一种数据中心机房供配电系统设计方案

一种数据中心机房供配电系统设计方案

龙志威

广州科力新能源股份有限公司  广东广州   510700

摘要：按照A级数据中心供配电设计规范和客户需求，以负荷计算统计和工厂供配电技术基础理论计算得出结果，又以电力相关标准规范校验，最终设计符合要求和相关设计规范的一种数据中心机房供配电系统设计方案，本设计不仅包括：机柜设备负荷、UPS损耗、UPS电池充电功率、辅助设备负荷、UPS容量需求、变压器功率容量合理分配、低压静电电容补偿容量、变压器损耗计算、变压器选用、环网柜选用、供配电系统主接线方式选择、三相短路电流计算、电力电缆选用、高压开关选用、低压开关选用、低压母线排选用等一次主接线设备容量计算与设备材料选择。

关键词：一种数据中心机房供配电系统设计方案；三相短路电流计算；电力电缆选用；高/低压开关选用；负荷计算书；

一、IT机房空间、机柜布置、数据中心供配电系统架构

1号和2号IT机房空间尺寸一样，长度29336mm、宽度15075mm、高度4200mm；3号IT机房空间尺寸，长度19000mm、宽度17130mm、高度4200mm；1号和2号IT机房机柜都是装设238个，单个机柜装设功率3KW；3号IT机房机柜装设145个，单个机柜装设功率3KW；本数据中心采用TN-S供电系统，高压单母线分段运行方式并设置高压母联，低压单母线分段运行并设置低压母联，供电方式采用双回路放射性方式，变压器采用1+1形式，UPS采用2N架构，变压器采用Dyn11接线方式。

二、主要负荷计算（表一）

依据“80 PLUS”认证，白金级认证对230V输入电压的电源供应器，效率要求在

90%以上，功率因数在0.95以上；机房机柜装设数量、单个机柜装设功率以现场实际布局结合客户需求为依据，假设设备装设需要系数为1、设备功率因数以节能和大多数设备产品都可以达到的功率因数作为参考、有功同时系数考虑现场设备实际使用作为设计参考、用电设备效率以符合国家相关规范和大多数设备都可以达到的效率值作为参考、设备损耗以经验值作为设计参考、供配电系统以传统变压器效率可达0.75以上作为供电系统低压静电电容补偿前功率因数作为设计参考、低压静电电容补偿后低压侧以功率因数为0.8以上不会被供电局罚款作为设计参考、低压静电补偿后高压侧以功率因数为0.9以上不会被供电局罚款作为设计参考，相关参数与数据值如表（一）所示。

三、如表（一）符号标注的含义以及主要负荷计算用到的相关公式举例如下，类似设计计算用类似公式和方法计算

3.11 Z=L×D。

3.12 P=Z×Kd×KΣp。

3.13 S=P/cosθ。

3.14 Q=。

3.15 P4=（P1+P2+P3）×B4。

3.16 P5=（P1+P2+P3）×B5×KΣp。

3.17 P6=（P1+P2+P3+P4+P5)/2。

3.18 S6=P6/COSθ/η。

3.19 S=。

3.20 F30=S28/S29。

四、由表（一）数据补偿后长时间状态需要的装设设计视在功率1986.4KVA，选用施耐德树脂浇注干式变压器型号：SCB12-2000/10.5-NX2，变压器接线方式Dyn11，进行电力变压器损耗计算如下表（二）

4.1 电力变压器空载损耗、电力变压器短路损耗、电力变压器低压侧计算负荷、电力变压器额定容量、电力变压器空载电流占额定电流百分值、电力变压器短路电压占额定电压百分值可由变压器出厂报告查得；

4.2 计算以上表（二）数据主要用到的公式如下：

4.2.1 。

4.2.2 。

4.2.3 。

4.2.4 。

4.2.5 。

4.3 计算表（一）需要用到的公式举例如下，类似设计计算用类似公式和方法计算

4.3.1 。

4.3.2 。

4.3.3 。

因为UPS带有功率因数校正电路，UPS已存在无功功率补偿，所以供配电系统正常运行情况下是不需要无功补偿的。

五、变压器高压侧电流、最大运行方式下变压器高/低压侧最大短路三相电流计算表（三）

5.1 由以上表（一）主要负荷计算可得，归算到10KV侧长时状态视在功率，考虑供电局规定高压侧功率因数不能低于0.9，高压侧功率因数低压0.9将会被供电局罚款，高压侧电压以10.5KV计算。

