探析數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計

劉藝偉

（維諦技術(shù)有限公司北京分公司，北京 100020）

數(shù)據(jù)中心是各單元的核心單元，安全可靠的電氣系統(tǒng)保證了數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備的穩(wěn)定性，對數(shù)據(jù)中心機(jī)房穩(wěn)定可靠的運行非常重要。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被應(yīng)用到各個領(lǐng)域并被許多人使用。因此，功能齊全、環(huán)境優(yōu)越，確保IT設(shè)備安全、穩(wěn)定、不間斷運行的數(shù)據(jù)中心機(jī)房是必不可少的?，F(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心機(jī)房不僅需要滿足當(dāng)今的設(shè)備需求，還應(yīng)考慮一定的可擴(kuò)展性，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)開發(fā)提供充分的保障基礎(chǔ)。在有限的資源和條件，電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)必須與現(xiàn)有場地、設(shè)備、預(yù)算相結(jié)合，最終形成一套科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和合理的設(shè)計方案。信息化和科學(xué)化可以使城市和區(qū)域的各個行業(yè)的技術(shù)更加成熟。隨著數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，人們總是追求更先進(jìn)的信息技術(shù)和向往更現(xiàn)代的生活方式。數(shù)據(jù)中心機(jī)房通過組織、計算和存儲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來夢想無限的生活方式，讓互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加穩(wěn)定、及時、有效。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量對于數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。數(shù)據(jù)中心處理數(shù)據(jù)服務(wù)器需要持續(xù)供電，一旦出現(xiàn)電氣故障，會對存儲的數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重破壞，并破壞跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。設(shè)計數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)相對復(fù)雜，因為由此產(chǎn)生的損失無法估量。在重要場所，在設(shè)計和施工中必須充分考慮數(shù)據(jù)中心可能出現(xiàn)的電氣問題。布防線架、電纜方向、間距等電氣配置需要為今后的長期擴(kuò)展預(yù)留空間，為后期電氣系統(tǒng)的安全運行提供科學(xué)保障。所以，要在數(shù)據(jù)中心機(jī)房做好電氣系統(tǒng)設(shè)計，高質(zhì)量的電氣系統(tǒng)設(shè)計工作可以增強數(shù)據(jù)中心的整體功能性。

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)常出現(xiàn)的問題

數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計遇到的問題：如果數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)設(shè)計不嚴(yán)謹(jǐn)、不科學(xué)，整個數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運行中潛伏著危險。數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題有：（1）裝修房間的門和地面設(shè)計有問題，樓板、機(jī)房、吊頂三層結(jié)構(gòu)的分布不明確，在今后的實際應(yīng)用中不明確。IT 產(chǎn)品的功耗與基礎(chǔ)電源線的功耗沒有區(qū)別，維護(hù)難度大。（2）數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源線與設(shè)備沖突。設(shè)計時，需要注意不同線路和管道高度的差異，避免串線。在通過一些管道時產(chǎn)生纏繞現(xiàn)象，對以后的工作有潛在危險。（3）由于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的特殊性，數(shù)據(jù)中心的安全性和數(shù)據(jù)保護(hù)性也依賴電氣系統(tǒng)的質(zhì)量，所以安裝了很多控制系統(tǒng)、后臺監(jiān)控設(shè)備、機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，對當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的整體性能有著重大影響。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計的基本規(guī)定

為了加快城市建設(shè)，讓數(shù)據(jù)機(jī)房在數(shù)據(jù)溝通中發(fā)揮更大作用。要提高電氣系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新水平，必須從機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計的基本要求入手。理清設(shè)計思路，發(fā)現(xiàn)以往設(shè)計中出現(xiàn)的問題。通過不斷的改進(jìn)，研究適合當(dāng)今數(shù)據(jù)中心機(jī)房需求的電氣系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)設(shè)計過程。一般來說，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的電氣設(shè)備包括照明、消防、控制系統(tǒng)、共享電梯、共享電風(fēng)扇等。當(dāng)然，數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)不僅要為電氣設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，還應(yīng)該為數(shù)據(jù)中心機(jī)房的各項電氣設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量評估。在保護(hù)重要設(shè)備時，還應(yīng)體現(xiàn)機(jī)房控制組對系統(tǒng)的控制能力。

2.1 照明

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的照明在安裝、運行和維護(hù)過程中非常重要，需要確保數(shù)據(jù)中心配備兼容的照明設(shè)備。在進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要使用節(jié)能、降低PUE 損耗的照明設(shè)備，并且可以選擇在設(shè)備維護(hù)期間關(guān)閉某些區(qū)域的照明設(shè)備。

