安科(kē)瑞(ruì) 陳(chén)聰

摘(zhāi)要(yào)：現(xiàn)代(dài)的數(shù)據中心(xīn)中(zhōng)都(dū)包括(kuò)大(dà)量的計(jì)算(suàn)機，對(duì)於這(zhè)種(zhǒng)場(cháng)所的(dí)電力(lì)供(gōng)應，都要求(qiú)供電係(xì)統需(xū)要在(zài)所(suǒ)有的時間都(dū)有(yǒu)效(xiào)，這就(jiù)不(bù)同於一(yī)般建築(zhù)的供配電係統，它是一個(gè)交(jiāo)叉(chā)的係統，涉(shè)及(jí)到(dào)市(shì)電供(gōng)電，防(fáng)雷接(jiē)地，防(fáng)靜電，UPS不間斷供電，柴油發(fā)電機(jī)等，每個係統(tǒng)互(hù)相交叉，互有影(yǐng)響，這就使我們在(zài)設計時需要考(kǎo)慮多(duō)方麵的因素。本文(wén)從(cóng)數據中(zhōng)心(xīn)的高(gāo)壓供(gōng)電(diàn)係統(tǒng)到(dào)末端精密配電(diàn)係統介紹(shào)數(shù)據中心(xīn)供(gōng)配電及能效管理係(xì)統(tǒng)的設計(jì)。

一，係(xì)統(tǒng)概述

現代的數據(jù)中(zhōng)心機房中(zhōng)都(dū)包括(kuò)大量(liáng)的(dí)計(jì)算機，對於這種(zhǒng)場(cháng)所的電力供應，都要(yào)求供電(diàn)係統需(xū)要在(zài)所有的(dí)時間(jiān)都(dū)有(yǒu)效(xiào)，擴容容(róng)易，維(wéi)護簡(jiǎn)便，容錯(cuò)力(lì)強(qiáng)，主要的是(shì)性(xìng)價比高。數據(jù)中心(xīn)機房(fáng)是現代信息(xī)化建(jiàn)設(shè)的(dí)基礎工(gōng)程，為各個業務提供穩(wěn)定，安全(quán)的工(gōng)作環境，而(ér)機(jī)房的供配電係(xì)統就(jiù)是(shì)這(zhè)基礎工程(chéng)的心髒(zàng)和大動(dòng)脈(mài)，供配電(diàn)係(xì)統的(dí)穩定，能夠(gòu)保障其它係(xì)統(tǒng)發揮(huī)作(zuò)用和核心(xīn)業(yè)務(wù)正常運行(háng)。係統不同於一般建(jiàn)築(zhù)的(dí)供(gōng)配電係(xì)統，它(tā)是一個交叉的係統，涉(shè)及到市電供(gōng)電，防雷接地，防靜電，UPS不(bù)間(jiān)斷供電，柴油(yóu)發電機(jī)等(děng)，各個係統互(hù)相交叉，互有(yǒu)影(yǐng)響，這就使(shǐ)我(wǒ)們在(zài)設(shè)計時需要考慮多方(fāng)麵的因(yīn)素。

二(èr)，設計標準

數據(jù)中(zhōng)心有專門的(dí)設計(jì)標準，綜(zōng)合性的數(shù)據中(zhōng)心(xīn)電(diàn)信基(jī)礎標(biāo)TIA-942《數(shù)據中心(xīn)電(diàn)信基礎設施(shī)標準》，是(shì)2005年(nián)4月(yuè)由(yóu)美(měi)國電信產業協會(TIA)，TIA技術(shù)工程(chéng)委(wěi)員會(TR42)和美(měi)國國家標準學會(ANSI)批準(zhǔn)的。國內(nèi)的(dí)相(xiāng)關(guān)規範(fàn)和(hé)標準也是綜合國外(wài)標(biāo)準以(yǐ)及(jí)國(guó)內數(shù)據中心(xīn)建(jiàn)設發展(zhǎn)情況做(zuò)出的(dí)，數據(jù)中心(xīn)設計規(guī)範GB50174—2008《電子信(xìn)息係統(tǒng)機(jī)房設計(jì)規範》也於2008年(nián)l1月12日發布，2009年6月1日(rì)開(kāi)始實施(shī)。

設計一個(gè)數據中心首先(xiān)需要根(gēn)據用戶(hù)重要性和(hé)業(yè)主(zhǔ)對(duì)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)可(kě)靠(kào)性(xìng)，安全(quán)性等(děng)的具(jù)體(tǐ)需求，確定機(jī)房等級(jí)．再(zài)按(àn)照相應等(děng)級確定(dìng)適合的供配電係(xì)統。國內的數據中(zhōng)心首(shǒu)先需(xū)要(yào)滿足國內(nèi)規(guī)範(fàn)的要(yào)求。GB 50174—2008中關於數(shù)據中心(xīn)的分級規定(dìng)如(rú)下(xià)：電子信息係(xì)統(tǒng)機房應(yīng)劃分為A，B，C三級(jí)。設(shè)計(jì)時應根據機房(fáng)的使(shǐ)用(yòng)性質，管理要求及其在(zài)經(jīng)濟和(hé)社會(huì)中的重要(yào)性(xìng)質(zhì)確(què)定(dìng)所(suǒ)屬(shǔ)級(jí)別。

三，設計原(yuán)則

數據中(zhōng)心(xīn)供配電係(xì)統(tǒng)設計應(yīng)執行或參照(zhào)執行國(guó)家(jiā)和行業相(xiāng)關(guān)標準，規範(fàn)，並(bìng)可參考國(guó)外相關標準(zhǔn)，規範，結(jié)合(hé)考(kǎo)慮(lǜ)數據中(zhōng)心(xīn)用電負(fù)荷密度(dù)高，供(gōng)電(diàn)可靠性要求高(gāo)等(děng)特性采(cǎi)取適(shì)當的(dí)技術(shù)措(cuò)施(shī)。同(tóng)時(shí)，應(yīng)滿足(zú)項目建設單位(wèi)的企業(yè)標準，規範(fàn)的要(yào)求。

