數據中心供配電系統方案設計

范煒

（中國建筑東北設計研究院有限公司（鄭州））

1 工程概況

本工程為某信息港在建數據中心項目，單體建筑類別為丙類多層廠房建筑，地上四層，單層面積約10000m2，每層建筑由數據機房區、支持及輔助功能用房組成。其中，機房支持功能用房包括變配電室、電池室、冷凍站、空調機房、動力站房、消防設施用房等；機房輔助功能包括進線間、消防和安防值班室等區域。

2 設計原則

根據項目實際情況，考慮機房需要布置高密度功率機柜和綠色節能性，該項目采用高密度模塊化數據中心設計方案。模塊化機柜信息詳見圖1和表1。

圖1 模塊化數據中心方案圖

表1 模塊化機柜組件名稱

根據數據中心的使用性質、管理要求及其數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上造成的損失或影響程度，我國規范將數據中心劃分為A、B、C三級。本工程確定為A級數據中心機房，規范對A級數據中心機房具有以下要求[1]，如表2所示。

表2 數據中心A級機房電氣技術標準

3 負荷計算

3.1 負荷等級

一級負荷及特別重要負荷：數據中心機房內IT設備、機房空調冷水機組、機房冷卻水泵、空調冷卻塔、消防設備、重要設備間空調、機房區重要照明、應急照明、安防系統用電、弱電機房用電等均為一級負荷；其中機房內IT設備、機房空調冷水機組、機房冷卻水泵、空調冷卻塔、消防設備、應急照明為一級負荷中特別重要負荷。

二級負荷：除一級負荷外的動力負荷、走道照明。

三級負荷：其他一般照明、辦公用電、泛光照明等。

3.2 負荷計算

以首層建筑平面為例，左右半區功能房間完全對稱。因此，為了便于計算，做如下設定：將左半區域負荷劃為模組1，右半區域負荷劃為模組2。

根據提供資料及大樓用電負荷（模組1），設置兩臺2500kVA變壓器（A1T1/B1T1）專供IT設備和部分公區建筑等用電，每組變壓器配置兩組600×3kVA UPS專供該樓層IT設備用電。負荷計算如表3所示。

表3 變壓器A1T1/B1T1總負荷計算

設置兩臺2500kVA變壓器（A3T1/B3T1）供三、四層空調設備和3#、4#冷卻泵、冷卻塔、冷凍水泵和部分公區建筑用電，每組變壓器配置600kVA×3+600kVA×1 共4臺UPS，專供空調、二次水泵負荷用電。

4 供配電系統

4.1 高、低壓配電系統

數據中心采用兩路獨立的10kV電源供電，兩路電源同時工作，分列運行，互為備用，每路電源保證100%容量。高壓配電室的兩路10kV電源之間采用單母線分段運行方式。備用電源采用10kV柴油發電機組，當兩路市電都故障時，柴油發電機組投入。高壓供電原理圖如圖2所示。

圖2 高壓供電原理圖

低壓配電系統中，變壓器低壓側采用單母線分段方式運行，每組變壓器捉對運行，互為熱備（A/B兩路電源），當一臺變壓器故障，另一臺能夠承擔全部負荷，滿足2N冗余要求。兩路主進和聯絡開關最多兩個同時合閘，低壓斷路器設置過載長延時、短延時、瞬時脫扣器。

本工程選用高頻模塊化UPS設備。高頻機UPS是現階段最常用的UPS設備，其具有電能質量好、電源效率高、造價低、可靠性強等優點。每個總線UPS系統采用（N+1）冗余方式，整個系統UPS采用2（N+1）配置，即每路UPS均采用“1+1”冗余并機系統，UPS并機后經輸出列頭柜向負載供電。根據規范要求，UPS系統需設置靜態旁路和手動維修旁路，蓄電池最少備用時間不小于15min。

系統聯鎖關系要求如下：

1）兩路市電電源進線斷路器分別與計量柜手車之間設電氣聯鎖，只有斷路器斷開時，才允許計量柜斷開；反之，只有當計量手車閉合時，才能閉合進線斷路器。

2）兩路市電電源進線斷路器及母聯斷路器只允許兩個同時合閘，3個斷路器間應有電氣連鎖，市電和柴油發電機斷路器不允許同時閉合。進線斷路器和分閘狀態詳見表4。

表4 進線斷路器和分閘狀態表

4.2 備用電源系統

由于A級數據中心數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上將造成重大損失或影響，因此數據中心必須有穩定、可靠的電源。為保證電源的連續可靠性，需要用柴油發電機組作為備用電源。要求備用應急電源能滿足全部應急保障設備負荷需求，承擔數據中心全部重要負荷，包括IT負荷，機房空調和制冷設備系統、機房照明、應急照明、平時工作需要的消防負荷等。

按穩定負荷計算發電機組容量，以E1柴發并機系統為例，E1機組作為1#、2#高壓配電系統站的備用電源，即為模組1中10kV冷水機組及部分樓層配電變壓器高壓側負荷供電，可參考圖2 高壓供電原理圖。在負荷計算過程中需考慮變壓器損耗，選擇發電機組容量時應留有一定裕量。

E1柴發機組設置13臺10.5kV，1800kW快速自啟動柴油發電機組，13臺柴油發電機組按照“12+1”冗余配置，12臺柴油發電機組并機運行，負荷計算如表5所示。

表5 E1柴發機組總負荷計算

5 結束語

隨著社會信息化日新月異的發展，數據中心的重要性日益凸顯，而數據中心的供電系統在保障供電可靠性和數據安全中起到了重要作用，因此，數據中心供配電系統的設計就顯得尤為重要。本文通過對一實際工程的設備選擇及供配電方案進行分析與設計，并進行較為深入的闡述，以便為其他類似工程提供參考。