2.2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)要求

接地方法包括接地操作、接地保護(hù)和接地防雷。接地保護(hù)應(yīng)用廣泛，設(shè)備外殼通過電纜進(jìn)行接地，防止設(shè)備內(nèi)部短路，接地保護(hù)可以保護(hù)機(jī)房內(nèi)的工作人員和其他設(shè)備的安全。所有機(jī)房中心均設(shè)有接地保護(hù)，接地保護(hù)與大地相連，使電氣設(shè)備在雷擊時向大地泄放大電流。接地保護(hù)路線必須遵循電氣系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以防止危險事故的發(fā)生。

3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計

3.1 電氣系統(tǒng)

（1）電氣系統(tǒng)。機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)認(rèn)真結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和安全性2 個基礎(chǔ)?；诟鞣N產(chǎn)品優(yōu)化的效率，負(fù)載功率的增加和計算機(jī)單元的未來負(fù)載考慮所有情況。任何產(chǎn)品在使用前，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行評估。由于機(jī)房中各種硬件部件之間存在一定的關(guān)系，所以，在設(shè)計過程中，必須指定開關(guān)的具體功能和輔助設(shè)備的負(fù)載大小，以確認(rèn)配電柜的內(nèi)部配置合理且便于后期維修。必須保證電氣系統(tǒng)中每個部分的安全性，并使總能量達(dá)到平衡值。（2）UPS（不間斷電源）系統(tǒng)。在建設(shè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房時，UPS 機(jī)組是最后的設(shè)計環(huán)節(jié)。適用于機(jī)房的電子設(shè)備通常分為共建和集中轉(zhuǎn)換兩種，應(yīng)根據(jù)機(jī)房的配置和系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)需要選擇合適的供電方式。在設(shè)計過程中，低壓斷路器通常使用UPS 系統(tǒng)的輸入開關(guān)。此外，接地保護(hù)必須嚴(yán)格控制，以符合國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。UPS 電源的選擇應(yīng)仔細(xì)考慮機(jī)房的實際位置、機(jī)房的正常工作時間和工作強度，使電氣系統(tǒng)的安全運行得到充分保障，并且電氣系統(tǒng)的正常運行不受其他設(shè)備質(zhì)量的影響。

3.2 機(jī)房空調(diào)

機(jī)房內(nèi)的數(shù)據(jù)中心必須根據(jù)《建筑規(guī)范》使用專用空調(diào)。空調(diào)分為制冷精密空調(diào)、風(fēng)冷式精密風(fēng)冷、水冷式精密風(fēng)冷3 種，需要根據(jù)實際的應(yīng)用情況進(jìn)行選擇?？照{(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的天氣、機(jī)房大小、空調(diào)總功率等條件選擇合適的空調(diào)，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)并降低運營成本。

3.3 應(yīng)急風(fēng)扇

安裝應(yīng)急風(fēng)機(jī)的目的是快速釋放大量有毒氣體，或火災(zāi)后保護(hù)區(qū)的通風(fēng)換氣。（1）應(yīng)急風(fēng)扇必須按原負(fù)載供電，屬于柴油發(fā)電機(jī)組的范圍。雖然應(yīng)急風(fēng)扇屬于排氣扇的范疇，但應(yīng)急風(fēng)扇與消防有關(guān)，是火災(zāi)后的啟動產(chǎn)品。電氣接線必須非電或非電防電，安裝要求與滅火器、電線敷設(shè)規(guī)范相同，火災(zāi)后輸電線路繼續(xù)工作，確保應(yīng)急風(fēng)扇可以在事故后繼續(xù)供電。（2）應(yīng)急風(fēng)扇也可用作事故后的輔助（送）風(fēng)機(jī)，可以通過連接消防關(guān)閉機(jī)器、閥門和風(fēng)扇。并聯(lián)放電不能使連接的風(fēng)機(jī)斷路器跳閘。（3）災(zāi)害發(fā)生后，風(fēng)機(jī)的啟動不包括在消防范圍內(nèi)，無須設(shè)置消防控制室。對于直接控制設(shè)備，應(yīng)急風(fēng)扇的手動控制裝置應(yīng)安裝在室內(nèi)外便于操作的地方。

4 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)的設(shè)計與分析

為了凸顯數(shù)據(jù)中心機(jī)房在現(xiàn)代城市數(shù)據(jù)中心的重要性和獨特運作模式，需要為數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)創(chuàng)造良好穩(wěn)定的工作環(huán)境。通過詳細(xì)的分析和研究，以開發(fā)高質(zhì)量的電氣系統(tǒng)設(shè)計并整合數(shù)據(jù)功能，將數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣設(shè)計提升到一個新的高度。

4.1 確定數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的服務(wù)等級

在實際應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)中心根據(jù)不同的服務(wù)等級和負(fù)載能力，基礎(chǔ)功率等級要求也不同。目前，我國數(shù)據(jù)中心分為A、B、C 3 個階段，電氣系統(tǒng)從數(shù)據(jù)室層面配置。保證機(jī)房功能的完善，節(jié)約建設(shè)成本，保證機(jī)房設(shè)計符合成本效益且可靠地執(zhí)行基本服務(wù)功能。

