数据中心供配电系统架构，银行数据中心项目
chanong
|安科瑞华南摘要：本文以中国银行集团客户服务中心（合肥）项目一期数据中心（D区）为例，介绍了该行数据中心的供配电系统架构，以及数据中心电力负荷计算对低压供配电系统、变压器选型、主电气接线方案、备用电源、UPS不间断电源系统设计进行分析比较。关键词：数据中心；供配电系统；负载水平；柴油发电机组；UPS不间断电源数据中心是在一个物理空间内集中处理、存储、传输、交换和管理所有数据信息的场所。这包括计算机设备、服务器、网络设备、通信设备、存储设备等主要设备，以及环境、空气、电气、机房布线、电能质量组件等外部设备。数据中心作为建筑物的大脑，发挥着极其重要的作用，对其运行的供配电系统的安全性、可靠性、连续性提出了很高的标准。今天，笔者对中国银行集团客户服务中心（合肥）一期工程“数据中心”项目进行了详细的整理和讲解，并对数据中心的供电、配电系统进行了整体分析。 1 项目概况中国银行集团客户服务中心（合肥）一期项目位于合肥市滨湖新区，总建筑面积114953.9平方米，其中数据中心机房（D区） ）建筑面积4087平方米，位于项目场地北侧，为地上独立二层建筑，一层主要功能为高低压。有配电室、柴油发电机房、ATS配电室，二楼主要功能为数据机房。
2 负载水平及负载计算2.1 数据中心负载水平本项目数据中心为中国银行总行数据灾备中心，根据其使用性质，数据造成的经济损失和社会影响假设损耗和负载将减少。《数据中心设计规范》（GB50174-2017），本项目数据中心机房确定为A级机房，包括IT设备、空调、水冷机组、应急照明、消防负荷以及所有过道照明是首要负载，而其中，数据中心机房内的IT设备是尤为重要的负载，其他一般照明和功耗也很重要。 3 级负载。 2.2 负荷计算根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）第3.2.1条，电子信息系统机房的电力负荷水平和功率要求应根据数据中心的级别，并符合附录A的规定。根据本规范和现行国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052）的相关规定，供配电系统必须具备电子信息系统可扩展性的储备能力。根据目前数据中心机房建设要求，IT设备总装机容量约为2400kVA。该设计基于两台2500kVA 变压器。变压器提供M(1+1)冗余备份。当其中一台变压器发生故障时，两台1500kW柴油发电机并联运行满载，作为IT系统的备用电源，并采用两台2400kVA UPS，实现UPS不间断供电系统。 2N冗余备份。空调、冰箱总装机容量约1600kW，选用两台2000kV变压器实现M（1+1）冗余备份，选用两台1500kW柴油发电机作为备用电源并联运行。可作为机房空调，也可作为公园火灾时的应急备用电源。 3 数据中心供/配电系统3.1 高低压供电系统本项目将在数据中心一层安装20kV主变电站，为园区供电。该项目总建筑面积约11.5万平方米，总装机变压器容量为19400kVA，根据当地供电局批复的供电规划，将安装3台20kV市电源。接收线。有。每个变电站均来自不同的市政变电站。其中1#电源为专用线路回路，供电容量为20000kVA，2#、3#电源为公共线路回路，供电容量各为10000kVA。考虑到本项目供配电系统可靠性、经济性以及后续可扩展性要求和用电规划的供电情况，20kV高压系统采用单母线分段运行方式。正常情况下，段、段母线独立运行，1#、2#电源分别承载各自母线段的电力负荷。当1#电源或2#电源出现故障时，3#电源作为市备用电源。
3.2 数据中心备用电源选择根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017），A类数据中心必须采用双电源供电，并配备备用电源。备用电源应为独立于正常电源的柴油发电机组或独立于正常电源的供电网络中的专用馈线。当常用电源发生故障时，备用电源必须能够承受数据中心正常运行所需的电力负载。备用柴油发电机组的性能等级必须至少为G3级A级数据中心发电机组必须无时间限制连续运行发电机的输出功率满足数据中心的平均负载需要。由于柴油发电机的可操作性较高，现在大多数数据中心都使用柴油发电机作为备用电源。该项目共安装4台1500kW低压柴油发电机作为应急电源。每组由两台并联运行的1500kW柴油发电机组供电，分别作为IT和制冷设备的备用电源，保证数据中心设备的供电稳定性和可靠性。当城市停电时，柴油发电机组将自动运行，切换时间小于15秒。柴油发电机房位于数据中心一楼，毗邻高低压配电房和ATS配电房。柴油发电机房内设有储油间，安装两台发电机50台地下数米。数据中心外部安装储油罐，可靠储存柴油，保证比外部供油时间更长的供电时间，满足连续无限制运行的要求。传统工业和私人建筑中存在大量电机、开关等感性负载，运行时电压相位超前电流相位，功率因数滞后。数据中心电子信息设备属于非线性负载，运行时会产生大量谐波电流，电压相位滞后于电流相位，功率因数超前，系统中性线电流增大。这会造成柴油发电机输出电压畸变等问题。目前市场上的柴油发电机都是基于感性负载制成的，功率因数为0.8（滞后）。如果柴油发电机�**沧暗母涸厥歉行愿涸兀蚩梢曰竦昧己玫氖涑觯菪愿涸亟竦昧己玫氖涑觥；竦萌绻�.功率因数过高会影响柴油发电机的输出，在某些情况下可能会导致柴油发电机停机。