發(fā)布時(shí)間: 2021-10-21 點(diǎn)擊次數(shù): 595次
王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】江蘇有線數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)為前端機(jī)房、模塊化數(shù)據(jù)機(jī)房、監(jiān)控大廳和制冷、消防設(shè)施提供可靠電能,是保障數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的核心設(shè)施。本文從安全供電的角度,重點(diǎn)闡述了江蘇有線數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心,供配電,雙總線,不間斷電源
0引言
江蘇有線數(shù)據(jù)中心是國家干線網(wǎng)在華東的節(jié)點(diǎn)站,為全省2700萬有線電視用戶提供播出信源,為省內(nèi)數(shù)百萬寬帶用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入,同時(shí)為數(shù)千家金融、醫(yī)療、公安、教育和企事業(yè)單位提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),對業(yè)務(wù)的安全性、可靠性有著*的要求。
供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心核心設(shè)施,必須為各類業(yè)務(wù)運(yùn)行提供優(yōu)質(zhì)可靠的能源保障,同時(shí)還要滿足各類輔助設(shè)施用電需求,對供配電系統(tǒng)提出了較高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。因此,江蘇有線數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)依據(jù)安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、靈活的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),在保證滿足各類負(fù)荷安全用電的基礎(chǔ)上,還要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,可維護(hù)性。下文主要從安全角度,淺述江蘇有線數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
1用電負(fù)荷安全等級劃分
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)根據(jù)不同種類負(fù)荷對電源可靠性要求的不同,對用電負(fù)荷進(jìn)行安全等級劃分和分類供電保障設(shè)計(jì)。
1.1負(fù)荷
機(jī)房IT負(fù)荷供配電設(shè)備、連續(xù)制冷系統(tǒng)、機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)、消防供電系統(tǒng)、應(yīng)急照明用電、冷源設(shè)備以及機(jī)房區(qū)日常照明。
1)IT供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參照國標(biāo)的高可靠性配電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),使用2N配電方式,并通過雙路進(jìn)線電源相互備份,滿足進(jìn)線電源無單點(diǎn)故障的要求。
2)連續(xù)制冷系統(tǒng)用于保證數(shù)據(jù)中心在市電故障、柴油機(jī)未啟動(dòng)時(shí)仍有足夠的制冷能力,在數(shù)據(jù)中心的整體可用性中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,使用UPS為冷凍水系統(tǒng)的水泵、機(jī)房內(nèi)精密空調(diào)風(fēng)機(jī)供電,并設(shè)置冷凍水蓄冷池。機(jī)房空調(diào)正常情況下由市電供電、油機(jī)保障,在市電和油機(jī)失效時(shí),有UPS保障,以提供機(jī)房機(jī)柜的制冷。
3)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)為整個(gè)數(shù)據(jù)中心重要的操作、維護(hù)與管理平臺,其配電系統(tǒng)應(yīng)能保證在市電斷路時(shí),系統(tǒng)仍能正常使用,因此由UPS為其供電。
4)消防供電系統(tǒng)主要為消防設(shè)備、消防報(bào)警系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備提供配電。按照國家相關(guān)規(guī)范,應(yīng)使用雙路市電供電,并由柴油發(fā)電機(jī)保證其電源供應(yīng)的不間斷性。
