探析數據中心機房電氣系統設計

劉藝偉

（維諦技術有限公司北京分公司，北京 100020）

數據中心是各單元的核心單元，安全可靠的電氣系統保證了數據中心機房設備的穩定性，對數據中心機房穩定可靠的運行非常重要。隨著信息技術的飛速發展，高性能的服務器、存儲和網絡設備被應用到各個領域并被許多人使用。因此，功能齊全、環境優越，確保IT設備安全、穩定、不間斷運行的數據中心機房是必不可少的。現代化的數據中心機房不僅需要滿足當今的設備需求，還應考慮一定的可擴展性，為進一步的數據開發提供充分的保障基礎。在有限的資源和條件，電氣設計標準必須與現有場地、設備、預算相結合，最終形成一套科學的標準和合理的設計方案。信息化和科學化可以使城市和區域的各個行業的技術更加成熟。隨著數據技術的發展和進步，人們總是追求更先進的信息技術和向往更現代的生活方式。數據中心機房通過組織、計算和存儲網絡數據來夢想無限的生活方式，讓互聯網應用更加穩定、及時、有效。當然，電氣系統設計質量對于數據中心的穩定運行至關重要。數據中心處理數據服務器需要持續供電，一旦出現電氣故障，會對存儲的數據造成嚴重破壞，并破壞跨網絡的數據應用程序。設計數據中心配電系統相對復雜，因為由此產生的損失無法估量。在重要場所，在設計和施工中必須充分考慮數據中心可能出現的電氣問題。布防線架、電纜方向、間距等電氣配置需要為今后的長期擴展預留空間，為后期電氣系統的安全運行提供科學保障。所以，要在數據中心機房做好電氣系統設計，高質量的電氣系統設計工作可以增強數據中心的整體功能性。

1 數據中心機房電氣系統設計經常出現的問題

數據中心機房電氣系統設計遇到的問題：如果數據中心電氣系統設計不嚴謹、不科學，整個數據中心機房的運行中潛伏著危險。數據中心機房電氣系統設計經常出現的一些問題有：（1）裝修房間的門和地面設計有問題，樓板、機房、吊頂三層結構的分布不明確，在今后的實際應用中不明確。IT 產品的功耗與基礎電源線的功耗沒有區別，維護難度大。（2）數據中心機房電源線與設備沖突。設計時，需要注意不同線路和管道高度的差異，避免串線。在通過一些管道時產生纏繞現象，對以后的工作有潛在危險。（3）由于數據中心機房的特殊性，數據中心的安全性和數據保護性也依賴電氣系統的質量，所以安裝了很多控制系統、后臺監控設備、機房監控系統。一旦控制系統出現問題，對當前數據中心的整體性能有著重大影響。

2 數據中心機房電氣系統設計的基本規定

為了加快城市建設，讓數據機房在數據溝通中發揮更大作用。要提高電氣系統設計的創新水平，必須從機房電氣系統設計的基本要求入手。理清設計思路，發現以往設計中出現的問題。通過不斷的改進，研究適合當今數據中心機房需求的電氣系統以及電氣系統設計過程。一般來說，數據中心機房的電氣設備包括照明、消防、控制系統、共享電梯、共享電風扇等。當然，數據中心機房電氣系統不僅要為電氣設備提供優質的服務，還應該為數據中心機房的各項電氣設備進行質量評估。在保護重要設備時，還應體現機房控制組對系統的控制能力。

2.1 照明

數據中心機房的照明在安裝、運行和維護過程中非常重要，需要確保數據中心配備兼容的照明設備。在進行電氣系統設計過程中，需要使用節能、降低PUE 損耗的照明設備，并且可以選擇在設備維護期間關閉某些區域的照明設備。

2.2 數據中心機房電氣系統要求

接地方法包括接地操作、接地保護和接地防雷。接地保護應用廣泛，設備外殼通過電纜進行接地，防止設備內部短路，接地保護可以保護機房內的工作人員和其他設備的安全。所有機房中心均設有接地保護，接地保護與大地相連，使電氣設備在雷擊時向大地泄放大電流。接地保護路線必須遵循電氣系統設計標準，以防止危險事故的發生。

3 數據中心機房電氣系統設計

3.1 電氣系統

（1）電氣系統。機房電氣系統設計應認真結合經濟性和安全性2 個基礎。基于各種產品優化的效率，負載功率的增加和計算機單元的未來負載考慮所有情況。任何產品在使用前，必須嚴格按照相應標準的要求進行評估。由于機房中各種硬件部件之間存在一定的關系，所以，在設計過程中，必須指定開關的具體功能和輔助設備的負載大小，以確認配電柜的內部配置合理且便于后期維修。必須保證電氣系統中每個部分的安全性，并使總能量達到平衡值。（2）UPS（不間斷電源）系統。在建設數據中心機房時，UPS 機組是最后的設計環節。適用于機房的電子設備通常分為共建和集中轉換兩種，應根據機房的配置和系統進行設計，并根據需要選擇合適的供電方式。在設計過程中，低壓斷路器通常使用UPS 系統的輸入開關。此外，接地保護必須嚴格控制，以符合國家標準和法規。UPS 電源的選擇應仔細考慮機房的實際位置、機房的正常工作時間和工作強度，使電氣系統的安全運行得到充分保障，并且電氣系統的正常運行不受其他設備質量的影響。

