IDC 數(shù)據(jù)中心模塊化機(jī)房供配電系統(tǒng)淺析

袁功平

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，北京 100022)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)應(yīng)規(guī)劃合理，具有較強(qiáng)的可靠性、擴(kuò)展性及改造升級(jí)的能力，適應(yīng)多樣化計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理需求發(fā)展變化，滿足不同客戶對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房等級(jí)的需求。

1 項(xiàng)目概況

電信云數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)一棟數(shù)據(jù)中心和一棟動(dòng)力中心。數(shù)據(jù)中心地上三層，每層平面尺寸為96 m×48 m，建筑面積約14 808 m2。數(shù)據(jù)中心除設(shè)置數(shù)據(jù)機(jī)房、配套輔助機(jī)房(低壓配電室、電池室、空調(diào)機(jī)房等)外，還設(shè)置辦公區(qū)、值班室、kVM室等公共配套區(qū)域。動(dòng)力中心規(guī)劃設(shè)置數(shù)據(jù)中心公用的水冷空調(diào)系統(tǒng)、后備柴油發(fā)電機(jī)組以及動(dòng)力設(shè)備供電用變配電系統(tǒng)，屋面放置冷卻塔。

2 設(shè)計(jì)需求

1)滿足ANSI/TIA-942-2005Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers機(jī)房等級(jí)設(shè)計(jì)要求。2)數(shù)據(jù)中心內(nèi)布置數(shù)據(jù)機(jī)房10個(gè)，每個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房滿足機(jī)柜數(shù)200左右。3)A級(jí)機(jī)房1個(gè)(10 kVA/機(jī)柜);B級(jí)機(jī)房6個(gè)，其中2個(gè)機(jī)房(6 kVA/機(jī)柜)，4個(gè)機(jī)房(6 kVA/機(jī)柜);C級(jí)機(jī)房3個(gè)，其中每2個(gè)機(jī)房(3 kVA/機(jī)柜)，1個(gè)機(jī)房(4 kVA/機(jī)柜)。4)機(jī)房滿足分期投資建設(shè)需求;B/C等級(jí)機(jī)房預(yù)留升級(jí)至A級(jí)機(jī)房條件;A/B/C機(jī)房機(jī)柜容量均滿足后期擴(kuò)容條件。

3 數(shù)據(jù)機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)主提出的分期建設(shè)、機(jī)房等級(jí)后期升級(jí)方便、機(jī)房單機(jī)柜負(fù)荷擴(kuò)容要求。通過分析后，采用模塊化數(shù)據(jù)中機(jī)房的供配電系統(tǒng)方案能夠較好的滿足業(yè)主需求。

3.1 數(shù)據(jù)中心電氣機(jī)房平面圖規(guī)劃

各個(gè)模塊化機(jī)房負(fù)荷計(jì)算見表1。根據(jù)模塊化機(jī)房建筑平面圖及機(jī)柜負(fù)荷要求，電氣機(jī)房布置詳見圖1～圖3。1A1/1B1，2A1/2B1，2A2/2B2，3A1/3A2，3A2/3B2 配電用房考慮后期擴(kuò)容及升級(jí)的預(yù)留空間(陰影區(qū)域?yàn)榉请姎庠O(shè)備房間)。

3.2 模塊化機(jī)房供電電源設(shè)計(jì)

正常市電電源:數(shù)據(jù)中心機(jī)房市電電源均為兩路10 kV電源，10 kV電源為AC 10 kV 50 Hz中性點(diǎn)不接地方式，10 kV配電系統(tǒng)采用單母線分段型式。正常運(yùn)行時(shí)，兩路電源同時(shí)工作互為備用，分別向兩段10 kV母線供電，母線聯(lián)斷路器斷開運(yùn)行;當(dāng)一路電源故障停電或檢修時(shí)，母線聯(lián)斷路器延時(shí)投入運(yùn)行，由另一路電源向兩段10 kV母線供電。兩段10 kV母線以放射式電纜線路向各低壓配電室臺(tái)變壓器供電。

應(yīng)急電源:在動(dòng)力中心為數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備設(shè)后備柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組按5(4+1)臺(tái)10 kV 1 600 kW(常用功率)配置作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備的備用電源，并最終可擴(kuò)展到7(6+1)臺(tái)發(fā)電機(jī)并機(jī)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)并機(jī)母線采用單母線分段型式。當(dāng)市電失去時(shí)，可供應(yīng)本項(xiàng)目的全部重要負(fù)荷。UPS電源:在低壓配電室設(shè)置UPS電源，為IT設(shè)備提供不間斷電源。

表1 負(fù)荷計(jì)算表

圖1 一層電氣機(jī)房平面圖

圖2 二層電氣機(jī)房平面圖

圖3 三層電氣機(jī)房平面圖

3.3 10 kV配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓配電室從室外引入四路10 kV電源，其中兩路電源為市電，其余兩路電源來自動(dòng)力中心柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源。在數(shù)據(jù)中心一層設(shè)置高壓配電室，IT變配電室設(shè)置在各樓層中。