5)機(jī)房應(yīng)急照明應(yīng)保證機(jī)房等重要區(qū)域在異常狀況下保持正常運(yùn)行的照明能力,使用EPS電源供電,并保證疏散指示照明配備90分鐘后備電池,保證停電后,機(jī)房照明系統(tǒng)仍可使用。
6)機(jī)房重要?jiǎng)恿╇娭饕笧槔鋬稣纠渌畽C(jī)組、水泵、IT機(jī)房、UPS機(jī)房空調(diào)設(shè)備提供供電,包括機(jī)房精密空調(diào)、機(jī)房消防排煙系統(tǒng)及其他與機(jī)房環(huán)境相關(guān)的動(dòng)力設(shè)備的供配電系統(tǒng),該類系統(tǒng)可以接受因?yàn)槭须姽收纤鸬年P(guān)機(jī)重啟,不需要使用UPS進(jìn)行不間斷供電,但必須使用柴油發(fā)電機(jī)后備,以保證供電鏈路故障或市電缺失階段仍然可用。
1.2二級負(fù)荷
非關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)、日常維護(hù)、維修和照明系統(tǒng)用電。機(jī)房維護(hù)用電需要在市電缺失階段保證同樣可用,以實(shí)現(xiàn)該階段內(nèi)的系統(tǒng)故障維護(hù)。負(fù)荷安全等級劃分及電源保障規(guī)劃如表1所列。
2供配電系統(tǒng)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)
江蘇有線三網(wǎng)融合數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)總電力容量為32MW,分兩期建設(shè),一期為24個(gè)機(jī)房,容量18MW,二期為16個(gè)機(jī)房,容量14MW。數(shù)據(jù)中心按照GB50174《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》機(jī)房設(shè)計(jì),配電系統(tǒng)采用2N雙總線冗余設(shè)計(jì),配電系統(tǒng)可靠性為99.998%,其安全冗余架構(gòu)如下。
2.1外部市電安全保障
一期供電需求為18000kVA,設(shè)計(jì)兩路來自不同變電站市電,兩路市電分別來自光華變和西崗變,共4個(gè)回路,數(shù)據(jù)中心設(shè)立4個(gè)KB所。一期建設(shè)2個(gè)KB所,引入4路10kV市電,每路8000kVA,總?cè)萘繛?2000kVA,實(shí)現(xiàn)外市電單路滿載的全冗余安全備份。確保數(shù)據(jù)中心外部市電接入的可靠性和安全等級,兩個(gè)變電站至三網(wǎng)融合樞紐數(shù)據(jù)中心的距離分別為600m和3km,市電接入布局如圖1和2所示。
2.2柴油發(fā)電機(jī)保障
為了進(jìn)一步提升供電的可靠性,應(yīng)對外部市電突發(fā)大面積的停電發(fā)生,三網(wǎng)融合樞紐數(shù)據(jù)中心另配備備用功率2000kW的10kV自備發(fā)電機(jī)17臺(其中一期9臺,二期8臺),在市電發(fā)生停電時(shí),啟用發(fā)電機(jī)給數(shù)據(jù)中心供電。如圖3所示。
2.3冗余的中低壓配電架構(gòu)
江蘇有線三網(wǎng)融合樞紐數(shù)據(jù)中心一期共設(shè)置了2個(gè)KB所、10個(gè)低壓配電室,采用2N的冗余架構(gòu),每個(gè)KB所分別引入光華變和西崗變的10kV市電,并設(shè)有中壓的母聯(lián)裝置,實(shí)現(xiàn)10kV中壓的互聯(lián)互投。確保一路中壓停電或故障或常規(guī)檢修時(shí),另一路市電提供后端的供電。
一期配電系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了20臺1600kVA干式變壓器,每個(gè)低壓配電室安裝兩臺變壓器,取自兩路不同的10kV外電,兩路低壓系統(tǒng)之間均可以實(shí)現(xiàn)低壓互聯(lián)互投,確保一路中低壓停電或故障時(shí),另一路市電提供后端的供電。
柴發(fā)、中壓和低壓配電系統(tǒng)的冗余架構(gòu)如圖4所示。
2.4UPS電源保障
國家有線網(wǎng)絡(luò)的骨干線路、全省有線電視安全播出和信息傳送是江蘇有線三網(wǎng)融合數(shù)據(jù)中心的核心業(yè)務(wù),在建設(shè)中對IT的設(shè)備和部分關(guān)鍵設(shè)備配置了UPS的保障。同時(shí)根據(jù)運(yùn)行系統(tǒng)的重要性對UPS的配置采用了2N(N=1)、2N(N=2)、2N(N=3)、2(N+1)的組合方式,在提升可靠性的同時(shí),兼顧投資平衡。
2.4.12N(N=3)組合方式
安全播出和信息傳送是三網(wǎng)融合數(shù)據(jù)中心中心的核心業(yè)務(wù),因此在UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了2N(N=3,2+1)的組合配置,即3臺UPS并聯(lián),其中1臺是冗余備份的UPS,提高供電的可靠性。如圖5所示。
2.4.22N(N=2)組合方式
