數據中心供配電系統規劃設計中的若干關注事項（一）

2019-02-21 08:50:18魏中磊倪宇軍

通信電源技術 2019年1期

魏中磊，顧飛，倪宇軍，田密，楊政

（1.杭州云之鼎數據科技有限公司，浙江杭州 310000；2.浙江核新同花順網絡信息股份有限公司，浙江杭州 310023；3.杭州山脈通信有限公司，浙江杭州 310014；4.華信咨詢設計研究院有限公司，浙江杭州 310014）

0 引言

近些年隨著各行業對網絡數據量需求的爆發式增長，數據中心行業發展迅速，數據中心建設規模不斷擴大。據統計，2013年到2017年底，我國在用數據中心機架總體規模達到166萬架，總體數量達到1 844個，規劃在建數據中心規模107萬架，數量463個[1]。大量的數據中心在短時間內建設完成，從規劃設計到建設、使用維護，不可避免會發現項目中存在的一些問題。供配電系統是數據中心規劃設計的關鍵部分之一，本文就數據中心供配電系統規劃設計中若干關注事項展開。

1 數據中心供配電設計標準及要求

目前，國內外數據中心設計標準主要有TIA-942、BICSI002、BSEN50600以及 GB 50174。其中，TIA-942和BICSI002為美國標準，前者是由美國國家標準學會（ANSI）批準頒布的“數據中心電信基礎設施標準”，后者為“數據中心設計與實施的最佳實踐”；BSEN50600為歐洲頒布的“數據中心基礎設施標準”。在這些標準中，因TIA-942頒布較早，影響比較廣泛。隨著GB 50174-2017《數據中心設計規范》新國標的生效執行，國內數據中心均按照該標準執行，一些大型數據中心也參考了一些國際標準。

數據中心供配電相關的設計標準非常多，如近期由“中國工程建設標準化協會”發布了T/CECS 486-2017《數據中心供配電設計規程》[2]。該規程是在GB 50174-2017的基礎上根據數據中心供配電系統的特點編制的，適用于供電電壓20 kV及以下的數據中心供配電系統。它從供電電源至配電末端，全面規范了數據中心供配電系統的設計過程[3-4]。

GB 50174-2017將數據中心的基礎設施按照“容錯系統”“冗余系統”“基本系統”劃分為三級——A級、B級、C級。A級數據中心涵蓋B級和C級數據中心的性能要求，且比B級和C級數據中心的性能要求更高。

2 數據中心供配電系統

2.1 數據中心供配電系統組成

一般數據中心供配電系統主要包括中壓配電系統、備用電源系統、低壓配電系統、不間斷電源系統、弱電系統和建筑電氣（照明、通風、消防、防雷接地等）。數據中心根據總用電規模和要求，確定各個子系統的選擇及配置。圖1為某大型數據中心供配電系統框圖，該數據中心電力容量為10 MVA，中壓系統為10 kV配電，備用電源選擇10 kV柴油發電機組，0.4 kV低壓配電系統為IT、空調及公共設施供電，不間斷電源系統選擇交流UPS系統，不間斷電源系統也可以選擇高壓直流和混合供電系統（高壓直流與市電或UPS與市電）。弱電系統主要包括動力和環境監控系統、安防系統和綜合布線系統等。建筑電氣配電主要包括數據中心所需的照明、通風、消防電氣和防雷接地等。

圖1 某大型數據中心供配電系統框圖

2.2 數據中心供配電系統規劃設計的要求

數據中心供配電系統規劃設計應滿足以下基本要求。

第一，供配電系統安全可靠。數據中心的供配電系統可以看作是人體的“心血管系統”，保障數據中心供配電系統的安全可靠，是實現數據中心可用性的基礎。

第二，電源質量性能良好。供配電系統規劃設計中除了對市電引入有一定要求外，還需要保障末端設備供電電源質量性能良好、免受外界干擾，在市電失電的情況（系統要求的時間內）也能保障末端設備必要的供電。

第三，配電系統先進實用。數據中心配電系統應采用先進成熟的技術和設備，保證數據中心供配電系統的安全可靠，并能保證數據中心末端使用高性能的電源。數據中心配電系統的先進實用也是節約資源、保護環境構建綠色建筑的要求。

從數據中心全生命周期考慮，供配電系統規劃設計中還需要關注以下內容。

第一，工程的可分期性。因數據中心需求的不確定性和對業務發展預估的不準確等，許多數據中心一般都不是一步建設到位的。數據中心建設可以采用分棟、分層或分機房模塊建設。這就要求規劃設計時需要考慮功能分期實施時，對設備、材料的選擇及施工工藝的處理提出要求。例如，UPS分期建設中，部分負載規劃為后期UPS帶載，但必須本期上電，并至后期UPS完工后再割接。在設計和施工中，應綜合此類負載的配電電纜及斷路器等，考慮本期及后期需求，避免重復施工或過多的冗余浪費。

第二，供配電系統簡潔、靈活。數據中心供配電系統規劃應具有前瞻性，設計應具有簡潔、靈活性。因數據中心發展的不確定性，在規劃階段應考慮遠期發展并預留適度的余量，保證數據中心的可發展性。設計中應保證系統的簡潔，不過分冗余拖沓，盡量減少供電的級數。數據中心需求多變，供配電系統設計中需盡量考慮模塊化設計，便于快速擴容電力設施，滿足數據中心的靈活發展。

第三，運維的可用性。數據中心建設完成交付運行并由運維人員長期維護。在數據中心的規劃設計階段，應該考慮實際運維需求，減少驗收交付后因運維不便進行的改造，如輔助區庫房的插座設置，值班室內用電容量的預留等。設計中特別需要說明的情況，如有些設計或對設備組間運行條件有要求，或對設備的啟動、運行有特殊規定等，均需要在規劃設計中與業主相關維護部門溝通協調。