前言

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)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)诓贾脮r(shí)必須考慮多方面的因素,，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,，下面了解一下機(jī)房供電需求及系統(tǒng)的布置方案,。

（一）數(shù)據(jù)中心電力需求

（1）模擴(kuò)大、功率密度增高造成供電總?cè)萘康奶岣?。單機(jī)柜負(fù)荷：2kW/臺(tái)-3kW/臺(tái)-4kW/臺(tái)—更高,；單位面積平均負(fù)荷：0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高;

（2）可靠性要求——供配電系統(tǒng)的可靠性要求相應(yīng)提高。•供配電系統(tǒng)可靠性：99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高,。

（二）數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)

需求分析

隨著數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高,，信息設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)，功率密度越來(lái)越高,。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜用電負(fù)荷由以前的2kVA/臺(tái),，提高到3kVA/臺(tái)、4kVA/臺(tái),，甚至更高,。機(jī)房單位面積的平均用電負(fù)荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方,、2kVA每平方,，甚至更高，數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)應(yīng)分為兩個(gè)層次,，即：UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)和市電供電系統(tǒng)負(fù)荷,。

市電供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：UPS供電系統(tǒng)(輸入)、機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng),、機(jī)房照明及建筑電氣設(shè)備等,。UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸入)=供電負(fù)荷+充電負(fù)荷。機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷=N臺(tái)主用空調(diào)機(jī)組額定負(fù)荷容量×負(fù)荷率,。

UPS供電系統(tǒng)負(fù)荷(輸出)的統(tǒng)計(jì)主要包括：計(jì)算機(jī)設(shè)備,、服務(wù)器、存儲(chǔ),、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、小型機(jī)等，在負(fù)荷設(shè)備明確時(shí),，按設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，具體負(fù)荷設(shè)備不明確時(shí)，按設(shè)備機(jī)柜平均負(fù)荷統(tǒng)計(jì),。設(shè)備機(jī)柜數(shù)量也不明確時(shí),，可按機(jī)房面積平均負(fù)荷估計(jì)。

（三）數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(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,。

（四）市電動(dòng)力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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,。

市電動(dòng)力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設(shè)備或電箱,，機(jī)房?jī)?nèi)所有動(dòng)力配電線(xiàn)纜必須設(shè)計(jì)橋架或鋼管敷設(shè)，市電動(dòng)力配電柜具有火警聯(lián)動(dòng)保護(hù)功能,，出現(xiàn)火警時(shí)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)及時(shí)切斷電源，動(dòng)力配電柜,、照明箱內(nèi)的開(kāi)關(guān)和主要元器件應(yīng)設(shè)置有效的防雷措施,。

（五）自備應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心一般采用柴油發(fā)電機(jī)組作為自備應(yīng)急電源，對(duì)于大型,、高等級(jí)數(shù)據(jù)中心也可以選擇可靠性高,、輸出電源品質(zhì)好、帶非線(xiàn)性負(fù)載能力強(qiáng),、體積小,、重量輕的大功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。一般可靠性要求的數(shù)據(jù)中心宜配置一路自備應(yīng)急電源,，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,。

當(dāng)數(shù)據(jù)中心條件受限制，且市電電源具有較高可靠性時(shí),，也可以部分或全部采用移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組作為自備應(yīng)急電源,。發(fā)電機(jī)組燃料儲(chǔ)備量應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心等級(jí)的要求，結(jié)合市電電源可靠性,、供油可靠性,、消防要求綜合決定，一般不宜少于發(fā)電機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行8小時(shí)的用油量,。

（六）UPS供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

UPS配電主要用于計(jì)算機(jī)設(shè)備,、服務(wù)器、小型機(jī),、存儲(chǔ),、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、保安監(jiān)控設(shè)備等。UPS電源系統(tǒng)輸出一般采用三級(jí)配電方式：系統(tǒng)輸出配電柜-機(jī)房配電柜-機(jī)柜配電單元,。UPS電源系統(tǒng)蓄電池組容量的計(jì)算方法有以下兩種：（1）按負(fù)荷電流計(jì)算;（2）按負(fù)荷功率計(jì)算;

按負(fù)荷電流計(jì)算的結(jié)果是蓄電池組的總?cè)萘?，然后再選擇單組蓄電池的容量和組數(shù)。按負(fù)荷功率計(jì)算的結(jié)果是選定容量規(guī)格的蓄電池組數(shù),。兩種計(jì)算方法的結(jié)果可互相校驗(yàn),。對(duì)于單電源輸入設(shè)備，即使已采用雙單元冗余UPS電源系統(tǒng),，也宜將其連接在其中一個(gè)單元上,。對(duì)于雙單元冗余UPS電源系統(tǒng)，可將其每個(gè)單元中的部分容量視為并聯(lián)冗余性質(zhì),。對(duì)于需要雙回路供電的單電源輸入設(shè)備,，宜在其輸入端設(shè)置靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS的性能應(yīng)能滿(mǎn)足其要求,，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5～10ms,。當(dāng)負(fù)荷設(shè)備對(duì)零-地電壓要求較高時(shí)，可在機(jī)房配電柜設(shè)置隔離變壓器,。有時(shí)候,，為保證UPS故障旁路后輸出高質(zhì)量電源，往往在UPS旁路輸出端設(shè)置隔離變壓器,。

