淺析數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計中易被忽視的問題

孫浩

摘要：隨著我國科技水平的不斷提高，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和范圍在逐漸地增加，在十四五新基建規(guī)劃中也明確指出了發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)的工作思路。為了避免對數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行造成影響，在實際工作中需要加強(qiáng)對電氣設(shè)計模式優(yōu)化的重視程度，并且還需要分析容易被忽視的問題，優(yōu)化當(dāng)前的設(shè)計模式，從而為數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供重要的基礎(chǔ)。基于此本文論述了數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計中容易被忽視的問題，旨在為實際工作提供重要的幫助。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;電氣設(shè)計;設(shè)計問題

一、數(shù)據(jù)中心中主要的電氣設(shè)備分析

（一）電子信息設(shè)備

數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)的信息中心樞紐，承載著關(guān)系企業(yè)核心信息的服務(wù)器。在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)備設(shè)計工作中，需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)中心常見電氣設(shè)備的深入性了解，以此來優(yōu)化當(dāng)前的設(shè)計模式，從而使電氣設(shè)計效果能夠得到全面提高。在數(shù)據(jù)中心中電子信息設(shè)備為常見的組成，電子信息設(shè)備指的是對電子信息進(jìn)行采集、加工、運(yùn)算、存儲、傳輸、檢索等處理的設(shè)備，包括服務(wù)器、交換機(jī)、存儲設(shè)備等。在實際設(shè)計的過程中需要搭建高性能的單元模塊，考慮整個系統(tǒng)運(yùn)行本身的可靠性及穩(wěn)定性，之后再建立不同的電氣模塊，使資源能夠得到合理的分配。另外也可以融入控制器以及變頻器等等，配合著不同的技術(shù)方案實現(xiàn)資源的有效利用，避免對系統(tǒng)運(yùn)行造成一定的影響，從而使數(shù)據(jù)中心運(yùn)行效率能夠得到全面的提高。

（二）電源設(shè)備

為了滿足數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行的供應(yīng)需求，做好資源的科學(xué)調(diào)配，避免對系統(tǒng)運(yùn)行造成一定的影響。數(shù)據(jù)中心主要設(shè)置了變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、UPS（不間斷電源）等電源設(shè)備。

在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運(yùn)行過程中設(shè)備功率較大，設(shè)置了專用的變壓器末端。變壓器采用M（1+1）配置，每臺變壓器負(fù)荷率不大于50%;當(dāng)一臺變壓器故障時，另一臺變壓器帶起全部負(fù)荷，通過這一設(shè)計方式完成資源的有效配置，使系統(tǒng)運(yùn)作能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

A級數(shù)據(jù)中心，通常設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。柴油發(fā)電機(jī)組的控制邏輯主要是柴油發(fā)電機(jī)組電源與市電電源不同時工作。在自動狀態(tài)下，當(dāng)同組的兩路10kV市電電源均失電（無壓、無流）時，向柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)出啟動信號，經(jīng)延時5S（可調(diào)）后，柴油發(fā)電機(jī)自啟動，并機(jī)成功，并機(jī)母線可向10KV配電母線輸出柴油發(fā)電機(jī)組電源。市電恢復(fù)后，確認(rèn)市電穩(wěn)定后，柴機(jī)電源開關(guān)手動斷開，恢復(fù)市電供電狀態(tài)，柴油發(fā)電機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行5分鐘（可調(diào)）自動停機(jī)（即自投手復(fù)）。在實際設(shè)計中，需要合理的考慮柴油發(fā)電機(jī)組的容量及功率，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的后備電源。

UPS（不間斷電源）也是數(shù)據(jù)中心中常見的動力設(shè)備組成部分，在輸入電源正常或故障時，輸出交流或直流電能，在一定時間內(nèi)，維持對負(fù)載供電的連續(xù)性。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中配備了不同的動力設(shè)備，根據(jù)實際運(yùn)行的特點來提供相對應(yīng)的控制功能，從而使數(shù)據(jù)中心運(yùn)行能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，由于設(shè)備功率較大并且間隔時間較短，所以要根據(jù)實際的應(yīng)用要求來進(jìn)行有效的設(shè)計，從而使能源損耗率能夠有所減緩，為系統(tǒng)后續(xù)的運(yùn)行提供重要的基礎(chǔ)。

