淺談IDC數(shù)據(jù)中心模塊化機(jī)房供配電系統(tǒng)

摘 要:通過設(shè)計的一個IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)供配電系統(tǒng)的項目實例，對IDC數(shù)據(jù)中心內(nèi)的不同數(shù)據(jù)模塊化機(jī)房，設(shè)置不同配置的供配電系統(tǒng)來達(dá)到不同等級要求，較好的滿足了投資建設(shè)方的建造要求。

關(guān)鍵詞:IDC，數(shù)據(jù)中心，模塊化機(jī)房，供配電

 

      數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)應(yīng)規(guī)劃合理，具有較強(qiáng)的可靠性、擴(kuò)展性及改造升級的能力，適應(yīng)多樣化計算機(jī)設(shè)備運營管理需求發(fā)展變化，滿足不同客戶對數(shù)據(jù)中心機(jī)房等級的需求。

 

      電信云數(shù)據(jù)中心項目規(guī)劃建設(shè)一棟數(shù)據(jù)中心和一棟動力中心。數(shù)據(jù)中心地上三層，每層平面尺寸為96m×48m，建筑面積約14808m2。數(shù)據(jù)中心除設(shè)置數(shù)據(jù)機(jī)房、配套輔助機(jī)房( 低壓配電室、電池室、空調(diào)機(jī)房等) 外，還設(shè)置辦公區(qū)、值班室、kVM室等公共配套區(qū)域。動力中心規(guī)劃設(shè)置數(shù)據(jù)中心公用的水冷空調(diào)系統(tǒng)、后備柴油發(fā)電機(jī)組以及動力設(shè)備供電用變配電系統(tǒng)，屋面放置冷卻塔。

 

      1 )滿足ANSI/TIA-942-2005Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers 機(jī)房等級設(shè)計要求。2) 數(shù)據(jù)中心內(nèi)布置數(shù)據(jù)機(jī)房10個，每個數(shù)據(jù)機(jī)房滿足機(jī)柜數(shù) 200左右。3) A 級機(jī)房1個( 10kVA/機(jī)柜) ; B級機(jī)房6個，其中2個機(jī)房( 6kVA/機(jī) 柜) ，4個機(jī)房( 6kVA/機(jī)柜) ; C 級機(jī)3個，其中每2個機(jī)房( 3kVA/機(jī)柜) ，1個機(jī)房( 4kVA/機(jī)柜) 。4) 機(jī)房滿足分期投資建設(shè)需求; B/C 等級機(jī)房預(yù)留升級至 A 級機(jī)房條件; A/B/C 機(jī)房機(jī)柜容量均滿足后期擴(kuò)容條件。

 

      根據(jù)業(yè)主提出的分期建設(shè)、機(jī)房等級后期升級方便、機(jī)房單機(jī)柜負(fù)荷擴(kuò)容要求。通過分析后，采用模塊化數(shù)據(jù)中機(jī)房的供配電系統(tǒng)方案能夠較好的滿足業(yè)主需求。

 

3.1 數(shù)據(jù)中心電氣機(jī)房平面圖規(guī)劃

      各個模塊化機(jī)房負(fù)荷計算見表 1。根據(jù)模塊化機(jī)房建筑平面圖及機(jī)柜負(fù)荷要求，電氣機(jī)房布置詳見圖1～圖 3。1A1 /1B1， 2A1 /2B1，2A2 /2B2，3A1 /3A2，3A2 /3B2 配電用房考慮后期擴(kuò)容及升級的預(yù)留空間( 陰影區(qū)域為非電氣設(shè)備房間) 。

 

圖1 一層電氣機(jī)房平面圖

    

圖2 二層電氣機(jī)房平面圖

 

圖3 三層電氣機(jī)房平面圖

 

3.2模塊化機(jī)房供電電源設(shè)計

      正常市電電源: 數(shù)據(jù)中心機(jī)房市電電源均為兩路10KV電源，10KV電源為AC10KV 50 Hz 中性點不接地方式，10kV配電系統(tǒng)采用單母線分段型式。正常運行時，兩路電源同時工作互為備用，分別向兩段 10kV母線供電，母線聯(lián)斷路器斷開運行; 當(dāng)一路電源故障停電或檢修時，母線聯(lián)斷路器延時投入運行，由另一路電源向兩段10KV母線供電。兩段10kV母線以放射式電纜線路向各低壓配電室臺變壓器供電。

      應(yīng)急電源: 在動力中心為數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備設(shè)后備柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組按5(4 +1) 臺10kV 1600kW( 常用功率) 配置作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備的備用電源，并可擴(kuò)展到7( 6+1)臺發(fā)電機(jī)并機(jī)運行。發(fā)電機(jī)并機(jī)母線采用單母線分段型式。當(dāng)市電失去時，可供應(yīng)本項目的全部重要負(fù)荷。UPS電源:在低壓配電室設(shè)置UPS電源，為IT設(shè)備提供不間斷電源.

