淺析數據中心電氣設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，數據中心的數量和范圍在逐漸地增加，在十四五新基建規劃中也明確指出了發展高科技產業的工作思路。為了避免對數據中心的運行造成影響，在實際工作中需要加強對電氣設計模式優化的重視程度，并且還需要分析容易被忽視的問題，優化當前的設計模式，從而為數據中心的正常運轉提供重要的基礎。基于此本文論述了數據中心電氣設計中容易被忽視的問題，旨在為實際工作提供重要的幫助。

關鍵詞：數據中心;電氣設計;設計問題

一、數據中心中主要的電氣設備分析

（一）電子信息設備

數據中心作為企業的信息中心樞紐，承載著關系企業核心信息的服務器。在進行數據中心電氣設備設計工作中，需要加強對數據中心常見電氣設備的深入性了解，以此來優化當前的設計模式，從而使電氣設計效果能夠得到全面提高。在數據中心中電子信息設備為常見的組成，電子信息設備指的是對電子信息進行采集、加工、運算、存儲、傳輸、檢索等處理的設備，包括服務器、交換機、存儲設備等。在實際設計的過程中需要搭建高性能的單元模塊，考慮整個系統運行本身的可靠性及穩定性，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，配合著不同的技術方案實現資源的有效利用，避免對系統運行造成一定的影響，從而使數據中心運行效率能夠得到全面的提高。

（二）電源設備

為了滿足數據中心的正常運行的供應需求，做好資源的科學調配，避免對系統運行造成一定的影響。數據中心主要設置了變壓器、柴油發電機組、UPS（不間斷電源）等電源設備。

在數據中心系統運行過程中設備功率較大，設置了專用的變壓器末端。變壓器采用M（1+1）配置，每臺變壓器負荷率不大于50%;當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器帶起全部負荷，通過這一設計方式完成資源的有效配置，使系統運作能夠具備較強的穩定性。

A級數據中心，通常設置柴油發電機組作為備用電源。柴油發電機組的控制邏輯主要是柴油發電機組電源與市電電源不同時工作。在自動狀態下，當同組的兩路10kV市電電源均失電（無壓、無流）時，向柴油發電機系統發出啟動信號，經延時5S（可調）后，柴油發電機自啟動，并機成功，并機母線可向10KV配電母線輸出柴油發電機組電源。市電恢復后，確認市電穩定后，柴機電源開關手動斷開，恢復市電供電狀態，柴油發電機組繼續運行5分鐘（可調）自動停機（即自投手復）。在實際設計中，需要合理的考慮柴油發電機組的容量及功率，為數據中心提供穩定的后備電源。

UPS（不間斷電源）也是數據中心中常見的動力設備組成部分，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，維持對負載供電的連續性。在系統運行的過程中配備了不同的動力設備，根據實際運行的特點來提供相對應的控制功能，從而使數據中心運行能夠具備較強的穩定性，由于設備功率較大并且間隔時間較短，所以要根據實際的應用要求來進行有效的設計，從而使能源損耗率能夠有所減緩，為系統后續的運行提供重要的基礎。

二、數據中心電氣設計中易被忽視的問題

（一）室外電氣路由設計

目前，普遍數據中心園區設置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，再加上數據中心配置10KV柴油發電機組較多。且還有各種通信管路及給排水管路，在實際設計時并沒有做好這些問題的充分重視，導致數據中心室外管綜復雜，施工難度大，經常出線各種管線碰撞的問題。故在設計過程中，需要結合BIM綜合考慮各種管線交叉，合理規劃電氣路由設計。

（二）供配電系統設計

數據中心供配電系統是為機房內所有需要電源的設備提供穩定、可靠的動力電源支持的系統。主要包括中低壓變配電系統、柴油發電機系統、不間斷電源系統。

在進行數據中心電氣設計中需要加強對負荷等級設計的重視程度，嚴格按照系統的后續使用要求來優化當前的設計模式，從而實現設備的最優配置。A級機房，由上級變電站引入兩路相互獨立的電源，并設置柴油發電機組作為備用電源，滿足各個設備對供電方面的需求，從而使系統運行水平能夠得到全面的保障。消防設備和重要設備按照一級負荷供電，且為一級負荷中的特別重要負荷。消防設備包括消防控制室、應急照明、消防電梯、消防風機、消防水泵等，重要的設備包括通信機房工藝設備、機房專用空調;客梯、生活水泵、機房照明等為一級負荷;其他一般場所正常照明、空調等均為三級負荷。智能化系統、冷凍水泵及空調末端系統采用UPS+市電雙電源供電方式，且主供為UPS電源。IT設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，避免出現資源浪費的問題，使系統運作能夠具備較強的穩定性。