二、數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計中易被忽視的問題

（一）室外電氣路由設(shè)計

目前，普遍數(shù)據(jù)中心園區(qū)設(shè)置110KV或者220KV變電站，較多客戶要求室外供電兩路電源線路要物理隔離，再加上數(shù)據(jù)中心配置10KV柴油發(fā)電機(jī)組較多。且還有各種通信管路及給排水管路，在實際設(shè)計時并沒有做好這些問題的充分重視，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心室外管綜復(fù)雜，施工難度大，經(jīng)常出線各種管線碰撞的問題。故在設(shè)計過程中，需要結(jié)合BIM綜合考慮各種管線交叉，合理規(guī)劃電氣路由設(shè)計。

（二）供配電系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是為機(jī)房內(nèi)所有需要電源的設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的動力電源支持的系統(tǒng)。主要包括中低壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計中需要加強(qiáng)對負(fù)荷等級設(shè)計的重視程度，嚴(yán)格按照系統(tǒng)的后續(xù)使用要求來優(yōu)化當(dāng)前的設(shè)計模式，從而實現(xiàn)設(shè)備的最優(yōu)配置。A級機(jī)房，由上級變電站引入兩路相互獨立的電源，并設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，滿足各個設(shè)備對供電方面的需求，從而使系統(tǒng)運(yùn)行水平能夠得到全面的保障。消防設(shè)備和重要設(shè)備按照一級負(fù)荷供電，且為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。消防設(shè)備包括消防控制室、應(yīng)急照明、消防電梯、消防風(fēng)機(jī)、消防水泵等，重要的設(shè)備包括通信機(jī)房工藝設(shè)備、機(jī)房專用空調(diào);客梯、生活水泵、機(jī)房照明等為一級負(fù)荷;其他一般場所正常照明、空調(diào)等均為三級負(fù)荷。智能化系統(tǒng)、冷凍水泵及空調(diào)末端系統(tǒng)采用UPS+市電雙電源供電方式，且主供為UPS電源。IT設(shè)備采用雙路不間斷電源供電模式。普通照明和普通動力采取的是單電源的供電方式，這樣一來可以滿足實際的供電需要，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)的問題，使系統(tǒng)運(yùn)作能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

數(shù)據(jù)中心的用電設(shè)備大多數(shù)是用于儲存和處理重要的信息設(shè)備，任何事故會造成不可估量的影響，因此在實際工作中需要嚴(yán)格按照供配電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范要求來做好負(fù)荷的科學(xué)計算，考慮后續(xù)設(shè)備的使用要求和使用標(biāo)準(zhǔn)，從而使整體工作水平能夠得到全面提高。在實際設(shè)計過程中需要科學(xué)劃分和不同的負(fù)荷，根據(jù)機(jī)房等級要求，在實際設(shè)計工作中需要科學(xué)確定好設(shè)備的安裝容量，負(fù)荷計算應(yīng)充分考慮設(shè)備裝機(jī)率、實際運(yùn)行負(fù)載率、業(yè)務(wù)負(fù)荷錯峰等因素，合理設(shè)置同時系數(shù)和需用系數(shù)，避免過度冗余造成的配置浪費(fèi)。在進(jìn)行負(fù)荷設(shè)計時需要做好計算的有效重視，反復(fù)的核對相關(guān)的數(shù)值，必要時可以開展更加科學(xué)的實驗，了解在當(dāng)前負(fù)荷設(shè)計中所存在的問題以及改進(jìn)之處，逐漸的調(diào)整現(xiàn)有的工作模式，從而使整體設(shè)計能夠符合相關(guān)的要求。