因此，在确定柴油发电机的出力时，还必须综合考虑容性负载和谐波对发电机组的影响。 4 数据中心配电架构分析《数据中心设计规范》（GB50174-2017）3.2.1规定A级数据中心必须满足冗余要求，并包含2N或M(N+1)个冗余系统，可以使用。传统A级数据中心供配电系统主要有3种架构：2N、DR、RR。根据项目供配电情况和承包商要求，本设计采用2N系统。 4.1 供配电概述2N 系统架构2N 系统由两个供配电单元组成，两个单元同时运行并互为备份，每个单元都能满足所有负载的电力需求。正常运行时，每台机组承担50%的负载；如果一台机组出现故障或维修，另一台机组承担100%的负载。虽然2N系统的建设成本比DR和RR系统要高，但从后期运维的角度对三者进行综合比较可以看出，2N系统的架构相对简单、清晰，从物理上来看，很容易实现。隔离，运行后维护比较容易。因此，在金融系统数据中心机房的设计中，考虑到建设者的经济和管理能力，采用2N系统具有明显的优势。 4.2 数据中心供配电架构设计本项目采用2N系统，IT设备和制冷设备安装两台变压器，互为备份。 UPS不间断电源电池后备时间为30分钟，保证市电和备用电源切换时不间断供电。
IT负载容量为2400kVA，电源采用双选择开关从两路市电切换，也可在备用电源和双选择开关之间切换，还配备两台2400kVA不间断UPS。电源。精密空调、冷水机等总用电量约为1,600kW。冷水机组和行间空调的供电通过双电源选择开关从一个市电和备用电源切换，再通过双电源选择开关切换到另一个市电。同时配置一套800kVAUPS不间断电源。精密空调配备双电源接口，电源通过双电源转换开关切换至市电电源和备用电源。如果输入电源中性线断开或发生故障，数据中心内的UPS设备可能会出现故障，甚至在某些情况下，UPS设备可能会停机，造成重要设备停电等严重故障。请注意，这可能会发生。这需要一个负载。根据《数据中心供配电设计规程》（TCECS486-2017）5.7.2-4第3段“电源转换过程不应导致IT设备中性导体停止向地承载电压”和《金融建筑电气设计规范》（JGJ284-2012） 7.3.1.12 数据中心选用的ATS双电源转换开关在电源转换过程中不得使负载设备的中性线浮空，必须具有性线。需要线路冗余转换功能，即双电源转换开关。 N相在切换过程中始终保持断开状态，避免切换过程中ATS引起的“零线漂移”现象。同时，根据其他相关法规要求，特别是在对供电系统的可靠性和连续性有较高要求的关键场所，防止自动转换开关故障、损坏或维护影响连续性。系统设有旁路绝缘抽屉，并采用自动转换开关，确保供电持续可靠。 5 安科瑞机头柜及监控产品介绍随着数据中心的快速发展，数据中心能耗问题日益突出，可靠的数据中心配电系统解决方案就是提高用电效率。是降低设备能耗并有效消耗的一种方式。 AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端而设计的，全面采集所有能源数据，为交、直流配电柜提供准确的电气参数信息，并提供数据可通过通讯实现动态环境监控，实现整个信息机房的实时监控和有效管理，保证绿色IDC的实现。 5.1 精准配电管理方案5.1.1 交流系统1）功能需求：遥测：输入三相电压、三相电流、有功功率、支路有功电能，输出单相电压、单相电流、有功功率、有功电能、远程信号传输：输入支路过压/欠压、缺相、过流、输入输出支路开关状态、电流、功率需量分析统计、电压实现、电流、功率、电压超限报警功能等参数。 2）配置方案——原理图
5.1.2 直流系统1) 功能要求遥测：输入分流电压、电流、功率、功率、遥信：输入分流过压/欠压、输入分流熔断器状态及电流和功率要求使用情况分析和统计通过电压、电流、功率等参数值。 2）配置方案/示意图
6.1 测试产品实现概述
数据中心小型总线系统是数据中心终端总线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和需求的不断增加，智能小母线系统具有电流小、插拔方便、智能化程度高等特点，逐渐应用于机房终端配电。插件插件盒将电力分配给每个机柜内的PDU。启动盒和插件盒上可安装监测模块，将数据上传至动环境监测中心。
6.2 AMB智能小客车管理系统
1）通讯系统功能：
遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度、系统频率、零相电流、零对地电压、漏电流、柜体温度、柜体湿度、开关状态、电压/电流谐波分量、电流/功率。
远程信号：过流两步阈值违规、过压/欠压、过功率报警、缺相、过频、欠频极限违规、零接地电压、中性点电流、温度/湿度报警、开关状态、开关跳闸。
2）直流系统功能：
遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率。
远程信号：过流两步阈值违规、过压/欠压、过功率报警、缺相、温度/湿度报警、开关状态、开关跳闸。
参考：
[1]姜长发.数据中心供配电系统设计[J].建筑电气，2018.(02).
[2]陈明霞.银行数据中心供配电系统设计分析
[3]安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案2020.03版
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版