對運(yùn)營的計(jì)費(fèi)、客服、互動(dòng)等重要的系統(tǒng),UPS采用了2N組合方式(N=2),如圖6所示。
2.4.32N(N=1)組合方式
其他的系統(tǒng)采用了2N(N=1)的UPS組合方式,架構(gòu)如圖7所示。
2.5空調(diào)配電的保障
三網(wǎng)融合數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)采用高效的離心冷凍水機(jī)組、冷凍/冷卻水泵、冷卻塔。為了滿足空調(diào)系統(tǒng)在應(yīng)急情況下的機(jī)房環(huán)境溫度的保障與UPS后備的時(shí)間保持一致,除了設(shè)置的蓄冷罐外,對冷卻水泵和末端精密空調(diào)增加了UPS的供電保障措施。與UPS后備15分鐘后備時(shí)間相匹配。如圖8、圖9和圖10所示。
2.5.1末端空調(diào)的配電保障
數(shù)據(jù)中心末端的精密空調(diào)的供電安全保障采取兩種方式:
1)應(yīng)急情況下UPS供電
機(jī)房末端精密空調(diào)在正常運(yùn)行時(shí),采用市電供電,在市電中斷時(shí)通過ATS自動(dòng)切換到UPS供電,見圖8。
2)同一組空調(diào)的配電來自不同的配電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心每個(gè)模塊化機(jī)房設(shè)計(jì)了6臺末端精密空調(diào),將每個(gè)模塊化機(jī)房的6臺末端精密空調(diào)分為兩組,1、3、5的末端精密空調(diào)配電來自配電房1、2、4、6的末端精密空調(diào)的配電來自配電房2,兩個(gè)配電房在距離和防護(hù)上做了嚴(yán)格的物理隔離。其目的是為了防止配電房的突發(fā)事件(如火災(zāi))引發(fā)電力中斷,確保在這種突發(fā)的情況下,有一半的末端精密空調(diào)工作,繼續(xù)維持該機(jī)房的制冷,延長機(jī)房溫升的時(shí)間,見圖9。
2.5.2冷凍水泵的供電保障
冷卻水泵正常運(yùn)行時(shí),UPS運(yùn)行在ECO的模式,實(shí)際上采用交流直供的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,當(dāng)市電中斷時(shí)自動(dòng)由UPS接管,保持冷卻水泵的持續(xù)運(yùn)行,不僅是滿足應(yīng)急保障的要求,同時(shí)達(dá)到節(jié)能效果,見圖10。
2.6數(shù)據(jù)中心2N供電系統(tǒng)的物理安全保障架構(gòu)
江蘇有線三網(wǎng)融合數(shù)據(jù)中心的2N配電的架構(gòu)設(shè)計(jì)上,在建筑平面布局上充分考慮到配電系統(tǒng)物理安全,一期不僅設(shè)置了2個(gè)獨(dú)立的KB所,同樣在每層樓設(shè)置了兩個(gè)配電房,將2N的配電系統(tǒng)分別安裝在各自獨(dú)立的配電房中,在一個(gè)配電房發(fā)生突發(fā)的配電中斷事件時(shí),另一個(gè)配電房繼續(xù)給模塊化機(jī)房的IT設(shè)備和空調(diào)設(shè)備供電,確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。如圖11所示。
2.7接地系統(tǒng)
接地系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)的重要組成部分,它直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的可靠性、安全性。《廣播電視工程工藝接地技術(shù)規(guī)范》(GY/T5084—2011)對廣電工程類的數(shù)據(jù)機(jī)房接地系統(tǒng)提出了具體規(guī)定:有線前端及傳輸網(wǎng)絡(luò)機(jī)房應(yīng)采用綜合工程工藝接地系統(tǒng)的聯(lián)合接地方式,工藝接地引出點(diǎn)以上的工藝接地部分應(yīng)與建筑物其它接地系統(tǒng)相對獨(dú)立相互絕緣。工藝接地點(diǎn)至少引出2根,接地引出點(diǎn)接地電阻應(yīng)小于0.5Ω。
根據(jù)規(guī)范要求,數(shù)據(jù)中心接地系統(tǒng)分為大樓聯(lián)合接地和專用的工藝地,其中工藝地網(wǎng)和大樓地網(wǎng)在地下是相通的,工藝地網(wǎng)框架為30×30m,工藝水平接地體采用直徑為25mm的實(shí)心銅質(zhì)材料組成網(wǎng)格狀鋪設(shè),網(wǎng)格采用6×6m;工藝垂直接地體采用2.5m長,直徑為35mm的銅棒打入地下。先經(jīng)過實(shí)測,接地電阻小于0.5Ω,符合規(guī)范要求。
工藝設(shè)備電源進(jìn)入機(jī)房后,將電源PE線轉(zhuǎn)換為工藝地線,如圖12所示。
3供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況分析
