芻議IDC數據中心供配電系統建設

上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司 張孝剛

隨著信息化社會步伐的不斷加快，IDC作為高科技時代的產物日新月異。IDC數據中心信息存儲巨大，如果缺乏穩定的供電配備會導致數據中心宕機，而斷電停機意味著利益的直接損失[1]。香港之所以成為許多高端數據中心的首選位置，就是因為其具有穩健的世界級電力供應網絡和供配電系統維持高水平供電可靠度[2]。一家合格的數據中心必須具備持續不間斷運行的特性，電力作為基本的運行要素就一定要考慮電氣冗余，當發生緊急情況時，必須要采用2NUPS和15分鐘備用電池支持在緊急情況下發電，以此防止機房運行中斷，保障數據中心24小時持續運作。

1 IDC數據中心內涵及機房供配電系統驗收要求

IDC即互聯網數據中心，其主要為ICP、企業、媒體和各類網站提供服務器托管、空間租用、網絡批發帶寬、ASP、EC等業務，具有服務規模大、質量高、安全可靠、專業化程度高的特點。隨著電子商務的迅猛發展，IDC已成為現代數字化社會不可或缺的一部分，企業用戶會把越來越多的業務通過IDC來處理，這也使得企業更好的節約成本，提高效率，無需高薪聘用開發和維護人員、無需建機房和系統也能獲得自己所需的專業服務品質。IDC機房擁有大量的電子計算機、存儲和網絡等完善設備，機房按照功能區間劃分為數據機房、配套機房、網絡接入間、測試區、監控中心、打印室等，這些數據設備需要進行專業化運行、維護才能使IDC數據中心整體運轉[3]。

IDC數據中心供配電系統涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發電機等，每個系統相互交叉影響，供配電能否正常穩定是確保其他系統發揮作用和核心業務正常運行的保障。根據機房的使用性質和管理要求及其在經濟和社會中的重要性，國家標準《電子信息系統機房設計規范》(GB50174-2008)將機房分為A（容錯型）、B（冗余型）、C（基本型）三級，每個級別對供電的要求不盡相同。同時，依據《電子信息系統機房施工與驗收規范》(GB50462-2008)對IDC數據中心機房工程施工安裝方面進行質量管理，以達IDC機房工程統一施工目標及驗收要求，保證IDC工程質量，以及各級機房供配電系統的可用性和安全性。

A、B、C三級別機房供電要求分別為（N為基本需求；N+X冗余為系統滿足基本需求外，增加了X個單元、X個模塊或X個路徑）：供電電源。A、B級兩個電源供電且兩個電源不應同時受到損壞，C級兩回線路供電；變壓器。A、B級M（1+1）冗余（M=1、2、3…），C級N；后備柴油發電機系統。A級N或（N+X）冗余（X=1…N），B級N、供電電源不能滿足要求時，C級時間滿足信息存儲要求時可不設置柴油發電機；后備柴油發電機的基本容量。A、B級應包括不間斷電源系統的基本容量、空調和制冷設備的基本容量、應急照明和消防等涉及生命安全的負荷容量；后備柴油發電機燃油存儲量。A級72h，B級24h；不間斷電源系統配置。2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4…），B級（N+X）冗余（X=1…N），C級N；不間斷電源系統電池備用時間。A、B級15min、柴油發電機作為后備電源時，C級根據實際需要確定；空調系統配電。A級雙路電源（其中至少一路為應急電源）、末端切換、采用放射式配電系統，B級雙路電源末端切換、采用放射式配電系統，C級采用放射式配電系統。

2 IDC數據中心供配電系統建設

2.1 項目概況

該大型電子商務企業發展迅猛，對于IDC需求迅速增加，必須以機房建設標準規定要求為依據，建設符合該企業業務發展需求的IDC機房，保證數據中心在建設和運營等方面的質量和性能能滿足該企業業務發展和運營穩定。其中機房的供配電是該企業IDC發揮作用的重要系統之一，數據中心供配電系統包括市電供電、防雷接地、防靜電、USP不間斷供電和柴油發電機等，機房施工應對電氣裝置、配線及敷設、照明裝置等進行質量控制，所有數據中心建設和運營均按照設計規范要求進行。

2.2 設計布置

根據用戶提出的技術要求和實地勘察，根據國家相關標準和規范對數據中心機房供配電系統進行總體設計。該企業為大型IDC機房，服務節點數在10萬以上，其構成包括多個不同級別機房，按照高級別IDC機房供電要求配置，即A級/T4級機房，由2個來自不同變電站的2個電源供電，1用1備用或2用互備用，2個電源不應同時損壞；所有模塊、系統和路徑都設計為2（N+1）配置，各機房樓層都有變壓器和配套UPS不間斷電源進入，電源模塊配置與模塊機房相對應。對于重要負荷供電，如空調均采用由兩臺不同變壓器、不同母線段放射式雙電源供電，且供電線路與出電開關可互為備份。采用高級別IDC機電供電，要求配置每個電源均要滿足整個建筑及IDC機房全部重要負荷的用電要求。

2.3 IDC數據中心供配電系統建設

2.3.1 設備功能區劃分

本工程供配電系統設置獨立的配電間和變配電所，考慮到UPS、電池、配電柜和柴油發電機等供配電相關的設備占地面積大、重量大，必須對其擺放位置從功能和空間、承重、外界的危害等幾方面進行確定，同時為盡可能降低從UPS輸出到用電設備間的壓降和損耗，UPS電源機房布置在靠近設備機房的位置。以數據中心等級要求為依據，對UPS大型設備重量、噪音等進行綜合考慮，將UPS電源主機、配電柜與蓄電池阻分隔，并在承重較好的位置放置。

