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)配電(diàn)係統方案，是提高數據(jù)中心(xīn)電(diàn)能使(shǐ)用(yòng)效率(shuài)，降(jiàng)低(dī)設(shè)備能(néng)耗的(dí)有(yǒu)效(xiào)方(fāng)式(shì)。
AMC係(xì)列數(shù)據(jù)中心(xīn)精密配電係統是針(zhēn)對數據(jù)機(jī)房(fáng)末端設計(jì)的，能(néng)夠(gòu)綜(zōng)合(hé)采集(jí)所有能(néng)源數據的智(zhì)能係(xì)統(tǒng)，為交(jiāo)直(zhí)流(liú)電源配電(diàn)櫃提(tí)供(gōng)準(zhǔn)確的(dí)電參(cān)量(liáng)信息(xī)，並可(kě)通(tōng)過通(tōng)訊將數(shù)據(jù)上(shàng)傳到動(dòng)環監控係(xì)統，實現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控(kòng)和(hé)有效管理(lǐ)，為(wéi)實(shí)現綠(lǜ)色(sè)IDC提(tí)供可靠保證(zhèng)。
6.2安科(kē)瑞精密(mì)配電產品解(jiě)決方案
1）交流(liú)係統
功能要(yào)求
遙測(cè)：輸入(rù)分路(lù)的三相電壓(yā)，三相電(diàn)流(liú)，頻率，有功(gōng)功率(shuài)，有功電(diàn)度；
遙信：輸入分路(lù)的過(guò)壓/欠(qiàn)壓，缺相(xiāng)，過(guò)流，頻率過(guò)高/過(guò)低，輸(shū)入分路的開(kāi)關狀(zhuàng)態(tài)，具(jù)備電(diàn)流，功率(shuài)需(xū)用(yòng)量(liáng)分(fēn)析(xī)和統計，實現電壓，電(diàn)流，頻率等參數的(dí)越限(xiàn)報警功(gōng)能。
配置方案如(rú)圖(tú)2，
2）直(zhí)流(liú)係統(tǒng)
功能要求(qiú)
遙(yáo)測：輸入分(fēn)路(lù)的電壓(yā)，電(diàn)流(liú)，功(gōng)率(shuài)，電(diàn)度；
遙(yáo)信(xìn)：輸(shū)入(rù)分(fēn)路(lù)的過壓/欠壓，輸入分(fēn)路的(dí)熔(róng)絲(sī)狀態，具備(bèi)電流，功率(shuài)需(xū)用(yòng)量分(fēn)析(xī)和統計(jì)，實(shí)現電(diàn)壓(yā)，電流，功率等參數(shù)的越限報警功能(néng)。
配置方(fāng)案(àn)如圖3，
6.3產(chǎn)品選(xuǎn)型
7安科(kē)瑞智能小母(mǔ)綫(xiàn)監控(kòng)係(xì)統介紹
7.1產(chǎn)品介紹(shào)
針對(duì)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)智能(néng)小母綫的監控(kòng)要求,安科(kē)瑞推(tuī)出(chū)了AMB係(xì)列小母(mǔ)綫監控解(jiě)決方案，該(gāi)方(fāng)案(àn)包括采集模(mó)塊(kuài)，配套附件(jiàn)，監控係(xì)統,能對母綫(xiàn)運(yùn)行(háng)過(guò)程中的各(gè)種參數進(jìn)行(háng)監(jiān)控，發生故障(zhàng)則進行告警(jǐng)，以(yǐ)保證係(xì)統(tǒng)穩(wěn)定運行。
AMB檢測(cè)單元是(shì)針對(duì)數據中心智能小(xiǎo)母綫插(chā)接(jiē)箱(xiāng)/始(shǐ)端箱的監(jiān)控要(yào)求新設計(jì)的產品，該檢(jiǎn)測單元(yuán)安裝固定在插接箱/始端箱(xiāng)內(nèi)部(bù)，插接(jiē)箱/始端箱采(cǎi)用方式(shì)與母綫連(lián)通(tōng)，它(tā)集成全部電(diàn)力(lì)參數的測量(如單相或者三相的電(diàn)流，電壓(yā)，有功功(gōng)率，無功(gōng)功(gōng)率，視(shì)在(zài)功率，頻(pín)率(shuài)，功(gōng)率因(yīn)數(shù))以(yǐ)及(jí)電(diàn)能監測和(hé)考核(hé)管(guǎn)理(lǐ)。同時可以實(shí)時監控母綫接口溫度，配合2路(lù)Rs45通訊(xùn)接口(kǒu)（1進1出）或(huò)LORA無綫通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可(kě)以方便可靠的將監測數據(jù)上傳至主(zhǔ)控(kòng)箱和(hé)後(hòu)台(tái)係統(tǒng)，保(bǎo)證(zhèng)係統(tǒng)可(kě)靠運(yùn)行。
7.2產(chǎn)品(pǐn)選型
安科瑞(ruì)智(zhì)能(néng)母(mǔ)綫測控儀表選型(xíng)如(rú)表2，
注(zhù)：AMB100用於始端(duān)箱，AMB110用(yòng)於(yú)插接箱，A-交流(liú)係統，D-直流係統(tǒng)可選(xuǎn)配AMB10顯(xiǎn)示器(qì)，顯(xiǎn)示器(qì)隻循環顯(xiǎn)示(shì)電(diàn)壓，電流(liú)參數(shù)。
8結束語
數(shù)據(jù)中(zhōng)心供配(pèi)電係(xì)統(tǒng)設計時(shí)，對不(bù)同的(dí)負荷(hé)應依據(jù)其(qí)性(xìng)質進(jìn)行(háng)分類，分(fēn)級(jí)，並采用不同的(dí)供電方案(àn)。注(zhù)意(yì)以下(xià)事項: 配電(diàn)係統接綫應(yīng)盡可能簡單(dān)，清晰(xī)，消除單一(yī)節點，具備容錯功能；設(shè)備配(pèi)置(zhì)要充分(fēn)考(kǎo)慮維護管理(lǐ)方(fāng)便(biàn)； 模(mó)塊化(huà) UPS 采用(yòng) n + 1 配(pèi)置(zhì)，空(kōng)調係統采(cǎi)用 2n 配(pèi)置，留足(zú)冗餘。由於資金問(wèn)題(tí)，該項目雖然實(shí)現(xiàn)兩回(huí)路*獨(dú)立的供電(diàn)回路，但(dàn)隻(zhī)配置 1 台 UPS 電源，在市電供(gōng)電(diàn)電(diàn)壓(yā)穩定(dìng)，質量(liáng)較好(hǎo)的情(qíng)況下(xià)對設備不會(huì)造成(chéng)影響(xiǎng)。由(yóu)於 IDC 設備(bèi)都(dū)是計算(suàn)機類設備(bèi)，如 果(guǒ)市電(diàn)供(gōng)電質量較(jiào)差，電(diàn)壓(yā)波動(dòng)幅度較大(dà)，將(jiāng)對 IDC 設備的安全造成(chéng)影響(xiǎng)。因此(cǐ)，在市電(diàn)供電質量較差，條件許可(kě)的(dí)情況下，建(jiàn)議(yì)配(pèi)置兩套(tào)獨立 的 UPS 電(diàn)源。
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