數(shù)據中心(xīn)供配電(diàn)係統設計應(yīng)遵循(xún)分區，分級的原(yuán)則，同(tóng)一(yī)功(gōng)能區域(yù)內的(dí)各(gè)類(lèi)設備(bèi)的供(gōng)電可靠性(xìng)，應能保(bǎo)證所有設備能夠(gòu)按(àn)照該區域標(biāo)準(zhǔn)的(dí)要求運行(háng)，並(bìng)將供(gōng)配電係(xì)統(tǒng)局部(bù)故障的影(yǐng)響麵控製在(zài)盡可(kě)能(néng)小(xiǎo)的範(fàn)圍。

數(shù)據中(zhōng)心用電(diàn)負荷密(mì)度高(gāo)，總量大，其供配(pèi)電係統設(shè)計(jì)中應(yīng)充分(fēn)運用成(chéng)熟有(yǒu)效的(dí)節能(néng)措(cuò)施，降低供配(pèi)電係統的損(sǔn)耗。

四，數據(jù)中心(xīn)機(jī)房供(gōng)配電(diàn)係(xì)統需(xū)求(qiú)分析

隨著信(xìn)息(xī)技術的(dí)迅(xùn)速發(fā)展(zhǎn)和互(hù)聯(lián)網(wǎng)的(dí)普及，社(shè)會(huì)各界(jiè)對信息(xī)係統的應用越(yuè)來(lái)越(yuè)廣泛(fàn)，信(xìn)息(xī)和(hé)數據量呈(chéng)幾(jī)何級(jí)增長(cháng)，由(yóu)此(cǐ)對數據(jù)中(zhōng)心(xīn)的需(xū)求(qiú)日(rì)益(yì)增加(jiā)，對(duì)數據中心的要(yào)求也不(bù)斷提高，信息設備功能越來越(yuè)強，功率(shuài)密(mì)度(dù)越來(lái)越(yuè)高。數據(jù)中心設備機櫃(guì)用(yòng)電負(fù)荷(hé)由以前的(dí)2kVA/台，提高(gāo)到3kVA/台，4kVA/台，甚(shèn)至(zhì)更高(gāo)。機房單位麵(miàn)積(jī)的(dí)平均(jūn)用(yòng)電負(fù)荷(hé)也由1kVA每(měi)平(píng)方(fāng)，提高到1.5kVA每(měi)平方，2kVA每平方(fāng)，甚(shèn)至(zhì)更(gēng)高(gāo)。

數據中(zhōng)心用(yòng)電負(fù)荷(hé)的統計應分(fēn)為兩個(gè)層次(cì)，即：UPS供(gōng)電(diàn)係(xì)統負荷(輸(shū)出)和市電供電係(xì)統負荷。市電(diàn)供(gōng)電係統負荷(hé)(輸出(chū))的統(tǒng)計主要包括：UPS供(gōng)電係統(輸(shū)入)，機房精密空調係(xì)統，機(jī)房照(zhào)明及建築(zhù)電氣(qì)設(shè)備等。UPS供電(diàn)係(xì)統負荷(輸(shū)入)＝供電負荷(hé)+充電負荷(hé)。機(jī)房精密空(kōng)調(tiáo)係統負(fù)荷＝N台(tái)主用空調(tiáo)機(jī)組額(é)定負荷容(róng)量(liáng)×負(fù)荷率。UPS供電係(xì)統(tǒng)負(fù)荷(輸(shū)出)的(dí)統(tǒng)計(jì)主(zhǔ)要(yào)包括：計算機設備，服務(wù)器，存儲，網絡設備，小(xiǎo)型機(jī)等(děng)，在負(fù)荷(hé)設備(bèi)明確(què)時，按設備(bèi)數(shù)據(jù)統計，具體(tǐ)負(fù)荷設備不(bù)明(míng)確時，按設備機(jī)櫃(guì)平(píng)均(jūn)負(fù)荷統計。設備機櫃數量也(yě)不(bù)明(míng)確時，可(kě)按機房麵積平均負荷(hé)估計(jì)。

在發(fā)熱(rè)量較大(dà)的(dí)情(qíng)況(kuàng)下，如果柴油發(fā)電機未(wèi)能及(jí)時啟動而(ér)導(dǎo)致精密(mì)空調(tiáo)失(shī)電停(tíng)止工作(zuò)超(chāo)過3分鐘(zhōng)，機(jī)櫃(guì)內服(fú)務器溫度將(jiāng)會(huì)急(jí)劇(jù)升高(gāo)而(ér)宕機，因(yīn)此在(zài)可靠性(xìng)要(yào)求比較(jiào)高的情(qíng)況下(xià)精密(mì)空調(tiáo)也可(kě)由(yóu)UPS提供不間(jiān)斷電源，在(zài)柴油發電機(jī)啟動(dòng)前(qián)利用剩餘冷(lěng)凍(dòng)水(shuǐ)繼(jì)續保持機櫃氣(qì)流(liú)循(xún)環散(sàn)熱(rè)，直到發(fā)電(diàn)機(jī)全部(bù)啟(qǐ)動。

五(wǔ)，數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)機房供配(pèi)電係(xì)統(tǒng)設計(jì)

5.1 供配電係(xì)統的(dí)布置(zhì) 

數(shù)據中心機(jī)房(fáng)供配(pèi)電係統主要設(shè)備有：UPS，電池，配(pèi)電(diàn)櫃和(hé)柴油(yóu)發(fā)電機等(děng)。這些設(shè)備(bèi)單(dān)位占地(dì)麵積(jī)，重(zhòng)量(liáng)大，對於這(zhè)些(xiē)設(shè)備(bèi)的擺放位置(zhì)既要(yào)考慮功能(néng)上的(dí)需(xū)求，又(yòu)要考慮(lǜ)空(kōng)間和(hé)承(chéng)重的(dí)需(xū)要(yào)，還(huán)要考(kǎo)慮對外(wài)界的危(wēi)害。

