大型数据中心供配电系统设计研究万卫亮

(整期优先)网络出版时间:2018-12-22
/ 2

大型数据中心供配电系统设计研究万卫亮

万卫亮

悉地国际设计顾问(深圳)有限公司上海杨浦分公司上海市200433

摘要:随着计算机技术、网络技术、信息技术等的广泛应用,信息化建设也起得了长足的进步,集大数据运算、存储、处理等功能为一体的大型数据中心,已经成为信息化建设的重中之重。大型数据中心不仅数据处理能力更强,对数据安全的要求也更高。供配电系统是大型数据中心安全运行的基础和前提,直接影响到数据中心功能的有效发挥。因此,研究供配电系统设计,对于充分发挥大型数据中心效能有着重要的现实意义。

关键词:大型数据中心;供配电;系统设计

前言

数据中心供配电系统设计应执行或参照执行国家和行业相关标准、规范,并可参考国外相关标准、规范,结合考虑数据中心用电负荷密度高、供电可靠性要求高等特性,采取适当的技术措施。同时,应满足项目建设单位的企业标准、规范的要求。华为苏州项目数据中心,主要分布在B4单体、F4单体及E1子项的B区投影区域。建筑功能如下:B4:首层/二层为微模块机房,并在首层设置参观通道;三层功能为开敞式办公、IT控制中心、云控制中心、企业展示、多功能室及小型会议室;屋顶机房层为配套设备机房。F4:由10KV变配电室、柴油发电机组及油罐、冷却水塔、补水池及其泵房、地下管廊组成。E1子项的B区投影区域:9.5标高主要功能为微模块机房、核心机房模块、变电站及蓄电池室;4.5标高主要功能为数据中心卸货区及冷冻机房。

1、大型数据中心机房供配电系统设计要求

1.1设计标准和原则

一是设计标准。2009年我国实施的《电子信息系统机房设计规范》,为数据中心的设计和建设提供了法规依据。数据中心的设计,首先需要确定机房等级,国内的数据中心分级规定将电子信息系统机房划分为A、B、C三级,并以该级别的标准体系来确定数据中心的设计标准。其次,要根据机房相应等级,来确定配套的供配电系统。二是设计原则。数据中心供配电系统设计要充分体现以数据中心为核心的设计思想,确保科学规划、精心设计。按照立足现实、着眼未来、统一规划、统一标准的指导方针,把数据中心的设计工作纳入整体规划之中。为此,大型数据中心的设计时必须遵循科学性、规范性、经济性、安全性、稳定性和可扩展性等原则,确保设计工作实现科学化、标准化和规范化。

1.2设计需求分析

随着大型数据中心信息设备功能越来越强,机房单位面积的平均用电负荷也相应提高,对供配电系统的要求也越来越高。数据中心设计必须以用电负荷为依据,用电负荷的统计主要包括市电供电系统负荷和UPS供电系统负荷。其中,市电供电系统负荷(输出)主要包括:UPS供电系统输入、空调系统、照明系统及建筑电气设备等。UPS供电系统负荷(输出)主要包括:服务器、计算机、网络设备和各种配套设备等。

2、数据中心用电负荷

数据中心用电负荷的统计应分为两个层次,即:UPS负荷(输出)和变配电系统负荷。UPS负荷(输出)是UPS设计的依据,变配电系统负荷是变配电系统和自备应急电源系统设计的依据。

2.1UPS负荷(输出)统计

具体负荷设备明确时,按设备数据统计。具体负荷设备不明确时,按设备机柜平均负荷统计。设备机柜数量也不明确时,可按机房面积平均负荷估计。需了解负荷设备的功率因数cosφ,分别统计有功功率P和视在功率S。需注意三相负荷平衡的情况,有大容量单相负荷设备时应按相分别统计。

2.2变配电系统负荷统计

变配电系统负荷主要包括:UPS(输入)、机房空调系统、机房照明及建筑电气设备等。UPS电源系统负荷(输入)=供电负荷+充电负荷;机房空调系统负荷=N台主用空调机组额定负荷容量×负荷率;机房照明及其他负荷按建筑电气常规方法统计。日常运行负荷、充电负荷、消防负荷等还应分别统计。

3、数据中心供电电源

3.1市电电源选择

市电电源选择一般采用10kV供电电压,但其供电容量有限。某些地区规定:10kV供电电压,用户受电设备的总容量为250~6300kVA,若需更大的供电容量,则需采用35kV或110kV及以上的供电电压。当数据中心中、远期规划用电负荷较大时,宜在建设初期就选择35kV及以上供电电压,以免供电容量不足成为数据中心发展的制约瓶颈。数据中心为园区式多幢建筑时,宜采用10/0.4kV二级降压方式。