數據中心的用電設備大多數是用于儲存和處理重要的信息設備，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格按照供配電系統和數據中心設計規范要求來做好負荷的科學計算，考慮后續設備的使用要求和使用標準，從而使整體工作水平能夠得到全面提高。在實際設計過程中需要科學劃分和不同的負荷，根據機房等級要求，在實際設計工作中需要科學確定好設備的安裝容量，負荷計算應充分考慮設備裝機率、實際運行負載率、業務負荷錯峰等因素，合理設置同時系數和需用系數，避免過度冗余造成的配置浪費。在進行負荷設計時需要做好計算的有效重視，反復的核對相關的數值，必要時可以開展更加科學的實驗，了解在當前負荷設計中所存在的問題以及改進之處，逐漸的調整現有的工作模式，從而使整體設計能夠符合相關的要求。

按照規范的要求，不間斷電源系統總供電要根據相關的要求做好靈活性的設計，搭建兩路供電系統，確定好系統的容量，從而使系統運作能夠具備較強的穩定性。在不間斷電源系統設計過程中，應根據機房的等級要求，合理的配置蓄電池后備時間及UPS的負載率。此外，在UPS機柜并聯處要設置手動旁路柜作為維修的旁路，在系統需要維修時需要合并手動旁路柜之后再保證供電系統的平穩運行，滿足實施維修的要求減少突發問題的發生概率。

（三）照明設計

在照明設計中需要嚴格按照相關的標準和要求來進行方案的科學設計，并且還需要注重細節性問題的有效管理，減少對系統運行所產生的影響。在實際設計的過程中，需要設置普通照明和應急照明，要嚴格按照數據中心設計規范中的相關要求來進行日常的操作。在實際設計過程中需要合理的劃分機房以及支撐區，通過科學的測試來確定本身的照度，避免出現資源消耗的問題。此外，數據中心可采用智能照明系統，來實現對照明設備智能化集中管理和控制，從而有效延長燈具使用壽命、節約能耗、改善光照環境和提高管理效率。在智能照明中需要控制的燈光，按照區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，模塊和主機之間需要利用總線來進行相互的連接之后再進入到智能燈光控制主機中，從而使系統運行能夠具備較強的穩定性。在后續工作中需要通過IP協議進行遠程信息的傳送，上傳到機房中來進行能源的自動化管理。

（四）接地系統設計

數據中心低壓配電系統采用TN-S系統，中線和保護導線要進行科學的設計，不應在變壓器的中性點或發電機的星形點直接對地連接，應相連后一點接地。備用柴油發電機組采用低電阻接地方式，每臺柴油發電機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，為繼電保護系統提供延時并避免接地故障導致的過電壓。在設計中合理設計四極開關，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，主機房應設置等電位聯結網格，網格四周應設置等電位聯結帶，并應通過等電位聯結導體將等電位聯結帶就近與接地匯集排、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結構等進行連接。每臺電子信息設備（機柜）應采用兩根不同長度的等電位聯結導體就近與等電位聯結網格連接。

（五）諧波抑制

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

故在數據中心的電氣系統設計應合理控制總諧波含量，提高功率因數，應充分考慮各類設備的不同負載特性，通過有機組織，達到抑制諧波的效果。

在變壓器低壓母線側裝設有源濾波器，待系統正式運行后根據對諧波的實測和分析，再根據實際情況投入相應容量的濾波裝置。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%。

結束語：

在數據中心電氣設計中需要嚴格按照相關的規范以及要求，優化當前的設計模式，突出數據中心本身的獨特性特點，按照數據中心電氣系統實際運行標準做好合理性的分析，減少各種矛盾問題的發生，逐漸的改進電氣設計工作模式，落實精細化的工作原則，消除在以往電氣設計中所存在的問題，創新細節設計模式，豐富數據中心的電氣功能。

參考文獻

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