10 kV采用分段單母線聯(lián)絡(luò)的接線方式。正常情況下兩路10 kV電源分別向兩段母線進(jìn)線柜供電，母線分段斷路器斷開運(yùn)行。當(dāng)一路電源故障停電或檢修時(shí)，母線分段斷路器投入運(yùn)行，由另一路電源向兩段10 kV母線供電。當(dāng)兩路市電均失電時(shí)，由10 kV柴油發(fā)電機(jī)與市電開關(guān)切換后向兩段母線同時(shí)供電，柴油機(jī)電源開關(guān)閉合時(shí)市電進(jìn)線開關(guān)斷開。兩路市電電源進(jìn)線斷路器、兩路柴發(fā)應(yīng)急電源斷路器及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)置電氣聯(lián)鎖，嚴(yán)禁市電電源與柴發(fā)應(yīng)急電源并聯(lián)運(yùn)行。10 kV配電系統(tǒng)單線圖見圖4。

圖4 10 kV配電系統(tǒng)單線圖

3.4 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4.1 低壓配電室

數(shù)據(jù)中心一層設(shè)置低壓配電室1A1/1B1，配置一套供配電系統(tǒng)服務(wù)于一層模塊化機(jī)房1，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。變壓器編號(hào)為TR1與TR2，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起一層模塊化機(jī)房1和2的所有IT設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心二層設(shè)置低壓配電室2A1/2B1和2A2/2B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務(wù)于二層所有模塊機(jī)房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1服務(wù)于二層模塊機(jī)房1和2，變壓器編號(hào)為TR3與TR4，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起二層模塊化機(jī)房1和2的所有IT設(shè)備;低壓配電室2A2/2B2服務(wù)于二層模塊機(jī)房3和4，變壓器編號(hào)為TR5與TR6，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起二層模塊化機(jī)房3和4的所有IT設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心三層設(shè)置低壓配電室3A1/3B1和3A2/3B2，配置兩套供配電系統(tǒng)服務(wù)于二層所有模塊機(jī)房，每套供配電系統(tǒng)分為A/B兩組。其中，低壓配電室2A1/2B1服務(wù)于三層模塊機(jī)房1，變壓器編號(hào)為TR7與TR8，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起三層模塊化機(jī)房1的所有IT設(shè)備;低壓配電室3A2/3B2服務(wù)于模塊機(jī)房2，3和4，變壓器編號(hào)為TR9與TR10，變壓器容量都為2 500 kVA。任何一組變壓器均能負(fù)載起三層模塊化機(jī)房2、機(jī)房3和機(jī)房4的所有IT設(shè)備。

3.4.2 UPS配電系統(tǒng)

一層模塊機(jī)房1(大客戶)按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置4臺(tái)400 kVA UPS，其中 1臺(tái)為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至5臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。一層模塊2(小客戶)機(jī)房按T3等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置2臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。

三層模塊1(大客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置4臺(tái)400 kVA UPS，其中 1臺(tái)為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至5臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。二層模塊2(小客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置2臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。二層模塊3(小客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置3臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至4臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。二層模塊4(小客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置3臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。將來可以擴(kuò)容至4臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。

二層模塊1(高密)機(jī)房按A等級(jí)設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域首期配置2套3臺(tái)400 kVA UPS并機(jī)系統(tǒng)，其中1套為備份，共計(jì)12臺(tái)400 kVA UPS。UPS容量較高，可直接滿足將來50%以上擴(kuò)容需求。三層模塊2(大客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，首期配置3臺(tái)400 kVA UPS。三層模塊3、模塊4(小客戶)機(jī)房按B等級(jí)設(shè)計(jì)，共用一套UPS系統(tǒng)，首期配置3臺(tái)400 kVA UPS，其中1臺(tái)為冗余備份。三層模塊2、模塊3、模塊4按B等級(jí)設(shè)計(jì)，未來可以擴(kuò)容至4臺(tái)400 kVA UPS。

3.4.3 模塊化機(jī)房?jī)?nèi)IT設(shè)備配電

所有IT設(shè)備末端采用雙電源供電。機(jī)柜首末各設(shè)置一臺(tái)強(qiáng)電列頭柜(A/B)，A級(jí)機(jī)房A路列頭柜內(nèi)電源來自UPS電源，B路列頭柜內(nèi)電源來自另一路UPS電源。B級(jí)和C級(jí)機(jī)房A路列頭柜內(nèi)電源來自UPS電源，B路列頭柜內(nèi)電源來自市電回路電源。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大型的IDC數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，對(duì)不同模塊化機(jī)房采用不同配電等級(jí)的供配電系統(tǒng)，并預(yù)留后期擴(kuò)容及升級(jí)的條件。既有利于業(yè)主建造出滿足不同客戶等級(jí)需求的IT機(jī)房，又有利于降低業(yè)主初期投資和后期運(yùn)維成本。