近年來(lái)，隨著(zhù)云計算、大數據等技術(shù)的實(shí)現，許多大型企業(yè)為滿(mǎn)足自身發(fā)展需要開(kāi)始建設數據中心。集裝箱式互聯(lián)網(wǎng)數據中心( Internet Data Center，IDC) 機房具有占地面積小、布置靈活、建設周期短等特點(diǎn)，越來(lái)越得到廣泛的應用［1-3］。本文結合湖北廣電長(cháng)江云集裝箱式數據中心機房，詳細介紹 IDC 機房配電系統的設計。
長(cháng)江云集裝箱 IDC 機房占地面積僅為 100 m2， 由華為技術(shù)有限公司設計，機房?jì)炔堪惭b有32 臺標準機柜，并配備視頻監控、消防報警等配套設施?？照{室外機安裝在集裝箱頂部，應急電源( UPS) 安裝在獨立的房間。機房建成后搭建湖北廣電新媒體融媒平臺，匯聚全省政務(wù)信息，實(shí)現頻道節目制作、新聞資源共享。
長(cháng)江云數據中心設備負荷分為 IDC 設備、空 調、照明、消防等四類(lèi)。根據 GB 50174—2016《電子信息系統機房設計規范》，數據中心機房可劃分為 A、B、C 三個(gè)級別，長(cháng)江云集裝箱 IDC 機 房按照 A 級機房設計，機房?jì)?IDC 設備用電按照一級負荷中特別重要負荷設計，空調、照明、消防用電按照一級負荷設計。
4.2供電電源
4.2.1 10 kV 供配電系統
長(cháng)江云數據中心機房供電電源10KVIDC 配電系統中心配電室，相距約 150 m。中心配電室 10 kV供電系統分別從兩個(gè)不同變電站，沿不同的路徑引入兩路 10 kV 專(zhuān)線(xiàn)( 體視線(xiàn)和沙視線(xiàn))至中心配電房的主備電源進(jìn)線(xiàn)柜，10 kV 母線(xiàn)采用單母線(xiàn)分段運行。當其中一路市電發(fā)生故障，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)切換，由另一路市電承擔全部一級負荷。
4.2.2 380V低壓配電系統
10 kV 中心配電房配置有4臺變壓器，2 臺 500 kVA 工藝變壓器( 500-1 和 500-2) 通過(guò)單母線(xiàn)分段運行，互為備用，一級負荷中的特別重要負荷。2臺1 600 kVA 動(dòng)力變壓 器 ( 1600-1 和 1600-2) 通過(guò)單母線(xiàn)分段運行，互為備用，主要供動(dòng)力、照明。4 臺變壓器平時(shí)各帶 50% 的負荷，當其中 1 臺變壓器發(fā)生故障，通過(guò)低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)切換，由另 1 臺變壓器承擔全部負荷。
從 2 臺 500 kVA 的變壓器饋線(xiàn)柜各引一回 380 V 電源至 IDC 機房，一回送至 UPS 電源輸入柜，經(jīng)過(guò) UPS 電源后送至集裝箱機房的 1#交流列頭柜，再分別送至各機架電源分配單元( PDU) ，向設備供電。另一回直接送至交流列頭柜，再分別送至各機架 PDU，向設備供電。
從 2 臺 1 600 kVA 變壓器的饋線(xiàn)柜分別引 2 路獨立的 380 V 電源至 UPS 電源室的動(dòng)力進(jìn)線(xiàn) 配電柜，再引 6 回低壓線(xiàn)路至 IDC 機房空調配電箱的 3 個(gè) ATS 切換開(kāi)關(guān)，向 6 臺空調供電。 每個(gè)ATS 切換開(kāi)關(guān)引入 2 回 380 V 電源，一主一備互為備用，ATS 開(kāi)關(guān)切換時(shí)間小于 3 s。
4.3 UPS 電源系統
按照《廣播電視安全播出管理實(shí)施細則》規定: 省級廣播電視屬于一級安全播出保障等級， 一級主要播出負荷應采用 UPS 電源供電。該項目配置一臺模塊化 UPS 電源，后備時(shí)間為 30 min，向 IDC 機房設備供電。
4.4 自備發(fā)電機系統
中心配電房配置 2 臺 1 000 kW 柴油發(fā)電機互為備用，發(fā)電機輸出電源經(jīng)過(guò) ATS 切換開(kāi)關(guān)( 1#ATS 和 2#ATS) 分別接入 2 臺 500 kVA 變壓器的進(jìn)線(xiàn)柜。當 2 路市電同時(shí)停電時(shí)，發(fā)電機可在 1 min 內完成起動(dòng)，原 2 臺 500 kVA 變壓器所帶全部負荷通過(guò) ATS 切換開(kāi)關(guān)切換到發(fā)電機電源，由發(fā)電機供電。
5主要設備選型
5.1 UPS 電源
IDC 機房?jì)炔抗舶惭b IT 設備機架 24 臺，每臺機架可提供 7 kW 功率輸出，需要系數取0．8，則計算額定功率為 134 kW。根據 UPS 電源輸出有功功率≥額定容量 × 0． 7 kW，因此 UPS 電源容量≥192 kVA?？紤]到今后擴容需要，該項目選用1 臺 240 kVA 模塊化 UPS 電源，每個(gè)模塊為 40 kVA，共 6 個(gè)功率模塊。
5.2 空調設備
空調的制冷量根據機房冷負荷來(lái)確定: Qt = Q1 + Q2 ( 1)
式中: Qt———總制冷量;
Q1———機房?jì)仍O備負荷;
Q2———機房環(huán)境冷負荷。
根據計算，空調冷負荷為 113 kW，采用 n + 2 冗余方式 配 置 6 臺空調，每臺制冷量為35 kW，常用 140 kW，可滿(mǎn)足機房制冷需求。
5.3 電纜
( 1) UPS 電源輸入電纜。UPS 電源輸入電流 Iin計算公式:
( 2)
式中: P———UPS 額定功率;
F1———輸出功率因數;
U———輸入額定電壓;
η———整機效率;
F2———輸入功率因數。
其中，整機效率 η = 0．8，輸入功率因數 F2 = 0．99，因此 UPS 電源輸入電流為 326 A。查《電氣工程常用數據速查手冊》，并考慮環(huán)境溫度 修正系數、穿管系數后，ZR-YJV-4 × 240 + 1 × 185 規格電纜允許載流量為 359 A，滿(mǎn)足計算要求。