數據中(zhōng)心(xīn)機房(fáng)供電(diàn)係統應有獨(dú)立(lì)的配電間(jiān)，變(biàn)配電(diàn)所(suǒ)，UPS 電(diàn)源機(jī)房(fáng)應(yīng)靠(kào)近(jìn)設備機(jī)房(負荷(hé)中心)布(bù)置，這樣能保證從(cóng)UPS輸(shū)出到(dào)用電(diàn)設(shè)備之間(jiān)的壓降(jiàng)和損耗(hào)盡可(kě)能(néng)的小(xiǎo)。UPS 電源(yuán)主機(jī)，配(pèi)電(diàn)櫃(guì)與(yǔ)蓄電(diàn)池組是否(fǒu)需(xū)要分(fēn)隔，按照(zhào)數(shù)據(jù)中(zhōng)心等級的(dí)要求決(jué)定(dìng)，另(lìng)外還需要考慮到(dào)UPS屬於(yú)大(dà)型(xíng)設(shè)備，重(zhòng)量比(bǐ)較大(dà)，噪聲大，需要(yào)擺(bǎi)放在(zài)一個承重(zhòng)比較好(hǎo)，並(bìng)且(qiě)不影(yǐng)響辦(bàn)公(gōng)和休(xiū)息(xī)環境(jìng)的(dí)地方。配(pèi)電(diàn)櫃(guì)位(wèi)置(zhì)的選擇，主要(yào)考(kǎo)慮功能上的需求，配電(diàn)櫃應在滿足功能分(fēn)區的基礎上(shàng)，盡可能靠近(jìn)供電(diàn)負(fù)載。發電機房(fáng)宜設置(zhì)在地(dì)麵一(yī)層，當(dāng)發電機房(fáng)設置於地(dì)下層(céng)時，應(yīng)特(tè)別(bié)注意(yì)進(jìn)，出(chū)風(fēng)通(tōng)道(dào)能否(fǒu)滿(mǎn)足要求，應注(zhù)意發電(diàn)機組儲油(yóu)裝(zhuāng)置（日(rì)用油箱(xiāng)，儲油(yóu)罐）的消(xiāo)防(fáng)要(yào)求。

變配電所，發電機房，UPS電源(yuán)機房均應(yīng)留有足夠(gòu)的(dí)麵(miàn)積，可與(yǔ)設備(bèi)機房同步發展(zhǎn)，應對設備機(jī)房(fáng)麵積(jī)擴(kuò)展(zhǎn)或設備機房(fáng)功(gōng)率(shuài)密(mì)度上升(shēng)引起的(dí)供電需求(qiú)。於非(fēi)專門設計用於數據中心的(dí)建築(zhù)，應注(zhù)意(yì)其是否滿(mǎn)足設備(bèi)安(ān)裝(zhuāng)和(hé)綫(xiàn)路(lù)敷設的要(yào)求，包(bāo)括(kuò)樓麵荷載(zǎi)，淨(jìng)高(gāo)，抗震(zhèn)等(děng)級，耐火等級等方麵。

下圖(tú)為(wéi)典型(xíng)數據(jù)中心的供配電(diàn)係統示意圖(tú)，采(cǎi)用(yòng)雙(shuāng)路(lù)110kV進綫，配置(zhì)10kV柴油(yóu)發(fā)電機(jī)作為自備應急電源(yuán)，UPS采(cǎi)用冗餘(yú)供電方(fāng)式，末端精密配(pèi)電櫃(guì)和(hé)精密空(kōng)調(tiáo)均(jūn)采用(yòng)UPS供電(diàn)，提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行穩(wěn)定(dìng)性，見(jiàn)圖1。

圖(tú)1 數據(jù)中心(xīn)典型(xíng)供(gōng)配(pèi)電係(xì)統(tǒng)示意圖(tú)

5.2 供配(pèi)電係(xì)統設計 

5.2.1 市電(diàn)動(dòng)力(lì)配電係統設計

為了提(tí)高數據中心供電(diàn)可靠性(xìng)，減(jiǎn)少(shǎo)電網故(gù)障(zhàng)的幹擾，大(dà)型數(shù)據(jù)中(zhōng)心一般(bān)采用110kV甚至(zhì)更高(gāo)電壓等(děng)級(jí)市(shì)電電源，根據當(dāng)地(dì)供電條(tiáo)件確定(dìng)。市電(diàn)動(dòng)力配電主要(yào)用於(yú)供(gōng)給機(jī)房精(jīng)密空調(tiáo)設(shè)備(bèi)，普(pǔ)通(tōng)照(zhào)明(míng)和給(gěi)排(pái)風，維修插(chā)座，一般動力(lì)，UPS設備等(děng)。市電(diàn)動(dòng)力配(pèi)電一般(bān)由(yóu)大樓總配電櫃饋(kuì)出(chū)的(dí)動(dòng)力(lì)供(gōng)配電(diàn)係統，采用50Hz交電，380/220V三(sān)相五綫電源(yuán)，TN-S接地方式(shì)，零綫和(hé)地(dì)綫分開設置(zhì)且零(líng)地綫(xiàn)之間(jiān)電壓小(xiǎo)於(yú)1V。

一般(bān)可靠性(xìng)要求數據中(zhōng)心宜(yí)引入(rù)兩路市(shì)電電(diàn)源，條件(jiàn)受(shòu)限(xiàn)製時也可引(yǐn)入(rù)一路(lù)市(shì)電電源。引入(rù)兩路市電(diàn)電源(yuán)時，宜(yí)為(wéi)冗(rǒng)餘(yú)關(guān)係(xì)，也可作為(wéi)供電容(róng)量擴展關(guān)係(xì)。