5.1.1 计算表（三）主要用到的公式举例：，类似设计计算用类似公式和方法计算；数据中心单路市电电源设计容量为12000KVA，由表（三）计算得到数据中心单路市电电源设计计算电流为733.2A，再按照《电力工程电缆设计标准—GB50217-2018》 选用电力电缆铜芯导体截面积2

×（3×240mm²）可以满足设计要求；供配电系统高压母线和数据中心单路市电电源外线都以3*240mm²铜芯导线为参考来考虑电力线路单位长度电阻值；按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范—GB50343-2012》

结合高压侧进线避雷器防雷压阀值选用高压电力电缆型号：ZA-YJV22 8.7-15KV 2×（3×240mm²）满足要求。

5.2 供配电系统最大运行方式下变压器高压侧短路阻抗计算用到的公式举例如下：

5.2.1 电力变压器短路损耗、电力变压器额定容量、变压器短路电压百分值由变压器产品出厂报告查得如表（三）；

5.2.2 高压侧计算电压按10.5KV考虑，咨询供电局可得上游系统出口断路器断流容量如表（三）；

5.2.3 ；

5.2.4 ；

5.2.5 ；

5.2.6 ；

5.2.7 ；

5.2.8 ；

5.3 供配电系统最大运行方式下变压器低压侧短路阻抗计算用到的公式举例如下：

5.3.1 ；

5.3.2 ；

5.3.3 ；

5.3.4 ；

5.3.5 ；

5.3.6 ；

5.3.7 ；

5.3.8 ；

5.4 供配电系统最大运行方式下变压器高压侧三相短路主要用到的公式如下：

5.4.1 ；

5.4.2 ；

5.4.3 ；

5.4.4 ；

5.4.5 ；

5.5 供配电系统最大运行方式下变压器低压侧三相短路主要用到的公式如下：

5.5.1 ；

5.5.2 ；

5.5.3 ；

5.5.4 ；

5.5.5 ；

六、按短路热稳定条件计算变压器高压侧电力电缆导体允许最小截面mm²(选择铜芯导体)，表（四）

6.1 计算表（四）数据主要用到的公式如下：

6.1.1 ；

6.1.2 ；

6.1.3 ；

6.1.4 ；

6.1.5 ；

6.2 表（四）中的、、、、、、、、、按照《电力工程电缆设计标准—GB50217-2018》查得；值参考变压器130℃告警温度，和参考表（三）的计算电流值，参考大多数高压断路器开关产品参数，；以这样的数据和方法计算变压器高压侧电力电缆最小截面积为103.4mm²，结合高压侧进线避雷器防雷压阀值选用型号：ZA-YJV22 8.7-15KV 3*120mm²电力电缆满足要求。

七、结论：通过以上计算选用施耐德品牌电气设备，变压器高压开关型号：HVX12-31-12/KE210、变压器高压侧电力电缆型号：ZA-YJV22 8.7-15KV 3*120mm²、变压器型号：SCB12-2000/10.5-NX2、变压器低压开关型号：MT40H1b；广东半径母线槽公司变压器低压母线排型号：额定电流4000A封闭母线，满足标准规范设计要求。

结束语：

随着数据中心的蓬勃发展和建设满足标准规范要求的数据中心，希望这种配置技术方法得到运用，若有写得不对的地方请阅者指正。

参考文献：

[1].  《电力工程电缆设计标准—GB50217-2018》

[2].  《数据中心设计规范—GB50174-2017》

[3].  《数据中心基础设施运行维护标准—GB/T51314-2018》

[4].  《工厂供配电技术》

[5].  《电气装置安装工程电缆线路施工及验收标准—GB50168-2018》

[6].  《建筑物电子信息系统防雷技术规范—GB50343-2012》

（作者简介：广州科力新能源股份有限公司，邮政编码：510700男，汉族，出生1988-4-15广东省广州市从化区，汕尾职业技术学院，大专，Email-234416810@qq.com,联系电话：19540436393）