3.2市电电源引入要求

数据中心的市电电源引入方式及其供电容量,应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。极高可靠性要求数据中心应从两个独立的电网变电所的专用输出路上分别引入一路市电电源,以专线方式沿不同的敷设路由引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求,包括UPS、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备等。两路市电电源的供电容量应为全冗余,正常时应同时供电运行。

高可靠性要求数据中心宜从两个独立的电网变电所,也可从一个电网变电所的两段独立的供电母线上分别引入一路市电电源,以专线方式引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余,正常时应同时供电运行。一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源,条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时,宜为冗余关系,也可为供电容量扩展关系。

3.3自备应急电源选择

数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源。对于大型、高等级数据中心也可以选择可靠性高,输出电源品质好,带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮机发电机组。

3.4自备应急电源配置要求

数据中心自备应急电源配置应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。极高可靠性要求数据中心宜配置两路独立的自备应急电源,每一路自备应急电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求,包括UPS、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备等。市电电源具有很高可靠性时,也可配置一路具有冗余的自备应急电源。高可靠性要求的数据中心应配置一路自备应急电源,供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源,供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。当数据中心条件受限制,且市电电源具有较高可靠性时,也可以部分或全部采用移动式发电机组作为自备应急电源。

4、数据中心供配电系统布置

4.1供配电系统布置原则

变配电所、UPS电源机房应靠近设备机房(负荷中心)布置。变配电所、发电机房、UPS电源机房均应留有足够的面积,可与设备机房同步发展,应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。应注意留有足够、合理的供电线路通道。对于非专门设计用于数据中心的建筑,应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求,包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。

4.2变配电所布置

数据中心为单幢建筑时,宜采用附设式变配电所(如图1、图2所示)。附设式变配电所一般设置于地面一层及二层;当设置于地下层时,不宜设置在最底层。单幢建筑内供电容量或供电范围较大时,宜分区域设置变配电所(如图3所示)。数据中心为园区式多幢建筑时,园区内应设置独立式10kV总配电所或35/10kV总变配电所,各幢建筑内设置附设式10kV变配电所(如图4所示)。

4.3发电机房布置

发电机房应根据数据中心等级的要求采用独立式或附设式(如图1~图3所示)。附设式发电机房宜设置在地面一层。当发电机房设置于地下层时,应特别注意进出风通道能否满足要求。数据中心设有独立式10kV总配电所或35/10kV总变配电所时,发电机房宜与其靠近布置或合并布置(如图4所示)。应注意发电机组储油装置(日用油箱、储油罐)的消防要求。

4.4UPS电源机房布置

UPS电源机房应与设备机房相邻布置,包括同层相邻或相邻楼层(如图1~图3所示)。UPS电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔,按照数据中心等级的要求决定。对于极高可靠性要求数据中心,互为冗余的UPS宜安装在不同的防火分区内。

5、数据中心自备应急电源系统

(1)发电机组容量选择

需注意不同类型机组及功率标称值的定义,根据市电电源的可靠性情况选择;需考虑环境条件和使用条件(消音降噪措施等)引起的容量损失;需考虑非线性负荷的需求。

(2)发电机组输出电压选择

发电机组输出电压一般采用0.4kV。能否采用10kV输出电压,需视供电部门规定。数据中心设有35/10kV总变配电所时,发电机组宜采用10kV输出电压,并与总变配电所的10kV输出母线联络。

(3)发电机组设置

一般宜与两路市电电源的变压器组对应设置。采用并联运行方式时,若自动同步控制出现故障,应能手动控制同步。

(4)发电机组燃料储备及管路要求

发电机组燃料储备量应根据数据中心等级的要求,结合市电电源可靠性、供油可靠性、消防要求综合决定,一般不宜少于发电机组满负荷运行8h的用油量。发电机组的供油管路((管道、油泵、滤清器)应有冗余。

(5)发电机房环保措施

发电机组运行时产生的噪声应小于其所在区域的环境噪声标准值。机组由于消音降噪措施引起的功率损失应小于机组额定功率的5%。

结语

综上所述,大型数据中心供配电系统是重要的基础设施,其设计应纳入数据中心建设统筹规划。设计时应综合考虑供配电系统作用的效发挥,并注重科学性、标准性、经济性、可靠性、可拓展性等,确保大型数据中心供电安全、稳定、可靠。

参考文献:

[1]数据中心供配电系统应用白皮书

[2]35~110KV变电所设计规范(GB50059-92).

[3]供配电系统设计规范(GB50052-2009).

[4]王志强.大型数据中心供配电系统设计研究[J].电信技术,2014,(4):32-37.