按照規(guī)范的要求，不間斷電源系統(tǒng)總供電要根據(jù)相關(guān)的要求做好靈活性的設(shè)計，搭建兩路供電系統(tǒng)，確定好系統(tǒng)的容量，從而使系統(tǒng)運(yùn)作能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)機(jī)房的等級要求，合理的配置蓄電池后備時間及UPS的負(fù)載率。此外，在UPS機(jī)柜并聯(lián)處要設(shè)置手動旁路柜作為維修的旁路，在系統(tǒng)需要維修時需要合并手動旁路柜之后再保證供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，滿足實施維修的要求減少突發(fā)問題的發(fā)生概率。

（三）照明設(shè)計

在照明設(shè)計中需要嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求來進(jìn)行方案的科學(xué)設(shè)計，并且還需要注重細(xì)節(jié)性問題的有效管理，減少對系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的影響。在實際設(shè)計的過程中，需要設(shè)置普通照明和應(yīng)急照明，要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)要求來進(jìn)行日常的操作。在實際設(shè)計過程中需要合理的劃分機(jī)房以及支撐區(qū)，通過科學(xué)的測試來確定本身的照度，避免出現(xiàn)資源消耗的問題。此外，數(shù)據(jù)中心可采用智能照明系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設(shè)備智能化集中管理和控制，從而有效延長燈具使用壽命、節(jié)約能耗、改善光照環(huán)境和提高管理效率。在智能照明中需要控制的燈光，按照區(qū)域的功能來做好資源的有效配置，并且在模塊中要建立分布式的控制模式，模塊和主機(jī)之間需要利用總線來進(jìn)行相互的連接之后再進(jìn)入到智能燈光控制主機(jī)中，從而使系統(tǒng)運(yùn)行能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在后續(xù)工作中需要通過IP協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程信息的傳送，上傳到機(jī)房中來進(jìn)行能源的自動化管理。

（四）接地系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，中線和保護(hù)導(dǎo)線要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，不應(yīng)在變壓器的中性點或發(fā)電機(jī)的星形點直接對地連接，應(yīng)相連后一點接地。備用柴油發(fā)電機(jī)組采用低電阻接地方式，每臺柴油發(fā)電機(jī)組可以單獨接地也可以共用一個接地電阻，從而降低故障電流，為繼電保護(hù)系統(tǒng)提供延時并避免接地故障導(dǎo)致的過電壓。在設(shè)計中合理設(shè)計四極開關(guān)，在保證檢修安全的同時，盡量少用，從而減少“斷零”的危害。

此外，主機(jī)房應(yīng)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)格，網(wǎng)格四周應(yīng)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)帶，并應(yīng)通過等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體將等電位聯(lián)結(jié)帶就近與接地匯集排、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結(jié)構(gòu)等進(jìn)行連接。每臺電子信息設(shè)備（機(jī)柜）應(yīng)采用兩根不同長度的等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體就近與等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)格連接。

（五）諧波抑制

由于數(shù)據(jù)中心設(shè)置較多的變頻水泵及UPS設(shè)備，會產(chǎn)生大量的諧波電流。從而產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了電氣設(shè)備的工作效率，且會產(chǎn)生諧振、械噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞等危害。

故在數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)合理控制總諧波含量，提高功率因數(shù)，應(yīng)充分考慮各類設(shè)備的不同負(fù)載特性，通過有機(jī)組織，達(dá)到抑制諧波的效果。

在變壓器低壓母線側(cè)裝設(shè)有源濾波器，待系統(tǒng)正式運(yùn)行后根據(jù)對諧波的實測和分析，再根據(jù)實際情況投入相應(yīng)容量的濾波裝置。此外，在變頻器前端加裝無源濾波器，使總諧波電流畸變率THDI小于5%。

結(jié)束語：

在數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計中需要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范以及要求，優(yōu)化當(dāng)前的設(shè)計模式，突出數(shù)據(jù)中心本身的獨特性特點，按照數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)實際運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)做好合理性的分析，減少各種矛盾問題的發(fā)生，逐漸的改進(jìn)電氣設(shè)計工作模式，落實精細(xì)化的工作原則，消除在以往電氣設(shè)計中所存在的問題，創(chuàng)新細(xì)節(jié)設(shè)計模式，豐富數(shù)據(jù)中心的電氣功能。

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