每(měi)一路市電電(diàn)源(yuán)的供電(diàn)容量(liáng)應能(néng)滿足全(quán)部(bù)一，二(èr)級負荷的需求，包括UPS電源係(xì)統(tǒng)，機房(fáng)精密(mì)空調(tiáo)，機房(fáng)照明，蓄電池(chí)充電及建築(zhù)設備中(zhōng)的一(yī)，二級(jí)負(fù)荷。兩路市電電源的供電容量應(yīng)為全冗餘(yú)，正(zhèng)常時應同(tóng)時供(gōng)電(diàn)運(yùn)行，兩(liǎng)路電(diàn)源在負(fù)荷設(shè)備(bèi)輸入(rù)端(duān)自動切換。

圖(tú)2 110kV變(biàn)電(diàn)站或(huò)10kV開(kāi)閉所保(bǎo)護測(cè)控(kòng)裝置(zhì)配置(zhì)示(shì)意(yì)圖

市電(diàn)動力(lì)配電(diàn)櫃一般(bān)采用(yòng)放(fàng)射(shè)式(shì)配電直接配(pèi)至(zhì)各用(yòng)電設(shè)備或電箱，機(jī)房內所(suǒ)有動(dòng)力(lì)配電綫(xiàn)纜(lǎn)需要設計(jì)橋(qiáo)架(jià)或鋼管敷(fū)設，市電動力配(pèi)電(diàn)櫃(guì)具有火(huǒ)警聯(lián)動保(bǎo)護功(gōng)能，出現火警時可與(yǔ)消防(fáng)係(xì)統聯(lián)動(dòng)及時切(qiē)斷電(diàn)源，動(dòng)力配(pèi)電(diàn)櫃(guì)，照(zhào)明箱(xiāng)內的開關(guān)和(hé)主要元(yuán)器件(jiàn)應設(shè)置(zhì)有效(xiào)的(dí)防雷(léi)措施。

表1 110/10kV變電(diàn)站(zhàn)和10kV開閉所，變電所保護測(cè)控(kòng)裝(zhuāng)置選型(xíng)表

圖(tú)3 0.4kV配電櫃測(cè)控(kòng)裝(zhuāng)置配(pèi)置(zhì)示意圖(tú)

表2 0.4kV配電櫃(guì)測(cè)控(kòng)裝置(zhì)選型表

5.2.2自(zì)備應(yīng)急電源(yuán)係統設計  

數(shù)據中(zhōng)心一(yī)般(bān)采(cǎi)用(yòng)柴油發電(diàn)機(jī)組作為自(zì)備(bèi)應急電(diàn)源，對(duì)於大型(xíng)，高(gāo)等級數(shù)據中心(xīn)也(yě)可(kě)以(yǐ)選擇可靠性高(gāo)，輸出電(diàn)源(yuán)品(pǐn)質(zhì)好(hǎo)，帶(dài)非綫性負(fù)載(zǎi)能力(lì)強，體(tǐ)積小，重量(liáng)輕的大(dà)功(gōng)率燃(rán)氣(qì)輪機發電(diàn)機(jī)組。一般可(kě)靠(kào)性(xìng)要(yào)求的數據(jù)中心宜配(pèi)置(zhì)一(yī)路(lù)自備應(yīng)急(jí)電源(yuán)，供(gōng)電(diàn)容(róng)量應能(néng)滿足全部(bù)一，二級負荷的需(xū)求，包(bāo)括UPS電(diàn)源(yuán)係統(tǒng)，機房(fáng)空調(tiáo)，機(jī)房(fáng)照明，蓄電(diàn)池(chí)充電及建築(zhù)設備(bèi)中的一(yī)，二級負(fù)荷(hé)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心條件受限製，且市電(diàn)電源(yuán)具有(yǒu)較(jiào)高(gāo)可(kě)靠性時，也可(kě)以(yǐ)部分(fēn)或全部采用移(yí)動式發(fā)電(diàn)機組(zǔ)作為(wéi)自(zì)備應急電源。發電機(jī)組(zǔ)燃料儲備量(liáng)應(yīng)根據數據中(zhōng)心(xīn)等(děng)級(jí)的要求，結合市(shì)電(diàn)電源可靠(kào)性，供油可靠性(xìng)，消防(fáng)要求(qiú)綜合(hé)決定，一般不宜(yí)少於發電機組滿負(fù)荷運行(háng)8小(xiǎo)時的用油(yóu)量。

圖4 10kV柴油發(fā)電(diàn)機(jī)室保護(hù)測控裝置(zhì)配置示(shì)意(yì)圖

表3 10kV柴(chái)油發(fā)電(diàn)機(jī)保護(hù)測控裝置選型(xíng)表

5.2.3 UPS供配電係(xì)統(tǒng)設(shè)計(jì)  

　　UPS配(pèi)電主(zhǔ)要(yào)用於(yú)計算(suàn)機設備(bèi)，服(fú)務(wù)器，小(xiǎo)型(xíng)機，存儲，網(wǎng)絡設備(bèi)，保(bǎo)安監控設(shè)備等。UPS 電(diàn)源係(xì)統(tǒng)輸出一(yī)般采(cǎi)用三級配電方式(shì)：係統輸出配(pèi)電櫃(guì)－機房配(pèi)電櫃(guì)－機櫃(guì)配(pèi)電(diàn)單(dān)元(yuán)。

UPS電源係(xì)統蓄(xù)電池(chí)組容(róng)量(liáng)的(dí)計算方(fāng)法有(yǒu)以下兩(liǎng)種(zhǒng)：

(1) 按負荷電流(liú)計算；

(2) 按負荷功率計算；

按(àn)負荷(hé)電流計(jì)算的(dí)結(jié)果是蓄電(diàn)池組的總(zǒng)容量，然(rán)後再(zài)選擇(zé)單組蓄電池(chí)的(dí)容(róng)量(liáng)和組(zǔ)數。按負(fù)荷功率計(jì)算的(dí)結果(guǒ)是(shì)選(xuǎn)定容(róng)量(liáng)規(guī)格(gé)的蓄電(diàn)池(chí)組數(shù)。兩種計(jì)算(suàn)方法的結果(guǒ)可互相校驗(yàn)。

