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浅谈IDC数据中心模块化机房供配电系统

更新时间:2021-07-16点击次数:61次
浅谈IDC数据中心模块化机房供配电系统
摘 要:通过设计的一个IDC(互联网数据中心)供配电系统的项目实例,对IDC数据中心内的不同数据模块化机房,设置不同配置的供配电系统来达到不同等级要求,较好的满足了投资建设方的建造要求。
关键词:IDC,数据中心,模块化机房,供配电
 
0 引言
      数据中心机房供配电系统应规划合理,具有较强的可靠性、扩展性及改造升级的能力,适应多样化计算机设备运营管理需求发展变化,满足不同客户对数据中心机房等级的需求。
 
 1 项目概况
      电信云数据中心项目规划建设一栋数据中心和一栋动力中心。数据中心地上三层,每层平面尺寸为96m×48m,建筑面积约14808m2。数据中心除设置数据机房、配套辅助机房( 低压配电室、电池室、空调机房等) 外,还设置办公区、值班室、kVM室等公共配套区域。动力中心规划设置数据中心公用的水冷空调系统、后备柴油发电机组以及动力设备供电用变配电系统,屋面放置冷却塔。
 
2 设计需求
      1 )满足ANSI/TIA-942-2005Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers 机房等级设计要求。2) 数据中心内布置数据机房10个,每个数据机房满足机柜数 200左右。3) A 级机房1个( 10kVA/机柜) ; B级机房6个,其中2个机房( 6kVA/机 柜) ,4个机房( 6kVA/机柜) ; C 级机3个,其中每2个机房( 3kVA/机柜) ,1个机房( 4kVA/机柜) 。4) 机房满足分期投资建设需求; B/C 等级机房预留升级至 A 级机房条件; A/B/C 机房机柜容量均满足后期扩容条件。
 
3 数据机房供配电系统设计
      根据业主提出的分期建设、机房等级后期升级方便、机房单机柜负荷扩容要求。通过分析后,采用模块化数据中机房的供配电系统方案能够较好的满足业主需求。
 
3.1 数据中心电气机房平面图规划
      各个模块化机房负荷计算见表 1。根据模块化机房建筑平面图及机柜负荷要求,电气机房布置详见图1~图 3。1A1 /1B1, 2A1 /2B1,2A2 /2B2,3A1 /3A2,3A2 /3B2 配电用房考虑后期扩容及升级的预留空间( 阴影区域为非电气设备房间) 。
 
图1 一层电气机房平面图
    
图2 二层电气机房平面图
 
图3 三层电气机房平面图
 
3.2模块化机房供电电源设计
      正常市电电源: 数据中心机房市电电源均为两路10KV电源,10KV电源为AC10KV 50 Hz 中性点不接地方式,10kV配电系统采用单母线分段型式。正常运行时,两路电源同时工作互为备用,分别向两段 10kV母线供电,母线联断路器断开运行; 当一路电源故障停电或检修时,母线联断路器延时投入运行,由另一路电源向两段10KV母线供电。两段10kV母线以放射式电缆线路向各低压配电室台变压器供电。
      应急电源: 在动力中心为数据中心IT设备设后备柴油发电机组,发电机组按5(4 +1) 台10kV 1600kW( 常用功率) 配置作为数据中心机房IT设备的备用电源,并可扩展到7( 6+1)台发电机并机运行。发电机并机母线采用单母线分段型式。当市电失去时,可供应本项目的全部重要负荷。UPS电源:在低压配电室设置UPS电源,为IT设备提供不间断电源.
 
3.3 10kV配电系统设计
      高压配电室从室外引入四路10KV电源,其中两路电源为市电,其余两路电源来自动力中心柴油发电机应急电源。在数据中心一层设置高压配电室,IT 变配电室设置在各楼层中。
10kV采用分段单母线联络的接线方式。正常情况下两路10 kV 电源分别向两段母线进线柜供电,母线分段断路器断开运行。当一路电源故障停电或检修时,母线分段断路器投入运行,由另一路电源向两段10kV母线供电。当两路市电均失电时,由10kV柴油发电与市电开关切换后向两段母线同时供电,柴油机电源开关闭合时市电进线开关断开。两路市电电源进线断路器、两路柴发应急电源断路器及母线联络开关设置电气联锁,严禁市电电源与柴发应急电源并联运行。10kV配电系统单线图见图4。
 