江蘇有線三網(wǎng)融合樞紐中心建成后已有5個(gè)模塊化數(shù)據(jù)機(jī)房投入運(yùn)行使用,從2019年元旦至3月底,光華線計(jì)劃性停電累計(jì)1.5小時(shí),西崗線計(jì)劃性停電累計(jì)20分鐘,KB1可靠率為99.93%,KB2可靠率為99.99%,發(fā)電機(jī)累計(jì)運(yùn)行1小時(shí)50分鐘,機(jī)房樓層配電可靠率為100%,*數(shù)據(jù)中心各類負(fù)荷用電需求。
4安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出,高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案,是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率,降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的,能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng),為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息,并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理,為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
4.1精密配電管理解決方案
4.1.1交流系統(tǒng)
1)功能要求:
遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度;輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度;
遙信:輸入分路的過壓/欠壓,缺相,過流,輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-E4
電流互感器AKH-0.66-30I-XXA/5A
4.1.2直流系統(tǒng)
1)功能要求
遙測:輸入分路的電壓、電流、功率、電度;
遙信:輸入分路的過壓/欠壓,輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表PZ72L-DE
霍爾傳感器AHKC-F-XXA/5V開關(guān)電源SBD-30(48V)
4.2產(chǎn)品規(guī)格
說明:■為標(biāo)配功能。
4.3配套附件
5安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹
5.1概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來,隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求,智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中,具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn),即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
5.2AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1)交流系統(tǒng)功能:
遙測:三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度,系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
2)直流系統(tǒng)功能:
遙測:電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率;
遙信:過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警,開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘;
5.3產(chǎn)品介紹
說明:■為標(biāo)配功能。
6結(jié)束語
數(shù)據(jù)中心往往承載著企業(yè)的核心業(yè)務(wù),是企業(yè)的信息樞紐,供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的核心設(shè)施,其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到供用電的安全性、可靠性和可維護(hù)性,因此在數(shù)據(jù)中心建設(shè)計(jì)階段,就應(yīng)該充分考慮各類用電需求,明確不同負(fù)荷的用途、用電量和對用電安全等級的要求,根據(jù)具體需求設(shè)計(jì)適用的供配電架構(gòu),才能建成一張安全可靠、簡潔高效的供配電網(wǎng)絡(luò),為業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定的能源保障。
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