對(duì)於(yú)單電(diàn)源(yuán)輸(shū)入設備，即使已(yǐ)采用雙(shuāng)單(dān)元(yuán)冗(rǒng)餘UPS 電源(yuán)係統，也宜將(jiāng)其(qí)連(lián)接在其中一(yī)個(gè)單元(yuán)上(shàng)。對(duì)於(yú)雙單元冗餘UPS電(diàn)源係統，可(kě)將其每個單(dān)元中(zhōng)的(dí)部(bù)分容量(liáng)視為(wéi)並聯冗餘(yú)性(xìng)質。對於需要雙回路(lù)供電(diàn)的單電源輸入(rù)設備，宜(yí)在(zài)其(qí)輸入端設置(zhì)靜(jìng)態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)STS。靜(jìng)態轉換開關STS 的性(xìng)能應能滿足(zú)其(qí)要求，一般(bān)轉(zhuǎn)換(huàn)時(shí)間小(xiǎo)於(yú)5～10ms。

當負(fù)荷(hé)設備對零－地電壓要求(qiú)較高時，可在機房配(pèi)電(diàn)櫃(guì)設置(zhì)隔(gé)離(lí)變壓(yā)器(qì)。有時候(hòu)為(wéi)保證UPS故障旁路後輸出高質量電源，往往在(zài)UPS旁(páng)路輸(shū)出(chū)端設置隔(gé)離(lí)變壓器。

數據中心(xīn)UPS供(gōng)配電(diàn)係統(tǒng)一(yī)般(bān)采用(yòng)冗(rǒng)餘方(fāng)式供電(diàn)，很(hěn)少采用(yòng)單機供(gōng)電。冗(rǒng)餘方(fāng)式供電(diàn)能在(zài)一台UPS設(shè)備(bèi)故障(zhàng)時，仍(réng)然能夠(gòu)滿足機(jī)房(fáng)內重要設(shè)備(bèi)的(dí)用電需求，這(zhè)是(shì)單機供電(diàn)所不能(néng)達到的。從冗(rǒng)餘式(shì)配(pèi)置方案來(lái)看，常用的(dí)有以下幾種方式：

(1) 熱備份式冗餘(yú)UPS供電(diàn)方式(shì) 

主機帶(dài)負載(zǎi)，備機空(kōng)載或帶非重要(yào)負載(zǎi)，備機(jī)接入主(zhǔ)機(jī)的(dí)BYPASS(旁路)輸入端(duān)。這種(zhǒng)方式(shì)布置(zhì)比(bǐ)較(jiào)靈(líng)活，不(bù)需(xū)要兩台(tái)UPS同品(pǐn)牌(pái)，而且不(bù)要增加額外輔(fǔ)助電(diàn)路，不增加購置(zhì)成本(běn)。如果UPS主機發(fā)生了故障，那(nà)麼UPS備(bèi)機需要(yào)接替全部(bù)負載(zǎi)，這也(yě)就意味(wèi)著設計(jì)時需要(yào)計(jì)算好UPS主機故障時，UPS備(bèi)機(jī)所(suǒ)需承擔的(dí)總(zǒng)負載。此(cǐ)方(fāng)式(shì)的(dí)缺陷(xiàn)在於UPS備機得(dé)具(jù)有(yǒu)階躍(yuè)性負載(zǎi)承(chéng)載(zǎi)能(néng)力，無法對(duì)電源係(xì)統進(jìn)行擴(kuò)容，兩台容量(liáng)不(bù)同的UPS相(xiāng)聯(lián)，隻能按(àn)至(zhì)低(dī)的UPS容量輸出。

(2) 直(zhí)接並機(jī)冗餘(yú)UPS供電(diàn)方式 

為克服熱備(bèi)份(fèn)式冗餘(yú)供(gōng)電(diàn)係統(tǒng)的弱(ruò)點，隨著UPS控(kòng)製技(jì)術(shù)的(dí)進步(bù)，具(jù)有(yǒu)相(xiāng)同額定輸出功率(shuài)的UPS可直接(jiē)並聯而形成冗餘供(gōng)電(diàn)係(xì)統，為保證高質量(liáng)的並機(jī)係(xì)統，各(gè)電(diàn)源間(jiān)需要(yào)保持(chí)同(tóng)頻，同(tóng)相，且(qiě)各機均流。此(cǐ)供電方式瞬(shùn)間(jiān)過載(zǎi)能(néng)力強，能夠(gòu)自動均(jūn)分(fēn)功(gōng)率，係(xì)統(tǒng)互(hù)為主(zhǔ)備，提(tí)高供電可靠性(xìng)，電源(yuán)係(xì)統擴容方便。但(dàn)是存在著環流(liú)，增加無功損耗(hào)，降低係(xì)統可靠性(xìng)，需(xū)增(zēng)加(jiā)額外輔(fǔ)助電(diàn)路(lù)，隨(suí)之(zhī)而來是增加(jiā)成(chéng)本，增加(jiā)故(gù)障點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，如(rú)2台互備(bèi)，每台按(àn)照(zhào)50%帶載能力考(kǎo)慮(lǜ)，並聯(lián)的(dí)主機越多(duō)，單(dān)台(tái)主機(jī)的(dí)帶(dài)載能力就越(yuè)低。

(3) 雙總綫冗(rǒng)餘供電(diàn)方(fāng)式(shì) 

