大型數據中心供配電系統設計

辛樹俊

摘要：如今，隨著我國經濟的飛速發展，信息化建設不僅成為國家發展戰略，也日益受到各部門、院校和企業等單位的高度重視。作為信息數據交流、處理的數據中心，其地位和作用也日益突顯。隨著計算機技術、網絡技術、信息技術等的廣泛應用，信息化建設也起得了長足的進步，集大數據運算、存儲、處理等功能為一體的大型數據中心，已經成為信息化建設的重中之重。大型數據中心不僅數據處理能力更強，對數據安全的要求也更高。供配電系統是大型數據中心安全運行的基礎和前提，直接影響到數據中心功能的有效發揮。因此，研究供配電系統設計，對于充分發揮大型數據中心效能有著重要的現實意義。

關鍵詞：大型數據中心;供配電系統;設計

引言

隨著現代社會的快速發展以及大量信息、數據的交互往來，數據中心的建設、使用已經成為必然趨勢，目前，幾乎所有大型企業、機構都建立了自己的數據中心。因此，對數據中心用電負荷準確分級，提供合理、安全、可靠的供電方案成為使IT設備穩定運行，信息數據安全交互的重要前提和保障。對此，筆者將結合實際項目中數據中心的設計以及目前一些針對數據中心的主流設計思路及做法，對數據中心在用電設備負荷分級、供電方案選擇等問題進行詳細闡述。若見解有誤之處，望同行們批評指正。

1數據中心供配電系統設計的基本原則

數據中心供配電系統設計應執行或參照執行國家和行業相關標準、規范，并可參考國外相關標準、規范，結合考慮數據中心用電負荷密度高、供電可靠性要求高等特性，采取適當的技術措施。同時，應滿足項目建設單位的企業標準、規范的要求。數據中心供配電系統設計應遵循分區、分級的原則，同一功能區域內的各類設備的供電可靠性，應能保證所有設備按照該區域標準的要求運行，并將供配電系統局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。數據中心用電負荷密度高、總量大，其供配電系統設計應充分運用成熟有效的節能措施，降低供配電系統的損耗。

2大型數據中心供配電系統概述

數據中心在某種程度上可以說是信息化條件下的計算機機房，是信息化建設的基礎工程，為各種業務提供安全、穩定的信息支撐。大型數據中心機房中設置有大量的計算機、交換機、路由器等設備，要求供電系統必須做到全程、全時、穩定、持續和安全保障。供配電系統本身又是大型數據中心必不可少的基礎性工程，為核心業務和其它系統的正常運行提供穩定的電力保障。大型數據中心供配電系統不是孤立存在的，而是一個交叉的系統，涉及到市電、開關電源、不間斷供電、發電機、防雷、防靜電等諸多設備和環節，既相互聯系又互相影響，這就對供配電系統設計提出了更高的要求，既要便于擴容、維護，又要具有很強的容錯力，同時從經濟性上講還應該有較高的性價比。

3數據中心供電電源

3.1市電電源選擇

市電電源選擇一般采用10kV供電電壓，但其供電容量有限。某些地區規定：10kV供電電壓，用戶受電設備的總容量為250～6300kVA，若需更大的供電容量，則需采用35kV或110kV及以上的供電電壓。當數據中心中、遠期規劃用電負荷較大時，宜在建設初期就選擇35kV及以上供電電壓，以免供電容量不足成為數據中心發展的制約瓶頸。如果采用35kV及以上供電電壓時，可根據數據中心建筑形式決定其變電方式。一般，數據中心為單幢建筑時，宜采用35/0.4kV直降方式，而數據中心為園區式多幢建筑時，宜采用35/10kV、10/0.4kV二級降壓方式。

3.2市電電源引入要求

數據中心的市電電源引入方式及其供電容量，應滿足不同用途或等級數據中心對供電可靠性的要求。極高可靠性要求數據中心應從兩個獨立的電網變電所的專用輸出回路上分別引入一路市電電源，以專線方式沿不同的敷設路由引接至數據中心。每一路市電電源的供電容量應能滿足全部負荷或全部一、二級負荷的需求，包括UPS、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備等。兩路市電電源的供電容量應為全冗余，正常時應同時供電運行。高可靠性要求數據中心宜從兩個獨立的電網變電所，也可從一個電網變電所的兩段獨立的供電母線上分別引入一路市電電源，以專線方式引接至數據中心。每一路市電電源的供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應為全冗余，正常時應同時供電運行。一般可靠性要求數據中心宜引入兩路市電電源，條件受限制時也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時，宜為冗余關系，也可為供電容量擴展關系。

3.3自備應急電源選擇

數據中心一般采用柴油發電機組作為自備應急電源。對于大型、高等級數據中心也可以選擇可靠性高，輸出電源品質好，帶非線性負載能力強、體積小、重量輕的大功率燃氣輪機發電機組。

3.4自備應急電源配置要求

數據中心自備應急電源配置應滿足不同用途或等級數據中心對供電可靠性的要求。極高可靠性要求數據中心宜配置兩路獨立的自備應急電源，每一路自備應急電源的供電容量應能滿足全部負荷或全部一、二級負荷的需求，包括UPS、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備等。市電電源具有很高可靠性時，也可配置一路具有冗余的自備應急電源。高可靠性要求的數據中心應配置一路自備應急電源，供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。一般可靠性要求的數據中心宜配置一路自備應急電源，供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。當數據中心條件受限制，且市電電源具有較高可靠性時，也可以部分或全部采用移動式發電機組作為自備應急電源。

4自備應急電源系統設計

大型數據中心自備應急電源一般采用柴油發電機組或者大功率燃氣輪機發電機組。根據可靠性原則，大型數據中心至少應配置一路自備應急電源，保證滿足全部一、二級負荷的需要。發電機組燃料儲備量一般應滿足發電機組滿負荷運行8小時。（三）供配電線路敷設電源線路敷設必須以設備布局和設計圖紙為基礎，設計時應保證供電距離盡量短，且強電和弱電線路不能同走一個線槽，一定要分開鋪設。UPS電源配電箱（柜）引出的配電線路，宜穿鍍鋅鋼管并敷設至數據中心各相關機柜，并使用插座或工業連接器為機柜供電。

結語

不同用途或等級的數據中心對可靠性要求不同，直接關系到數據中心的建設投資和運營成本。數據中心供配電系統是數據中心最重要的基礎設施，應在數據中心建設初期統籌考慮和全面規劃，并根據數據中心對供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統布置、供配電系統結構和形式等方面采取相應的技術措施。同時，還應充分運用成熟有效的節能措施，降低供配電系統的損耗。若數據中心存在不同等級的功能區域，在供配電系統設計中也應區別對待，以減少不必要的建設投資和運營成本。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設部.GB50343-2019建筑物電子信息系統防雷技術規范.中國建筑工業出版社

[2] 中華人民共和國信息產業部.YD/T5098-2017通信局（站）防雷與接地工程設計規范.北京郵電大學出版社

[3] 中國移動通信集團.中國移動通信企業標準.通信機房整體能效評估標準

[4] 中國移動通信集團.中國移動通信企業標準.IT支撐網設備節能分級標準

[5] 中國移動通信集團.中國移動通信企業標準.中國移動IDC等級標準及評定辦法（試行）