數(shù)據(jù)中心UPS供配電系統(tǒng)一般采用冗余方式供電,，很少采用單機(jī)供電。冗余方式供電能在一臺(tái)UPS設(shè)備故障時(shí),，仍然能夠滿(mǎn)足機(jī)房?jī)?nèi)重要設(shè)備的用電需求,，這是單機(jī)供電所不能達(dá)到的。從冗余式配置方案來(lái)看,，常用的有以下幾種方式：

（1）熱備份式冗余UPS供電方式

主機(jī)帶負(fù)載,，備機(jī)空載或帶非重要負(fù)載，備機(jī)接入主機(jī)的BYPASS(旁路)輸入端,。這種方式布置比較靈活,，不需要兩臺(tái)UPS同品牌，而且不要增加額外輔助電路,，不增加購(gòu)置成本,。如果UPS主機(jī)發(fā)生了故障，那么UPS備機(jī)必須接替全部負(fù)載,，這也就意味著設(shè)計(jì)時(shí)必須計(jì)算好UPS主機(jī)故障時(shí),，UPS備機(jī)所需承擔(dān)的總負(fù)載。此方式的缺陷在于UPS備機(jī)得具有階躍性負(fù)載承載能力,，無(wú)法對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容,，兩臺(tái)容量不同的UPS相聯(lián),，只能按最小的UPS容量輸出。

（2）直接并機(jī)冗余UPS供電方式

為克服熱備份式冗余供電系統(tǒng)的弱點(diǎn),，隨著UPS控制技術(shù)的進(jìn)步,，具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯(lián)而形成冗余供電系統(tǒng)，為保證高質(zhì)量的并機(jī)系統(tǒng),，各電源間必須保持同頻,、同相、且各機(jī)均流,。此供電方式瞬間過(guò)載能力強(qiáng),，能夠自動(dòng)均分功率，系統(tǒng)互為主備,，提高供電可靠性,，電源系統(tǒng)擴(kuò)容方便。但是存在著環(huán)流,，增加無(wú)功損耗，降低系統(tǒng)可靠性,，需增加額外輔助電路,，隨之而來(lái)是增加成本，增加故障點(diǎn),。設(shè)計(jì)時(shí),，如2臺(tái)互備，每臺(tái)按照50%帶載能力考慮,，并聯(lián)的主機(jī)越多,，單臺(tái)主機(jī)的帶載能力就越低。

（3）雙總線(xiàn)冗余供電方式

雙總線(xiàn)供電方式是采用兩條總線(xiàn)對(duì)后端設(shè)備進(jìn)行供電,，每條總線(xiàn)上具有相同的一套UPS供電方式,，消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與最終用戶(hù)負(fù)載端之間的“單點(diǎn)瓶頸”故障隱患，以提高輸出電源供電系統(tǒng)的“容錯(cuò)”功能,。此供電方式能夠在線(xiàn)維護(hù),，在線(xiàn)擴(kuò)容，在線(xiàn)升級(jí),，改善了重要總線(xiàn)的可用性,，滿(mǎn)足了雙電源用電設(shè)備的需求，真正實(shí)現(xiàn)了7×24×365運(yùn)行的目標(biāo),。但是雙總線(xiàn)冗余供電方式相當(dāng)于搭建了兩套前述供電方式的回路,，需要增加2倍以上的成本。同時(shí),，為滿(mǎn)足單電源設(shè)備的供電需求,，可在輸出端安裝STS,，來(lái)保證供電輸出的可靠性。

（七）供配電設(shè)備的安裝和線(xiàn)路敷設(shè)

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。

（八）末端PDU

電源分配單元(PDU),，顧名思義PDU應(yīng)具備電源的分配或附加管理的功能,。電源的分配是指電流及電壓和接口的分配，電源管理是指開(kāi)關(guān)控制(包括遠(yuǎn)程控制),、電路中的各種參數(shù)監(jiān)視,、線(xiàn)路切換、承載的限制,、電源插口匹配安裝,、線(xiàn)纜的整理,、空間的管理及電涌防護(hù)和極性檢測(cè)。由于數(shù)據(jù)中心的幾乎所有的IT設(shè)備都已經(jīng)或者將要放置在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi),，所以,，PDU作為機(jī)柜的必備附件也越來(lái)越受到相關(guān)各方的重視。

PDU電源分配器和普通電源排插相比,，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)安排更合理,、品質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格、安全無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng),、各類(lèi)漏電,、過(guò)電過(guò)載保護(hù)更優(yōu)秀、插拔動(dòng)作頻繁而不易損壞,、熱升溫小,、安裝更靈活方便,適合對(duì)用電要求很?chē)?yán)格的行業(yè)客戶(hù)使用。也從根本上杜絕了普通電源排插的因接觸不良,、負(fù)荷小而造成的頻繁斷電,、燒毀、火災(zāi)等安全隱患,。

總結(jié)

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心最重要的基礎(chǔ)設(shè)施,，應(yīng)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期予以統(tǒng)籌考慮和全面規(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,，降低供配電系統(tǒng)的損耗,。若數(shù)據(jù)中心中存在不同等級(jí)的功能區(qū)域，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也應(yīng)區(qū)別對(duì)待,，以減少不必要的建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本,。

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