4.2 供配電系統(tǒng)總體設(shè)計

整個數(shù)據(jù)機(jī)房配電如下：2 臺高壓商用電源進(jìn)入高壓艙，在此過程中，高壓配電室通過變壓器向低壓配電室提供高壓電。在進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時，低壓饋線柜的供電電壓為380V/22V，將電壓送至供電設(shè)備，可以穩(wěn)定電壓，凈化電能質(zhì)量。然后為服務(wù)器上機(jī)柜供電，最后為服務(wù)器提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的電源，使其滿足正常工作消耗。為保證各路供電，整個供電系統(tǒng)分為主路和備用路。備用路可以提供備用電源。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)中后備電源是非常重要的。即使出現(xiàn)斷電，后備電源依舊可以為服務(wù)器持續(xù)供電。在設(shè)計配電系統(tǒng)時，必須對整個供配電線路進(jìn)行分析研究，尤其是十字線路、主下路和備用線路等。通過對供配電線路的控制，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)設(shè)計。

4.3 UPS 及開關(guān)電源系統(tǒng)優(yōu)化分析

以往，UPS 作為電子設(shè)備中保障電氣安全、降噪、改進(jìn)電氣設(shè)備的電子設(shè)備，UPS 電源系統(tǒng)為未來數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定供電或配電系統(tǒng)帶來了更多的支持和保護(hù)。UPS 不管是在單獨工作或隨機(jī)工作中，都是一個應(yīng)用效果很好的電子設(shè)備，這個電子設(shè)備的效率更能體現(xiàn)在管理方面：首先，UPS 設(shè)備執(zhí)行主要功能，釋放電源。管理員應(yīng)該為每個設(shè)備生成每個UPS 后端負(fù)載的統(tǒng)計信息，包括電流電壓統(tǒng)計、過渡態(tài)統(tǒng)計、輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。向UPS 電源管理人員報告，快速響應(yīng)后處理設(shè)備故障；在調(diào)試或檢修UPS 時，可以通過控制UPS 內(nèi)部開關(guān)來控制備用電源或電池電源，由此可以使維修人員對出現(xiàn)的問題有一個清晰的認(rèn)識。UPS 設(shè)備運行邏輯十分嚴(yán)格，不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪\行邏輯對UPS 承載的負(fù)載影響很大，并可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的損壞，并且數(shù)據(jù)的損壞和丟失可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。因此，UPS 管理是非常重要和必要的。

4.4 防雷接地系統(tǒng)優(yōu)化

接地系統(tǒng)是保戶數(shù)據(jù)中心設(shè)備和人員安全的重要方式，使用適當(dāng)?shù)慕拥胤椒梢愿玫剡M(jìn)行機(jī)房內(nèi)的電力傳輸。例如，在變壓器工作正常的情況下，發(fā)電機(jī)已被關(guān)閉后，也應(yīng)將剩余電流釋放，以保證設(shè)備內(nèi)無剩余電能。避免工人的人身安全受到威脅，在此操作期間，變壓器母線必須連接在接地導(dǎo)體下方。完成發(fā)電機(jī)內(nèi)部電氣設(shè)備保護(hù)，通過接地保護(hù)系統(tǒng)將電流接地到機(jī)房電源外殼。一旦因設(shè)備故障導(dǎo)致短路時，電流從頂部導(dǎo)線流向端子，通過接地系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備和維護(hù)人員的安全?！督ㄖ锓览自O(shè)計規(guī)范》GB50057-2010 中提出，建筑物放電擊可以使用避雷器、接地裝置等接地保護(hù)方式。等電位連接在數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)的安全保護(hù)中起著重要的作用，等電位聯(lián)結(jié)時，數(shù)據(jù)中心機(jī)房配置本地等電位聯(lián)結(jié)。這種方法對接地保護(hù)引起的電壓差具有良好的阻尼效果。

5 結(jié)語

綜上所述，數(shù)據(jù)中心對數(shù)字化和信息化的發(fā)展具有重要意義，必須安全可靠。電氣系統(tǒng)是保障數(shù)據(jù)中心數(shù)字化、信息化的基礎(chǔ)，決定了數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運行效果。有效控制數(shù)據(jù)中心機(jī)房的發(fā)電量，可以提高機(jī)房的效率和線路的安全穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的耗電量巨大，在電力生產(chǎn)、安裝和投運后的管理過程中，要做好電氣系統(tǒng)管理工作。集中注意力，明確交付路線和要求、戰(zhàn)略規(guī)劃和設(shè)計以及單元的分布。根據(jù)實際情況，對數(shù)據(jù)中心機(jī)房電氣系統(tǒng)進(jìn)行人性化設(shè)計，力求保證機(jī)房的供配電系統(tǒng)安全性、信息準(zhǔn)確性和業(yè)務(wù)效率的提高，在城市建設(shè)過程中引入了現(xiàn)代化和高質(zhì)量的服務(wù)水平。