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浅谈某数据机房的供配电系统设计及产品选型

更新时间:2021-05-31      点击次数:661
摘 要: 就某数据机房的供配电设计方案进行探讨,力求为数据中心用电设备提供稳定、可靠和安全的系统,希望为此类型项目的设计人员提供帮助。
 
关键词: 供配电系统; 设计方案; 可靠性; 在线维护
 
1工程概况
  该项目为数据服务中心,共有4层,层高均为5.2m,总建筑面积15870.16m²,建筑高度为21.25m。结构形式采用框架结构,独立桩基。
  一层包括出入口(人员出入口、货流出入口),设备房间(变配电室、电信接入间、消防控制室、监控机房、空调机房等),主机房及相应的动力支持区( UPS机房、电池室等);二、三层为主机房区,包括机房及其配套部分,其中配套部分主要有钢瓶间、UPS室、电池室、电气间、设备间等;四层除主机房区外,还有办公区(运作中心、办公室、会议室等)。
 
2变配电系统
2.1高压配电系统
  两路独立10kV高压电源同时供电。采用单母线分段运行方式。每台变压器采用放射式供电,由高压柜专线配置变压器。
2.2供电方案
  为一路0.4kV市电电源加一路0.4kV柴油发电机组。
2.3柴油发电机组的设置
  作为机房的后备电源,当市电发生故障时,后备柴油发电机应能承担全部负荷的需要。发电机容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量。
按照甲方提出的数据机房用电负荷分期增加,前期负荷较小,故柴油发电机、变压器亦分期设置,该工程在建筑物东侧设置2台2000kVA的( 一用一备) 室外箱式柴油发电机。其配电系统图详见图1。
2.4变压器的设置
  设2台2000 kVA 变压器,一用一备,其中1台变压器为UPS供电、精密空调及其他设备供电变压器,一台为备。
2.5运行方式
  当正常运行时,由市电电源向负荷供电;当任一常用变压器故障(或维护)时,投入备用变压器;当市电电源失电时,柴油发电机自起动,ATS(带旁路)自动切换,由柴油发电机组向负荷供电。发电机电源进线断路器与市电电源断路器之间设电气联锁,市电电源断路器全部断开后,发电机电源进线断路器才能合闸,不允许柴油发电机电源和市电电源并列运行。其供电系统图如图2所示。
  考虑到本次设计仅为初期一个机房投入使用,待所有机房均投入使用时,将由专门的变压器为UPS供电。为了节省初期投资和后期的浪费,并为后期施工带来方便,在设计中,将从变压器(柴油发电机)供电的母线分两段,做了二次配电。MX4。5母线为UPS供电母线,其出线开关按以后带3个机房UPS供电负荷考虑。MX7,8为精密空调及其他设备供电。待后期机房都投入使用,精密空调及其它设备用电将由专门一台变压器供电,施工时可将MX7,8母线直接挂入这台变压器即可。这么做既减少初期投资,又对后期不带来浪费。
2.6UPS设置
  在主机房相邻房间设置UPS机房及电池室,所有机房负荷均由UPS供电,UPS的容量按1.2×满负荷+1台冗余计算,电池持续供电时间不小于20min。
  本次设计仅在一层设置一个数据机房,其余层均为预留机房。二至四层预留机房电源由一层变配电室分南北两侧引至相应的UPS机房(本次设计仅预留进线通路)。一层数据机房内设备机柜计134个。不间断电源(UPS)系统的基本容量按下式计算:
E≥ 1.2P
式中: E——不间断电源系统的基本容量(不包含备份不间断电源系统设备),kW/kVA;
P——电子信息设备的计算负荷,kW/kVA。
单个机柜负荷按4kVA考虑,134×4×1.2=643.2kVA,故两400kVA的UPS满足基本容量要求,按一台备份考虑,故最终设备2+1台,400kVAUPS。UPS机房及电池室的布置详见图3。
 
 
 
3数据机房配电
  每台UPS采用两路电源供电,三台为一组并机运行,配出线缆沿桥架配至机房内列头柜。机房内每三列机架设两台列头柜,两台列头柜由UPS的两台并机输出柜分别配线,每台列头柜再分别配出线路至各数据机架。这样保证每个机架均由两路电源供电,且由 UPS提供在线式不间断电源供电,供电线路满足2N冗余,确保了数据机房内机架负荷作为特别重要的一级负荷的供电要求。其UPS至列头柜,列头柜至终端机柜的配电图详见图4。
 
4可靠性及可在线维护
  在系统方案的设计过程中,反复斟酌其可靠性,甲方也反复强调了可在线维护的问题。所以在系统中,为了增加配电可靠性,减少故障范围,把市电与柴发的切换没有放在变压器这一级,而是放在了UPS输入端之前,这样即便是切换过程中出现问题,也只会影响某一组UPS,减小了故障面。进一步考虑切换过程中,ATS有故障的话,会使整个系统瘫痪,在设计中选用了带旁路的ATS自动转换开关。其功能就是在主自动切换开关抽出进行检修、测试及维护前,可先行将负载改由旁路隔离开关供电。之后主自动切换开关被抽出进行检修、测试及维护时,操作过程不会造成负载停电。
  为了避免UPS并机后,线路或输出柜出现故为了避免UPS并机后,线路或输出柜出现故障,设计中将并机柜、输出柜及到末端IT设备机柜的线路都做了2N的处理,保证每个机架均由两路电源供电,每条给机架供电的线路出现问题,都会有备用线路立即投入使用,以确保系统供电的安全可靠性,而解决了在线维护问题。
 
5安科瑞列头柜及监测产品介绍
  随着数据中心的迅猛发展,数据中心能耗问题也越来越突出,高效可靠的数据中心配电系统方案,是提高数据中心电能使用效率,降低设备能耗的有效方式。
  AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的,能够综合采集所有能源数据的智能系统,为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息,并可通过通讯将数据上传到动环监控系统,实现对整个数据机房的实时监控和有效管理,为实现绿色IDC提供可靠保证。     
5.1精密配电管理解决方案
5.1.1交流系统
1)功能要求:
遥测:输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度;输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度;
遥信:输入分路的过压/欠压,缺相,过流,输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
2)配置方案-示意图
 
 
 
配置方案 
多功能仪表       PZ72L-E4
电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系统
1) 功能要求
遥测:输入分路的电压、电流、功率、电度;
遥信:输入分路的过压/欠压,输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限功能。
2)配置方案-示意图
 
 
 
 
5.2产品规格
 
 
说明:■为标配功能。
 
5.3配套附件
 
6安科瑞母线槽监测产品介绍
6.1 概述
数据中心小母线系统是数据中心末端母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更高需求,智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中,具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点,即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块,将数据上传至动环监控中心。
6.2  AMB智能小母线管理系统
1)交流系统功能:
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、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率;
遥信:过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警,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;
遥信:过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警,开关状态、开关跳闸;                            
6.3 产品介绍
     
 
说明:■为标配功能。
 
7结语
  本文只是通过笔者在设计过程中的一个数据机房的实例,对电子信息机房的供配电设计进行粗略的介绍,其不足及不准确的地方还请谅解,希望能给即将要设计此类型项目的设计人员提供些许帮助
 
参考文献
【1】JGJ16—2008民用建筑电气设计规范[S].
【2】姜夙。浅谈某数据机房的供配电系统设计.
【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应用手册.2020.06版.