3.2 機房空調

機房內的數據中心必須根據《建筑規范》使用專用空調。空調分為制冷精密空調、風冷式精密風冷、水冷式精密風冷3 種，需要根據實際的應用情況進行選擇。空調系統應根據所在地區的天氣、機房大小、空調總功率等條件選擇合適的空調，實現節能目標并降低運營成本。

3.3 應急風扇

安裝應急風機的目的是快速釋放大量有毒氣體，或火災后保護區的通風換氣。（1）應急風扇必須按原負載供電，屬于柴油發電機組的范圍。雖然應急風扇屬于排氣扇的范疇，但應急風扇與消防有關，是火災后的啟動產品。電氣接線必須非電或非電防電，安裝要求與滅火器、電線敷設規范相同，火災后輸電線路繼續工作，確保應急風扇可以在事故后繼續供電。（2）應急風扇也可用作事故后的輔助（送）風機，可以通過連接消防關閉機器、閥門和風扇。并聯放電不能使連接的風機斷路器跳閘。（3）災害發生后，風機的啟動不包括在消防范圍內，無須設置消防控制室。對于直接控制設備，應急風扇的手動控制裝置應安裝在室內外便于操作的地方。

4 數據中心機房電氣系統的設計與分析

為了凸顯數據中心機房在現代城市數據中心的重要性和獨特運作模式，需要為數據中心機房電氣系統創造良好穩定的工作環境。通過詳細的分析和研究，以開發高質量的電氣系統設計并整合數據功能，將數據中心機房電氣設計提升到一個新的高度。

4.1 確定數據中心配電系統的服務等級

在實際應用過程中，數據中心根據不同的服務等級和負載能力，基礎功率等級要求也不同。目前，我國數據中心分為A、B、C 3 個階段，電氣系統從數據室層面配置。保證機房功能的完善，節約建設成本，保證機房設計符合成本效益且可靠地執行基本服務功能。

4.2 供配電系統總體設計

整個數據機房配電如下：2 臺高壓商用電源進入高壓艙，在此過程中，高壓配電室通過變壓器向低壓配電室提供高壓電。在進行電壓轉換時，低壓饋線柜的供電電壓為380V/22V，將電壓送至供電設備，可以穩定電壓，凈化電能質量。然后為服務器上機柜供電，最后為服務器提供優質穩定的電源，使其滿足正常工作消耗。為保證各路供電，整個供電系統分為主路和備用路。備用路可以提供備用電源。當然，電氣系統中后備電源是非常重要的。即使出現斷電，后備電源依舊可以為服務器持續供電。在設計配電系統時，必須對整個供配電線路進行分析研究，尤其是十字線路、主下路和備用線路等。通過對供配電線路的控制，優化數據中心機房電氣系統設計。

4.3 UPS 及開關電源系統優化分析

以往，UPS 作為電子設備中保障電氣安全、降噪、改進電氣設備的電子設備，UPS 電源系統為未來數據中心的穩定供電或配電系統帶來了更多的支持和保護。UPS 不管是在單獨工作或隨機工作中，都是一個應用效果很好的電子設備，這個電子設備的效率更能體現在管理方面：首先，UPS 設備執行主要功能，釋放電源。管理員應該為每個設備生成每個UPS 后端負載的統計信息，包括電流電壓統計、過渡態統計、輸出數據統計等。向UPS 電源管理人員報告，快速響應后處理設備故障；在調試或檢修UPS 時，可以通過控制UPS 內部開關來控制備用電源或電池電源，由此可以使維修人員對出現的問題有一個清晰的認識。UPS 設備運行邏輯十分嚴格，不嚴謹的運行邏輯對UPS 承載的負載影響很大，并可能導致數據的損壞，并且數據的損壞和丟失可能導致嚴重的事故。因此，UPS 管理是非常重要和必要的。

4.4 防雷接地系統優化

接地系統是保戶數據中心設備和人員安全的重要方式，使用適當的接地方法可以更好地進行機房內的電力傳輸。例如，在變壓器工作正常的情況下，發電機已被關閉后，也應將剩余電流釋放，以保證設備內無剩余電能。避免工人的人身安全受到威脅，在此操作期間，變壓器母線必須連接在接地導體下方。完成發電機內部電氣設備保護，通過接地保護系統將電流接地到機房電源外殼。一旦因設備故障導致短路時，電流從頂部導線流向端子，通過接地系統保護設備和維護人員的安全。《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 中提出，建筑物放電擊可以使用避雷器、接地裝置等接地保護方式。等電位連接在數據中心機房電氣系統的安全保護中起著重要的作用，等電位聯結時，數據中心機房配置本地等電位聯結。這種方法對接地保護引起的電壓差具有良好的阻尼效果。

5 結語

綜上所述，數據中心對數字化和信息化的發展具有重要意義，必須安全可靠。電氣系統是保障數據中心數字化、信息化的基礎，決定了數據中心的建設和運行效果。有效控制數據中心機房的發電量，可以提高機房的效率和線路的安全穩定性。數據中心機房的耗電量巨大，在電力生產、安裝和投運后的管理過程中，要做好電氣系統管理工作。集中注意力，明確交付路線和要求、戰略規劃和設計以及單元的分布。根據實際情況，對數據中心機房電氣系統進行人性化設計，力求保證機房的供配電系統安全性、信息準確性和業務效率的提高，在城市建設過程中引入了現代化和高質量的服務水平。