雙(shuāng)總(zǒng)綫供電方式是(shì)采(cǎi)用(yòng)兩(liǎng)條總綫對後(hòu)端設備進行供電，每條總(zǒng)綫(xiàn)上具有相同(tóng)的一(yī)套(tào)UPS供電(diàn)方(fāng)式，消除可能出現(xiàn)在(zài)UPS輸出(chū)端與(yǔ)最終(zhōng)用戶負(fù)載端(duān)之間的“單點瓶頸"故障隱(yǐn)患(huàn)，以(yǐ)提高輸出電源(yuán)供(gōng)電係統(tǒng)的“容錯"功能。此(cǐ)供電方式能(néng)夠在綫維(wéi)護，在綫擴容，在(zài)綫升級(jí)，改(gǎi)善(shàn)了(liǎo)重要總綫的可(kě)用(yòng)性，滿足了雙電(diàn)源(yuán)用電(diàn)設備(bèi)的(dí)需求，實現了7×24×365運(yùn)行(háng)的目標。但是雙總(zǒng)綫冗餘(yú)供(gōng)電方式(shì)相(xiāng)當(dāng)於搭建(jiàn)了兩(liǎng)套前述供(gōng)電方(fāng)式(shì)的(dí)回路，需要增加(jiā)2倍(bèi)以(yǐ)上的成本(běn)。同時(shí)，為滿(mǎn)足單電源設備(bèi)的供(gōng)電需求，可在(zài)輸出端安裝(zhuāng)STS，來保證供(gōng)電輸(shū)出的可(kě)靠性。　　

UPS供(gōng)電係統(tǒng)是滿(mǎn)足數(shù)據中心供(gōng)電(diàn)可(kě)靠性(xìng)的(dí)核心部分(fēn)，而蓄(xù)電池又(yòu)是(shì)整(zhěng)個係統中主要的組成(chéng)之(zhī)一，是整個供電(diàn)係統的(dí)“最後(hòu)一(yī)道(dào)屏障(zhàng)"。當(dāng)組串(chuàn)中的一(yī)隻電池(chí)因過充，過(guò)放等(děng)原(yuán)因(yīn)造成(chéng)電(diàn)池性(xìng)能(néng)下降，電池內阻變大(dà)，會導(dǎo)致電池出現(xiàn)發(fā)熱，鼓(gǔ)包(bāo)等現象(xiàng)，將(jiāng)造成供(gōng)電係統安(ān)全性(xìng)的整體(tǐ)下(xià)降(jiàng)，同(tóng)時增加蓄電池充(chōng)放(fàng)電的損耗。

圖(tú)5 數(shù)據中(zhōng)心UPS和蓄電(diàn)池(chí)監測配置(zhì)示(shì)意(yì)圖(tú)

表4 數據(jù)中心(xīn)蓄電(diàn)池監(jiān)測(cè)選型(xíng)表

5.3 末端(duān)配(pèi)電(diàn)係(xì)統(tǒng)

機房(fáng)UPS，精密(mì)空調(tiáo)電源(yuán)係(xì)統輸入應設置專用的輸入(rù)配(pèi)電(diàn)櫃。電源(yuán)係統(tǒng)輸(shū)入配電櫃應(yīng)引接兩(liǎng)路電源，自(zì)動(dòng)切(qiē)換。UPS 電源主(zhǔ)機的主(zhǔ)電源(yuán)和旁路電源應分(fēn)別引(yǐn)入，並宜由(yóu)不(bù)同(tóng)的(dí)輸入配(pèi)電櫃(guì)引接。UPS電源(yuán)係統輸(shū)出(chū)應(yīng)采用放射式(shì)，雙回路(lù)配(pèi)電方(fāng)式。UPS 電源(yuán)係(xì)統(tǒng)輸出應采用三相(xiāng)配電，末端分相(xiāng)，以(yǐ)利三(sān)相平(píng)衡(héng)。

機房(fáng)配電櫃(guì)，UPS電源櫃(guì)落(là)地安(ān)裝(zhuāng)，動力配電箱(xiāng)，照(zhào)明配(pèi)電(diàn)箱(xiāng)底(dǐ)邊(biān)距地1.4m牆上(shàng)暗裝，配(pèi)電(diàn)櫃及(jí)其他(tā)電氣裝置的底座應(yīng)與建(jiàn)築樓地麵牢靠(kào)固定(dìng)，並接地，機房內應分(fēn)別設(shè)置維(wéi)修(xiū)和測試(shì)用(yòng)插(chā)座，且(qiě)有明(míng)顯(xiǎn)區別(bié)標(biāo)誌，測試(shì)用電源插座應(yīng)由UPS供(gōng)電(diàn)，維修插(chā)座由市(shì)電供電(diàn)。所(suǒ)有綫路(lù)的敷設是要以設(shè)備(bèi)布(bù)局(jú)和設(shè)計圖紙(zhǐ)為基礎進(jìn)行(háng)，設計時考慮供(gōng)電距(jù)離盡量(liáng)短(duǎn)，機房(fáng)內(nèi)的電(diàn)源(yuán)綫，信號綫(xiàn)和通(tōng)信綫應(yīng)分(fēn)別鋪設，不能共(gòng)走同一(yī)綫槽(cáo)，UPS電源(yuán)配電(diàn)箱(櫃)引(yǐn)出的(dí)配(pèi)電(diàn)綫路，穿鍍鋅(xīn)鋼管，沿(yán)機房活動地板下(xià)敷設(shè)至各排網絡或服(fú)務器機(jī)櫃，使(shǐ)用插座或工業連接器(qì)為機櫃供電。

5.3.1 精密(mì)配電(diàn)櫃

精密(mì)配(pèi)電櫃(guì)是為數據(jù)中(zhōng)心(xīn)的設備(bèi)機(jī)櫃(guì)提供電(diàn)源(yuán)的末端(duān)配電設備(bèi)，一(yī)般采用雙(shuāng)回(huí)路供電(diàn)，電源(yuán)分別來(lái)自兩(liǎng)台冗餘的UPS，分(fēn)為(wéi)交(jiāo)流(liú)和(hé)直(zhí)流(liú)供電，一(yī)般(bān)放置(zhì)在(zài)機櫃陣列(liè)的兩端，也(yě)稱(chēng)列頭櫃，如圖(tú)6所示。