( 2) 空調電源輸入電纜。該項目設 6 臺空調，每臺 13 kW，空調總功率為 98 kW，計算電流為 185 A。查《電氣工程常用數據速查手冊》，并考慮環(huán)境溫度修正系數、穿管系數后，ZR-YJV-4 × 120 +1 ×70 規格電纜允許載流量為 228 A，滿(mǎn)足計算要求。
5.4 開(kāi)關(guān)
( 1) UPS 電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。根據式( 2) ，UPS電源的輸入電流為 326 A，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)額定電流取400 A，選用型號 NSX400 3P。
(2) UPS 電源輸出開(kāi)關(guān)。 ( 3)
根據式( 3) ，UPS 電源輸出電流為 364 A，輸 出開(kāi)關(guān)額定電流取 400 A，故選用 NSX400 3P 型號。
(3) 空調電源輸入開(kāi)關(guān)?？照{負荷輸入電流計算結果為 185 A，開(kāi)關(guān)額定電流取250A。
6安科瑞ANDPF精密列頭柜介紹
6.1產(chǎn)品介紹
隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，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，降低設備能耗的有效方式。
AMC系列數據中心精密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準確的電參量信息，并可通過(guò)通訊將數據上傳到動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現對整個(gè)數據機房的實(shí)時(shí)監控和有效管理，為實(shí)現綠色IDC提供可靠保證。
6.2安科瑞精密配電產(chǎn)品解決方案
1）交流系統
功能要求
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相，過(guò)流，頻率過(guò)高/過(guò)低，輸入分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、頻率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖2，
2）直流系統
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(guò)壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖3，
6.3產(chǎn)品選型
7安科瑞智能小母線(xiàn)監控系統介紹
7.1產(chǎn)品介紹
針對數據中心智能小母線(xiàn)的監控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線(xiàn)監控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監控系統,能對母線(xiàn)運行過(guò)程中的各種參數進(jìn)行監控，發(fā)生故障則進(jìn)行告警，以保證系統穩定運行。
AMB檢測單元是針對數據中心智能小母線(xiàn)插接箱/始端箱的監控要求新設計的產(chǎn)品，該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內部，插接箱/始端箱采用方式與母線(xiàn)連通，它集成全部電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率因數)以及電能監測和考核管理。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監控母線(xiàn)接口溫度，配合2路Rs45通訊接口（1進(jìn)1出）或LORA無(wú)線(xiàn)通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監測數據上傳至主控箱和后臺系統，保證系統可靠運行。
7.2產(chǎn)品選型
安科瑞智能母線(xiàn)測控儀表選型如表2，
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統、D-直流系統可選配AMB10顯示器，顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數。
8結束語(yǔ)
數據中心供配電系統設計時(shí)，對不同的負荷應依據其性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)、分級，并采用不同的供電方案。注意以下事項: 配電系統接線(xiàn)應盡可能簡(jiǎn)單、清晰，消除單一節點(diǎn)，具備容錯功能；設備配置要充分考慮維護管理方便； 模塊化 UPS 采用 n + 1 配置，空調系統采用 2n 配置，留足冗余。由于資金問(wèn)題，該項目雖然實(shí)現兩回路*獨立的供電回路，但只配置 1 臺 UPS 電源，在市電供電電壓穩定、質(zhì)量較好的情況下對設備不會(huì )造成影響。由于 IDC 設備都是計算機類(lèi)設備，如 果市電供電質(zhì)量較差，電壓波動(dòng)幅度較大，將對 IDC 設備的安全造成影響。因此，在市電供電質(zhì)量較差、條件許可的情況下，建議配置兩套獨立 的 UPS 電源。
【參考文獻】
[1]周志敏,周紀海,紀愛(ài)華.UPS 應用與故障診斷[M].北京：中國電力出版社,2008.
[2]袁令海.長(cháng)江云數據中心供配電系統設計與分析[J].現代建筑電氣，2019（10）：22-25.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.
產(chǎn)品分類(lèi)
更新時(shí)間：2023-12-20 
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