摘要：現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，這就不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)交叉的系統(tǒng)，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等，每個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。本文從數(shù)據(jù)中心的高壓供電系統(tǒng)到末端精密配電系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)中心供配電及能效管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心機(jī)房中都包括大量的計(jì)算機(jī)，對(duì)于這種場(chǎng)所的電力供應(yīng)，都要求供電系統(tǒng)需要在所有的時(shí)間都有效，擴(kuò)容容易，維護(hù)簡(jiǎn)便，容錯(cuò)力強(qiáng)，主要的是性?xún)r(jià)比高。數(shù)據(jù)中心機(jī)房是現(xiàn)代信息化建設(shè)的基礎(chǔ)工程，為各個(gè)業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境，而機(jī)房的供配電系統(tǒng)就是這基礎(chǔ)工程的心臟和大動(dòng)脈，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，能夠保障其它系統(tǒng)發(fā)揮作用和核心業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)不同于一般建筑的供配電系統(tǒng)，它是一個(gè)交叉的系統(tǒng)，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發(fā)電機(jī)等，各個(gè)系統(tǒng)互相交叉，互有影響，這就使我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的因素。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供配電系統(tǒng)的布置 

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)主要設(shè)備有：UPS、電池、配電柜和柴油發(fā)電機(jī)等。這些設(shè)備單位占地面積、重量大，對(duì)于這些設(shè)備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對(duì)外界的危害。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電系統(tǒng)應(yīng)有獨(dú)立的配電間、變配電所，UPS 電源機(jī)房應(yīng)靠近設(shè)備機(jī)房(負(fù)荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設(shè)備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機(jī)、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數(shù)據(jù)中心等級(jí)的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設(shè)備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個(gè)承重比較好，并且不影響辦公和休息環(huán)境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應(yīng)在滿(mǎn)足功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，盡可能靠近供電負(fù)載。發(fā)電機(jī)房宜設(shè)置在地面一層，當(dāng)發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下層時(shí)，應(yīng)特別注意進(jìn)、出風(fēng)通道能否滿(mǎn)足要求，應(yīng)注意發(fā)電機(jī)組儲(chǔ)油裝置（日用油箱、儲(chǔ)油罐）的消防要求。

變配電所、發(fā)電機(jī)房、UPS電源機(jī)房均應(yīng)留有足夠的面積，可與設(shè)備機(jī)房同步發(fā)展，應(yīng)對(duì)設(shè)備機(jī)房面積擴(kuò)展或設(shè)備機(jī)房功率密度上升引起的供電需求。于非專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)中心的建筑，應(yīng)注意其是否滿(mǎn)足設(shè)備安裝和線(xiàn)路敷設(shè)的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級(jí)、耐火等級(jí)等方面。

下圖為典型數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)示意圖，采用雙路110kV進(jìn)線(xiàn)，配置10kV柴油發(fā)電機(jī)作為自備應(yīng)急電源，UPS采用冗余供電方式，末端精密配電柜和精密空調(diào)均采用UPS供電，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定性，見(jiàn)圖1。

供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 
市電動(dòng)力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高數(shù)據(jù)中心供電可靠性，減少電網(wǎng)故障的干擾，大型數(shù)據(jù)中心一般采用110kV甚至更高電壓等級(jí)市電電源，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姉l件確定。市電動(dòng)力配電主要用于供給機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備、普通照明和給排風(fēng)、維修插座、一般動(dòng)力、UPS設(shè)備等。市電動(dòng)力配電一般由大樓總配電柜饋出的動(dòng)力供配電系統(tǒng)，采用50Hz交電，380/220V三相五線(xiàn)電源，TN-S接地方式，零線(xiàn)和地線(xiàn)分開(kāi)設(shè)置且零地線(xiàn)之間電壓小于1V。

一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心宜引入兩路市電電源，條件受限制時(shí)也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時(shí)，宜為冗余關(guān)系，也可作為供電容量擴(kuò)展關(guān)系。

每一路市電電源的供電容量應(yīng)能滿(mǎn)足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需求，包括UPS電源系統(tǒng)、機(jī)房精密空調(diào)、機(jī)房照明、蓄電池充電及建筑設(shè)備中的一、二級(jí)負(fù)荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗余，正常時(shí)應(yīng)同時(shí)供電運(yùn)行，兩路電源在負(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換。

末端配電系統(tǒng)

機(jī)房UPS、精密空調(diào)電源系統(tǒng)輸入應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用的輸入配電柜。電源系統(tǒng)輸入配電柜應(yīng)引接兩路電源、自動(dòng)切換。UPS 電源主機(jī)的主電源和旁路電源應(yīng)分別引入，并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統(tǒng)輸出應(yīng)采用三相配電，末端分相，以利三相平衡。

機(jī)房配電柜、UPS電源柜落地安裝，動(dòng)力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝，配電柜及其他電氣裝置的底座應(yīng)與建筑樓地面牢靠固定，并接地，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)分別設(shè)置維修和測(cè)試用插座，且有明顯區(qū)別標(biāo)志，測(cè)試用電源插座應(yīng)由UPS供電，維修插座由市電供電。所有線(xiàn)路的敷設(shè)是要以設(shè)備布局和設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)時(shí)考慮供電距離盡量短，機(jī)房?jī)?nèi)的電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)和通信線(xiàn)應(yīng)分別鋪設(shè)，不能共走同一線(xiàn)槽，UPS電源配電箱(柜)引出的配電線(xiàn)路，穿鍍鋅鋼管，沿機(jī)房活動(dòng)地板下敷設(shè)至各排網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器機(jī)柜，使用插座或工業(yè)連接器為機(jī)柜供電。

精密配電柜

精密配電柜是為數(shù)據(jù)中心的設(shè)備機(jī)柜提供電源的末端配電設(shè)備，一般采用雙回路供電，電源分別來(lái)自?xún)膳_(tái)冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機(jī)柜陣列的兩端，也稱(chēng)列頭柜，如圖6所示。

安科瑞精密配電監(jiān)控解決方案針對(duì)精密配電柜監(jiān)控?cái)?shù)字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機(jī)模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測(cè)兩路主進(jìn)線(xiàn)和A+B雙面饋線(xiàn)回路電量參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)，可以在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報(bào)警。

數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、UPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)，幫助數(shù)據(jù)中心管理者了解數(shù)據(jù)中心能源運(yùn)行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行。除了變電站、柴油發(fā)電機(jī)和UPS運(yùn)行監(jiān)控以外，特別是針對(duì)數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個(gè)回路的電氣參數(shù)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

電力監(jiān)控

監(jiān)控110kV變電站、10kV開(kāi)閉所、10/0.4kV低壓變配電室配電系統(tǒng)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、越限報(bào)警、故障分析、電能質(zhì)量分析、運(yùn)行報(bào)表等功能。

結(jié)束語(yǔ)

不同用途或等級(jí)的數(shù)據(jù)中心對(duì)可靠性的要求不同，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心主要的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和規(guī)劃，并根據(jù)數(shù)據(jù)中心對(duì)供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形式等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施。同時(shí)，還應(yīng)充分運(yùn)用成熟有效的節(jié)能措施和能效管理系統(tǒng)，降低供配電系統(tǒng)的損耗，減少運(yùn)營(yíng)成本。