 

3.3 10kV配電系統(tǒng)設(shè)計

      高壓配電室從室外引入四路10KV電源，其中兩路電源為市電，其余兩路電源來自動力中心柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源。在數(shù)據(jù)中心一層設(shè)置高壓配電室，IT 變配電室設(shè)置在各樓層中。

10kV采用分段單母線聯(lián)絡(luò)的接線方式。正常情況下兩路10 kV 電源分別向兩段母線進(jìn)線柜供電，母線分段斷路器斷開運行。當(dāng)一路電源故障停電或檢修時，母線分段斷路器投入運行，由另一路電源向兩段10kV母線供電。當(dāng)兩路市電均失電時，由10kV柴油發(fā)電與市電開關(guān)切換后向兩段母線同時供電，柴油機(jī)電源開關(guān)閉合時市電進(jìn)線開關(guān)斷開。兩路市電電源進(jìn)線斷路器、兩路柴發(fā)應(yīng)急電源斷路器及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)置電氣聯(lián)鎖，嚴(yán)禁市電電源與柴發(fā)應(yīng)急電源并聯(lián)運行。10kV配電系統(tǒng)單線圖見圖4。

 

3.4低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

 

3.4.1 低壓配電室

      數(shù)據(jù)中心一層設(shè)置低壓配電室1A1/1B1，配置一套供配電系統(tǒng)服務(wù)于一層模塊化機(jī)房 1，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。變壓器編號為TＲ1與TＲ2，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起一層模塊化機(jī)房1和2的所有IT設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心二層設(shè)置低壓配電室2A1 /2B1和2A2 /2B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務(wù)于二層所有模塊機(jī)房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1 服務(wù)于二層模塊機(jī)房1和2，變壓器編號為 TＲ3 與 TＲ4，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起二層模塊化機(jī)房1和2的所有IT設(shè)備; 低壓配電室2A2/2B2 服務(wù)于二層模塊機(jī)房3和4，變壓器編號為TＲ5 與 TＲ6，變壓器容量都為 2 500kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起二層模塊化機(jī)房3和4的所有IT設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心三層設(shè)置低壓配電室3A /3B1 和3A2/3B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務(wù)于二層所有模塊機(jī)房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B 兩組。其中，低壓配電室 2A1/2B1 服務(wù)于三層模塊機(jī)房 1，變壓器編號為 TＲ7與TＲ8，變壓器容量都為 2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起三層模塊化機(jī)房1的所有IT設(shè)備; 低壓配電室3A2 /3B2 服務(wù)于模塊機(jī)房 2，3 和 4，變壓器編號為TＲ9與TＲ10，變壓器容量都為2500kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起三層模塊化機(jī)房2、機(jī)房3和機(jī)房4的所有IT設(shè)備.

 

3.4.2UPS 配電系統(tǒng)

      一層模塊機(jī) 房1(大客戶)按 B等級設(shè)計，首期配置4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至 5臺400kVA UPS，其中 1臺為冗余備份。一層模塊2(小客戶) 機(jī)房按T3等級設(shè)計，首期配置2臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。

      三層模塊 1 (大客戶)機(jī)房按B等級設(shè)計，首期配置4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余 備份。將來可以擴(kuò)容至5臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。二層模塊2( 小客戶) 機(jī)房按B等級設(shè)計，首期配置2臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。二層模塊3(小客戶) 機(jī)房按 B 等級設(shè)計，首期配置3臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至 4臺400kVA UPS，其中1 臺為冗余備份。二層模塊4( 小客戶)機(jī)房按B等級設(shè)計，首期配置3臺400kVA UPS，其中 1 臺為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至4臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。

      二層模塊 1( 高密) 機(jī)房按A等級設(shè)計，分為兩個區(qū)域，每個區(qū)域首期配置2套3臺400kVA UPS并機(jī)系統(tǒng)，其中1套為備份，共計12臺400kVA UPS。UPS 容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。三層模塊 2(大客戶)機(jī)房按 B 等級設(shè)計，首期配置3 臺400kVA UPS。三層模塊 3、模塊4(小客戶)機(jī)房按B等級設(shè)計，共用一套UPS系統(tǒng)，首期配置3臺400kVA UPS，其中1臺為冗余備份。三層模塊 2、模塊3、模塊4按B等級設(shè)計，未來可以擴(kuò)容至 4臺400kVA UPS。

 

3.4.3模塊化機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備配電

      所有IT設(shè)備末端采用雙電源供電。機(jī)柜首末各設(shè)置一臺強(qiáng)電列頭柜( A/B) ，*機(jī)房 A路列頭柜內(nèi)電源來自UPS電源，B路列頭柜內(nèi)電源來自另一路UPS電源。B級和C級機(jī)房A路列頭柜內(nèi)電源來自UPS電源，B 路列頭柜內(nèi)電源來自市電回路電源

 

      隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。

AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機(jī)房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)全綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。

 

4.1精密配電管理解決方案

 

4.1.1交流系統(tǒng)

      1）功能要求：

      遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

      遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。

      2）配置方案-示意圖

 

 

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

 

4.1.2直流系統(tǒng)

 

      1) 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(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。

 

2)配置方案-示意圖

 

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

開關(guān)電源            SBD-30  （48V）

 

 

 

 

4.2產(chǎn)品規(guī)格

 

 

 

 

說明：■為標(biāo)配功能。

 

4.3配套附件

 

 

 

 

5.1概述

數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

5.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

1）交流系統(tǒng)功能：

遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；    

2）直流系統(tǒng)功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；                             

 

5.3產(chǎn)品介紹

 

         

 

說明：■為標(biāo)配功能。

 

對于大型的 IDC 數(shù)據(jù)中心項目，對不同模塊化機(jī)房采用不同配電等級的供配電系統(tǒng)，并預(yù)留后期擴(kuò)容及升級的條件。既有利于業(yè)主建造出滿足不同客戶等級需求的 IT 機(jī)房，又有利于降低業(yè)主初期投資和后期運維成本。

 

參考文獻(xiàn)： 

【1】JGJ 16-2008,民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S]。

【2】袁功平.IDC數(shù)據(jù)中心模塊化機(jī)房供配電系統(tǒng)淺析。

【3】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版。

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2020.06版。