圖(tú)6 ANDPF精密配(pèi)電(diàn)櫃(guì)

安科瑞(ruì)精(jīng)密配電(diàn)監(jiān)控(kòng)解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)針對(duì)精密配電(diàn)櫃監(jiān)控(kòng)數(shù)字(zì)化要求(qiú)，方(fāng)案(àn)包括交流（AC220V），直流（DC-48V/240V/336V）係(xì)統。由(yóu)觸(chù)摸(mō)式液(yè)晶(jīng)顯示屏，綜合信(xìn)息處理主機模塊，開關狀態采集模(mó)塊(kuài)，電(diàn)流互感(gǎn)器(交(jiāo)流(liú))或(huò)霍爾傳感器(qì)(直(zhí)流(liú))采集(jí)單(dān)元模塊等組成。監(jiān)測兩路主進綫和A+B雙麵(miàn)饋綫回路電(diàn)量參(cān)數，開(kāi)關(guān)狀態，諧波含(hán)量(liáng)，櫃內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)，可(kě)以(yǐ)在本地觸(chù)摸屏(píng)顯(xiǎn)示，同(tóng)時可(kě)以(yǐ)上傳(chuán)AcrelEMS-IDC數據(jù)中(zhōng)心能(néng)效(xiào)管理係(xì)統顯(xiǎn)示(shì)和(hé)報警。產(chǎn)品方(fāng)案(àn)見(jiàn)表(biǎo)5。

表(biǎo)5 精密(mì)配電(diàn)櫃(guì)數(shù)字(zì)化方案(àn)產(chǎn)品選(xuǎn)型(xíng)

5.3.2 智(zhì)慧(huì)母(mǔ)綫槽

近(jìn)年來隨著(zhuó)數(shù)據中心建設(shè)的(dí)快速發展，智(zhì)能(néng)母綫槽(cáo)的方案運(yùn)用(yòng)越來(lái)越(yuè)多。相比傳統(tǒng)精(jīng)密配(pèi)電(diàn)櫃(guì)，數據中心(xīn)母綫(xiàn)槽架空鋪設(shè)，具(jù)有安(ān)裝(zhuāng)檢修(xiū)方便(biàn)，不占(zhān)地(dì)，散熱快(kuài)，易(yì)增容等優勢。母綫槽(cáo)通過始(shǐ)端箱從前(qián)端(duān)UPS取電，以(yǐ)母排係統組成(chéng)輸(shū)電結(jié)構(gòu)，采用(yòng)即插即用(yòng)的(dí)方(fāng)式，通過插(chā)接(jiē)箱給各(gè)個(gè)IT機(jī)櫃內(nèi)的(dí)PDU供(gōng)電。

圖7 智能(néng)母綫槽(cáo)數據采集方案示意圖

安(ān)科瑞智能(néng)母(mǔ)綫槽(cáo)方(fāng)案在始端(duān)箱和(hé)插(chā)接箱內(nèi)配(pèi)置(zhì)AMB100/AMB110監測單元，測量始端(duān)箱，插(chā)接箱電(diàn)壓，電流(liú)，頻率(shuài)，有(yǒu)功功(gōng)率，無(wú)功功率(shuài)，功(gōng)率(shuài)因數，有(yǒu)功電(diàn)能，無功(gōng)電能，諧波(bō)畸(jī)變，溫濕(shī)度，漏電電流等(děng)數據，可以(yǐ)通過有(yǒu)綫或(huò)無綫方式傳(chuán)輸數(shù)據(jù)，在本(běn)地(dì)觸(chù)摸(mō)屏顯(xiǎn)示(shì)，同時可以(yǐ)上(shàng)傳數據中心能(néng)效管理係(xì)統(tǒng)，實現(xiàn)母(mǔ)綫(xiàn)槽的數據展示(shì)和異常預(yù)警(jǐng)。

另(lìng)外由(yóu)於母綫槽是(shì)由銅(tóng)製母(mǔ)排(pái)搭接而成(chéng)，接(jiē)頭部位(wèi)可能會由於(yú)接觸不(bù)良而異(yì)常(cháng)發(fā)熱(rè)，所以需要對(duì)母綫(xiàn)槽(cáo)接頭溫(wēn)度進行實(shí)時監(jiān)測(cè)，安(ān)科瑞(ruì)AMB200母綫(xiàn)接(jiē)頭溫度(dù)監測裝置進(jìn)行接觸式(shì)測溫，AMB300通過紅(hóng)外非接觸式測(cè)溫方式監(jiān)測(cè)母綫溫(wēn)度(dù)，數據(jù)通(tōng)過有綫(xiàn)或無綫方式(shì)傳(chuán)輸本地觸(chù)摸屏顯示(shì)，同時可以(yǐ)上傳數據(jù)中心(xīn)能(néng)效管理(lǐ)係(xì)統，實(shí)現(xiàn)母綫(xiàn)槽(cáo)溫度的實時預警(jǐng)，設備選型(xíng)如(rú)表(biǎo)6所示(shì)。

表(biǎo)6 智能母(mǔ)綫槽(cáo)解決(jué)方(fāng)案選(xuǎn)型表

5.4 數據(jù)中心(xīn)能(néng)效(xiào)管理(lǐ)係(xì)統設計

AcrelEMS-IDC數據中心(xīn)能(néng)效管理(lǐ)係統搭(dā)建基於高(gāo)，中(zhōng)，低壓配(pèi)電係統，柴(chái)油發(fā)電(diàn)機，UPS的(dí)實(shí)時(shí)監控(kòng)和(hé)末端(duān)配(pèi)電(diàn)係(xì)統(tǒng)數據采集的(dí)電力(lì)監控，PUE分(fēn)析以及動環(huán)監測，幫助(zhù)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)管理(lǐ)者(zhě)了解數據中心能源運行情況，並關注消防(fáng)和電氣安(ān)全(quán)，及時(shí)預警異(yì)常情(qíng)況，保障數據(jù)中心(xīn)穩(wěn)定可(kě)靠運行(háng)。除(chú)了(liǎo)變電站(zhàn)，柴油(yóu)發(fā)電機(jī)和(hé)UPS運行(háng)監控以外，特別(bié)是針對數(shù)據中心(xīn)的末(mò)端配電環節(jié)，係統(tǒng)數(shù)據跟蹤(zōng)到每(měi)一個回路的電氣(qì)參數(shù)和(hé)開(kāi)關狀(zhuàng)態，溫濕度數據等。