3.4低压配电系统设计
 
3.4.1 低压配电室
      数据中心一层设置低压配电室1A1/1B1,配置一套供配电系统服务于一层模块化机房 1,每套供配电系统分为A/B两组。变压器编号为TR1与TR2,变压器容量都为2500kVA。任何一组变压器均能负载起一层模块化机房1和2的所有IT设备。
数据中心二层设置低压配电室2A1 /2B1和2A2 /2B2,配置两套供配电系统服务于二层所有模块机房,每套供配电系统分为A/B两组。其中,低压配电室2A1/2B1 服务于二层模块机房1和2,变压器编号为 TR3 与 TR4,变压器容量都为2500kVA。任何一组变压器均能负载起二层模块化机房1和2的所有IT设备; 低压配电室2A2/2B2 服务于二层模块机房3和4,变压器编号为TR5 与 TR6,变压器容量都为 2 500kVA。任何一组变压器均能负载起二层模块化机房3和4的所有IT设备。
数据中心三层设置低压配电室3A /3B1 和3A2/3B2,配置两套供配电系统服务于二层所有模块机房,每套供配电系统分为A/B 两组。其中,低压配电室 2A1/2B1 服务于三层模块机房 1,变压器编号为 TR7与TR8,变压器容量都为 2 500 kVA。任何一组变压器均能负载起三层模块化机房1的所有IT设备; 低压配电室3A2 /3B2 服务于模块机房 2,3 和 4,变压器编号为TR9与TR10,变压器容量都为2500kVA。任何一组变压器均能负载起三层模块化机房2、机房3和机房4的所有IT设备.
 
3.4.2UPS 配电系统
      一层模块机 房1(大客户)按 B等级设计,首期配置4台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。将来可以扩容至 5台400kVA UPS,其中 1台为冗余备份。一层模块2(小客户) 机房按T3等级设计,首期配置2台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。UPS容量较高,可直接满足将来50%以上扩容需求。
      三层模块 1 (大客户)机房按B等级设计,首期配置4台400kVA UPS,其中1台为冗余 备份。将来可以扩容至5台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。二层模块2( 小客户) 机房按B等级设计,首期配置2台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。UPS容量较高,可直接满足将来50%以上扩容需求。二层模块3(小客户) 机房按 B 等级设计,首期配置3台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。将来可以扩容至 4台400kVA UPS,其中1 台为冗余备份。二层模块4( 小客户)机房按B等级设计,首期配置3台400kVA UPS,其中 1 台为冗余备份。将来可以扩容至4台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。
      二层模块 1( 高密) 机房按A等级设计,分为两个区域,每个区域首期配置2套3台400kVA UPS并机系统,其中1套为备份,共计12台400kVA UPS。UPS 容量较高,可直接满足将来50%以上扩容需求。三层模块 2(大客户)机房按 B 等级设计,首期配置3 台400kVA UPS。三层模块 3、模块4(小客户)机房按B等级设计,共用一套UPS系统,首期配置3台400kVA UPS,其中1台为冗余备份。三层模块 2、模块3、模块4按B等级设计,未来可以扩容至 4台400kVA UPS。
 
3.4.3模块化机房内IT设备配电
      所有IT设备末端采用双电源供电。机柜首末各设置一台强电列头柜( A/B) ,A级机房 A路列头柜内电源来自UPS电源,B路列头柜内电源来自另一路UPS电源。B级和C级机房A路列头柜内电源来自UPS电源,B 路列头柜内电源来自市电回路电源
 
4 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,为实现全绿色IDC提供可靠保证。
 
4.1精密配电管理解决方案
 
4.1.1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
 
4.1.2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
 
配置方案
多功能仪表          PZ72L-DE
霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V
开关电源            SBD-30  (48V)
 
 
 
 
4.2产品规格
 
 
 
 
说明:■为标配功能。
 
4.3配套附件
 
 
 
5 安科瑞母线槽监测产品介绍
 
5.1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。
5.2  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;                             
 
5.3产品介绍
 
         
 
说明:■为标配功能。
 
6 结束语
对于大型的 IDC 数据中心项目,对不同模块化机房采用不同配电等级的供配电系统,并预留后期扩容及升级的条件。既有利于业主建造出满足不同客户等级需求的 IT 机房,又有利于降低业主初期投资和后期运维成本。
 
参考文献: 
【1】JGJ 16-2008,民用建筑电气设计规范[S]。
【2】袁功平.IDC数据中心模块化机房供配电系统浅析。
【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应用手册.2020.06版。
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