IDC 數據中心模塊化機房供配電系統淺析

袁功平

(中國葛洲壩集團房地產開發有限公司，北京 100022)

數據中心機房供配電系統應規劃合理，具有較強的可靠性、擴展性及改造升級的能力，適應多樣化計算機設備運營管理需求發展變化，滿足不同客戶對數據中心機房等級的需求。

1 項目概況

電信云數據中心項目規劃建設一棟數據中心和一棟動力中心。數據中心地上三層，每層平面尺寸為96 m×48 m，建筑面積約14 808 m2。數據中心除設置數據機房、配套輔助機房(低壓配電室、電池室、空調機房等)外，還設置辦公區、值班室、kVM室等公共配套區域。動力中心規劃設置數據中心公用的水冷空調系統、后備柴油發電機組以及動力設備供電用變配電系統，屋面放置冷卻塔。

2 設計需求

1)滿足ANSI/TIA-942-2005Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers機房等級設計要求。2)數據中心內布置數據機房10個，每個數據機房滿足機柜數200左右。3)A級機房1個(10 kVA/機柜);B級機房6個，其中2個機房(6 kVA/機柜)，4個機房(6 kVA/機柜);C級機房3個，其中每2個機房(3 kVA/機柜)，1個機房(4 kVA/機柜)。4)機房滿足分期投資建設需求;B/C等級機房預留升級至A級機房條件;A/B/C機房機柜容量均滿足后期擴容條件。

3 數據機房供配電系統設計

根據業主提出的分期建設、機房等級后期升級方便、機房單機柜負荷擴容要求。通過分析后，采用模塊化數據中機房的供配電系統方案能夠較好的滿足業主需求。

3.1 數據中心電氣機房平面圖規劃

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

3.2 模塊化機房供電電源設計

正常市電電源:數據中心機房市電電源均為兩路10 kV電源，10 kV電源為AC 10 kV 50 Hz中性點不接地方式，10 kV配電系統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10 kV母線供電，母線聯斷路器斷開運行;當一路電源故障停電或檢修時，母線聯斷路器延時投入運行，由另一路電源向兩段10 kV母線供電。兩段10 kV母線以放射式電纜線路向各低壓配電室臺變壓器供電。

應急電源:在動力中心為數據中心IT設備設后備柴油發電機組，發電機組按5(4+1)臺10 kV 1 600 kW(常用功率)配置作為數據中心機房IT設備的備用電源，并最終可擴展到7(6+1)臺發電機并機運行。發電機并機母線采用單母線分段型式。當市電失去時，可供應本項目的全部重要負荷。UPS電源:在低壓配電室設置UPS電源，為IT設備提供不間斷電源。

表1 負荷計算表

圖1 一層電氣機房平面圖

圖2 二層電氣機房平面圖

圖3 三層電氣機房平面圖

3.3 10 kV配電系統設計

高壓配電室從室外引入四路10 kV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電機應急電源。在數據中心一層設置高壓配電室，IT變配電室設置在各樓層中。

10 kV采用分段單母線聯絡的接線方式。正常情況下兩路10 kV電源分別向兩段母線進線柜供電，母線分段斷路器斷開運行。當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10 kV母線供電。當兩路市電均失電時，由10 kV柴油發電機與市電開關切換后向兩段母線同時供電，柴油機電源開關閉合時市電進線開關斷開。兩路市電電源進線斷路器、兩路柴發應急電源斷路器及母線聯絡開關設置電氣聯鎖，嚴禁市電電源與柴發應急電源并聯運行。10 kV配電系統單線圖見圖4。

圖4 10 kV配電系統單線圖

3.4 低壓配電系統設計

3.4.1 低壓配電室

數據中心一層設置低壓配電室1A1/1B1，配置一套供配電系統服務于一層模塊化機房1，每套供配電系統分為A/B兩組。變壓器編號為TR1與TR2，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負載起一層模塊化機房1和2的所有IT設備。

數據中心二層設置低壓配電室2A1/2B1和2A2/2B2，配置兩套供配電系統服務于二層所有模塊機房，每套供配電系統分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1服務于二層模塊機房1和2，變壓器編號為TR3與TR4，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負載起二層模塊化機房1和2的所有IT設備;低壓配電室2A2/2B2服務于二層模塊機房3和4，變壓器編號為TR5與TR6，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負載起二層模塊化機房3和4的所有IT設備。

數據中心三層設置低壓配電室3A1/3B1和3A2/3B2，配置兩套供配電系統服務于二層所有模塊機房，每套供配電系統分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1服務于三層模塊機房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載起三層模塊化機房1的所有IT設備;低壓配電室3A2/3B2服務于模塊機房2，3和4，變壓器編號為TR9與TR10，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負載起三層模塊化機房2、機房3和機房4的所有IT設備。

3.4.2 UPS配電系統

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

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

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

3.4.3 模塊化機房內IT設備配電

所有IT設備末端采用雙電源供電。機柜首末各設置一臺強電列頭柜(A/B)，A級機房A路列頭柜內電源來自UPS電源，B路列頭柜內電源來自另一路UPS電源。B級和C級機房A路列頭柜內電源來自UPS電源，B路列頭柜內電源來自市電回路電源。

4 結語

對于大型的IDC數據中心項目，對不同模塊化機房采用不同配電等級的供配電系統，并預留后期擴容及升級的條件。既有利于業主建造出滿足不同客戶等級需求的IT機房，又有利于降低業主初期投資和后期運維成本。