圖8 數據(jù)中心(xīn)能效(xiào)管理(lǐ)係(xì)統(tǒng)架構(gòu)圖

5.4.1 電(diàn)力監(jiān)控(kòng)

監控110kV變(biàn)電站，10kV開(kāi)閉所(suǒ)，10/0.4kV低(dī)壓變配電(diàn)室(shì)配(pèi)電係統運行情況(kuàng)，實(shí)現遙(yáo)測(cè)，遙信，越(yuè)限(xiàn)報(bào)警，故障分析(xī)，電(diàn)能(néng)質(zhì)量分析(xī)，運行(háng)報(bào)表等功能。

5.4.2 設備(bèi)監控

監測(cè)柴油(yóu)發電機(jī)，變(biàn)壓器(qì)，UPS，蓄(xù)電(diàn)池組，精密配(pèi)電(diàn)櫃，精密(mì)空調的狀(zhuàng)態以及(jí)運行參數，並提(tí)供異常預警(jǐng)，運行報表(biǎo)等功(gōng)能。

5.4.3 能(néng)耗分析

統計數(shù)據(jù)中(zhōng)心總(zǒng)能耗，IT設備(bèi)能耗，製冷(lěng)係統能耗，供電係統能耗，照明及(jí)辦公(gōng)能耗等分項(xiàng)用(yòng)能，並(bìng)計算CLF/PLF/PUE等能(néng)耗(hào)指標。

5.4.4 環境(jìng)監(jiān)測(cè)

監測數據中心溫濕(shī)度，水(shuǐ)浸，蓄(xù)電池(chí)內阻，溫度(dù)，電壓，蓄電池(chí)間氫氣(qì)濃度等數據(jù)並提(tí)供越限告警(jǐng)和(hé)聯(lián)動(dòng)控(kòng)製(zhì)。

5.4.5 精密配電櫃(guì)或(huò)小母(mǔ)綫運(yùn)行監(jiān)測(cè)

係(xì)統監測(cè)精密配電(diàn)櫃或母綫(xiàn)槽係(xì)統電氣接點溫(wēn)度以(yǐ)及漏電(diàn)電(diàn)流(liú)，並(bìng)設置(zhì)溫度(dù)，漏電(diàn)越限告(gào)警(jǐng)，及(jí)時消除係統隱患(huàn)。係統(tǒng)監測每路(lù)饋綫回路(lù)的電流(liú)，功(gōng)率(shuài)，開關狀(zhuàng)態(tài)和用電(diàn)量(liáng)，還(huán)可以配(pèi)置溫度，濕度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)用(yòng)於監測綫路接點溫(wēn)度(dù)和櫃(guì)內濕(shī)度，設(shè)置參(cān)數高(gāo)低越限告(gào)警(jǐng)，避免回路超(chāo)負荷運行(háng)而導致(zhì)意(yì)外斷(duàn)電(diàn)。

5.4.6 故障預(yù)警

係(xì)統對數(shù)據(jù)中(zhōng)心的故(gù)障類(lèi)型(xíng)進行(háng)分級分類處理，可以(yǐ)通過(guò)語(yǔ)音，文字彈窗，短信等方式提供故(gù)障(zhàng)預警(jǐng)信號(hào)，並對故(gù)障進行分類(lèi)展示(shì)。

5.4.7 運維(wéi)管理

係(xì)統(tǒng)為數(shù)據中(zhōng)心提供設備管理和運維(wéi)管理功(gōng)能，包(bāo)括設(shè)備(bèi)台賬，設(shè)備(bèi)保養，工(gōng)單管理(lǐ)，巡(xún)檢記(jì)錄，缺陷(xiàn)管理，搶修記錄(lù)等功(gōng)能，告(gào)別依靠手(shǒu)工記賬，降(jiàng)低人力(lì)和時(shí)間(jiān)成(chéng)本。

六(liù)，結(jié)束語

不同用途或等(děng)級的數據中(zhōng)心對(duì)可靠(kào)性(xìng)的(dí)要求(qiú)不同(tóng)，直接(jiē)關係(xì)到(dào)數據(jù)中心(xīn)的(dí)建設(shè)投(tóu)資和(hé)運(yùn)營成本(běn)。數據(jù)中(zhōng)心(xīn)供(gōng)配電係統是數(shù)據(jù)中(zhōng)心主要(yào)的基礎(chǔ)設施(shī)，應(yīng)在(zài)數(shù)據中心建設初(chū)期(qī)予以統籌考慮和規(guī)劃(huá)，並根(gēn)據數(shù)據中(zhōng)心對供(gōng)電可靠(kào)性的(dí)要求(qiú)，在供電電源選擇(zé)，供配(pèi)電係(xì)統布置(zhì)，供(gōng)配(pèi)電(diàn)係(xì)統結(jié)構和形式等方(fāng)麵(miàn)采(cǎi)取相應(yīng)的技術措施(shī)。同(tóng)時，還應(yīng)充(chōng)分(fēn)運用(yòng)成(chéng)熟有效的節能措(cuò)施和能效(xiào)管(guǎn)理(lǐ)係統，降(jiàng)低供配電(diàn)係統的損耗，減少(shǎo)運營(yíng)成本。