配電柜滿足功能分區的基礎上要放置于供電負載較近的位置，但也要保持規定要求的距離。發電機房盡量在地面一層布置，如在地下層設置必須要滿足進出風通道要求，尤其對發電機組儲油裝置的消防要求特別關注。此外，還應綜合考慮到設備機房功率密度上升引起的供電需求，即設備機房的擴展要有預留空間。非用于數據中心的建筑要確保樓面荷載、凈高、抗震和耐火等與設備安裝和線路敷設要求相匹配[4]。

2.3.2 供電系統

傳統的UPS供電模式已在可靠性、安全性和經濟性方面難以滿足IDC業務的快速發展，高壓直流供電模式以其方案成熟、擴容方便、效率高和低成本等優勢應用越來越多。根據基礎物理設施規劃的可用性等級、預算范圍、IT需求和相應的供電，本工程供電系統規劃為高壓直流+市電供電系統。市電供電系統負荷包括UPS供電系統、機房精密空調系統、照明設備等。一般可靠性要求引入兩路市電電源并宜為冗余關系，以及作為供電容量擴展關系，每一路市電電源容量應滿足全部一、二級負荷需求。本工程采用的是IBM機型服務器和華為交換機，該服務器機柜800×600×2000mm，整流模塊容量240V/20A，單柜滿配20個，監控單元CSU包括交流檢測、直流檢測、開關量檢測和電池檢測等四個單元。

根據該服務器類型，采用高壓直流供電，標稱電壓C240V。該數據設備電源具有高頻開關電源特點，輸入側沒有工頻變壓器，IT設備開關電源前級為整流橋，輸入直流不會有短路阻抗產生，并為后級提供一個波動的高壓直流；其次，整流橋半橋導通可采用一定電壓值直流電提供能量，高壓直流范圍為DC154～336V，交流輸入為AC110～240V，數據設備電源模塊輸入直流，直流輸入可視為直連；此數據設備電源為恒功率模塊，其輸入電壓提高使整流二極管載流量降低，直流狀態下穩定性提高，因此只要合適電壓直流電輸入IT設備即可正常工作。采用高壓直流供電+市電供電系統滿足了本項目的經濟性要求，同時至今運行情況良好，達到了穩定運行，安全節能的效果[5]。

2.3.3 UPS工程

本工程IDC數據中心UPS供配電系統采用冗余方式供電，分別引入UPS電源主機的主電源和旁路電源，輸出采用放射式或雙回路配電方式，配電系統輸出采用三相配電，末端分相以達三相平衡。UPS部分采用機房專用配電箱來完成，保證UPS安裝在通風良好的環境下。在安裝時，要注意UPS后面板及側板要距離墻壁或相鄰設備200mm以上，并對前面板進風口用物品遮蓋，避免UPS風機排氣孔受到阻礙，使UPS內部溫度升高，對UPS壽命造成影響。

要特別注意，因UPS在關機狀態下也有危險電壓的可能，為了防止觸電危險，UPS機殼非專業人員不得打開。三相市電向火線輸入時必須要安裝＞250A三級聯動斷路器，以此保證緊急情況下能夠將電源迅速切斷，其零線直接連接UPS輸入零線端子，不應通過斷路器。按照UPS產品要求連接所組裝的電池柜、電池組，連接后進行復查并對整組電池電壓進行測量，保證達到要求值。將MCCB與UPS主機電池連線，對UPS系統開機、調試、校正和測試，之后進行市電斷電模擬和恢復檢測。UPS電源配電箱柜引出的配電線路應由鍍鋅鋼管穿入，敷設沿著機房活動地板至各排網絡柜，機柜供電采用插座或工業連接器[6]。2.3.4 電氣裝置設備

施工過程的電氣工程質量控制對于IDC機房設備安全穩定運行十分重要，本工程按照設備開箱檢驗→設備搬運→設備基架制作與安裝→配電柜箱制作與安裝→電纜接線→送電試運行的工藝流程進行安裝。采用壓接端子連接干線、電源盤、柜和UPS，機房電源線、信號線要鋪設、排列整齊，且捆扎固定、有長度余量。按照設計將各種不同的線型，包括電源相線、中性線、保護接地線、信號線和通訊線等不同顏色的線型進行編號，可靠連接電纜電線，避免壓扁、扭絞和斷裂。

整齊、牢固、正確安裝電氣裝置，保證內外清潔，電氣接線盒無雜物殘留，安裝同類電氣設備高度要保持一致。特種電源配電裝置要有明顯標志，標明頻率和電壓等。電源盤、柜要與其他電氣裝置臺座固定牢固，并固定在建筑樓地面。完成安裝作業且質量檢查合格后進行送電試運行，由總配電室確定后向本工程進線互投柜送電，進行驗電、校相，保證配電柜開關操作正常、電壓正常、各指示燈和儀表正常運行，待經過24小時空載試運行沒有異象即可等待驗收。

綜上，互聯網數據中心已成為企業信息化技術的核心，IDC機房建設必須要不斷完善和創新才能滿足不同用戶的需求。供配電系統設計和施工的合理性和規范性能為機房運維和數據信息存儲提供保障。因此，在供配電系統建設中，應合理規劃供配電系統，提高機房設備安裝質量達到驗收標準，減少因供配電系統不穩定而造成的斷電問題；其次，還應對不同的供配電系統進行不同的設置，滿足等級要求，滿足系統可擴展性要求，以此達到改造升級的能力。只有達到數據中心嚴格的供電標準要求，才能維持其二十四小時不間斷供電，從而滿足企業對各類數據的需求。