邱 奕 侃(華東建筑設計研究院有限公司, 上海 200002)

數(shù)據中心供配電系統(tǒng)設計

邱 奕 侃
(華東建筑設計研究院有限公司, 上海 200002)

基于GB 50174—1992《電子計算機機房設計規(guī)范》和美國國家標準協(xié)會TIA-942—2010的相關要求,結合某大型IT企業(yè)的實際數(shù)據中心機房設計案例,對數(shù)據中心機房電氣技術中的供配電系統(tǒng)進行探討,闡釋了在數(shù)據中心機房實際設計配電系統(tǒng)的方法,以期為類似數(shù)據中心供配電系統(tǒng)。

數(shù)據中心; 供配電系統(tǒng); 供電可靠性; TIA-942—2010; 負荷等級

0 引 言

隨著國內IT企業(yè)及金融業(yè)全面對外開放,大數(shù)據時代已步入人們的日常工作與生活中,這些龐大數(shù)據處理的背后同樣需要龐大的數(shù)據處理器及交換機完成,而這些集中式的數(shù)據處理設備對環(huán)境要求極其苛刻,所以集中放置這些數(shù)據載體的設備成為亟待解決的問題,于是數(shù)據中心的概念應運而生。

數(shù)據中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運營中的作用越來越突出,國內很多大型 IT 公司、金融、電信、政府等行業(yè)的數(shù)據中心在不斷地投入建設。于是,設計出一套可靠性高、節(jié)能、經濟的數(shù)據中心成為電氣設計師的共同目標。本文結合親身參加的國內一些大型數(shù)據中心項目的設計工作,在方案初期階段,通過掌握的國際和國內有關方面的資料,對數(shù)據中心各等級的特性要求作了分析比較,并對在實際項目設計過程中遇到供配電系統(tǒng)方面的實際問題作了簡要分析。

1 數(shù)據中心機房的等級及分級依據

數(shù)據中心機房的國內標準一般以GB 50174—1992《電子計算機機房設計規(guī)范》為主,該規(guī)范針對機房選址、建筑結構、機房環(huán)境、安全管理及供電電源的質量要求等方面對數(shù)據機房分級,可分為 A (容錯型)、 B (冗余型)、 C (基本型)三個級別。

目前國際上較全面地以數(shù)據中心為對象的技術規(guī)范標準是TIA-942—2010《數(shù)據中心的通信基礎設施標準》,該標準根據數(shù)據中心基礎設施的可用性、穩(wěn)定性和安全性將數(shù)據中心的機房等級分為Tier Ⅰ、Tier Ⅱ、Tier Ⅲ、Tier Ⅳ四級。該標準依據國際上多種數(shù)據機房工程的需求與實踐,提出了與之相匹配的機房場地基礎設施的供配電以及其他相關系統(tǒng)的可用性等級指標。下面將介紹該標準中每個等級的特性及其數(shù)據中心基礎設施等級中相關電氣部分的類型、要求和相關特性,如表1所示。

通過比較國內規(guī)范及國際行業(yè)標準,國際行業(yè)標準TIA-942—2010更具有指導意義。從表1可以看出,數(shù)據中心機房的等級越高,供電可靠性越高,電源的配電要求更高,線路更復雜,設備數(shù)量隨著冗余要求增加,導致造價成倍提高。所以在設計數(shù)據中心的過程中,將數(shù)據中心概括的電氣技術指標落實到到實際的設計中,并且能權衡好造價及供電可靠性的這兩個對立因素,是設計人員需要仔細考慮的問題。

表1 國際行業(yè)標準TIA-942—2010 關于數(shù)據中心分級的主要電氣技術指標

2 數(shù)據機房設計實例

項目要求概況:

(1) 數(shù)據服務器主機房面積為600 m2。

(2) 數(shù)據中心機房總面積為1 000 m2左右。

(3) 機房總體供電可靠性要求達到99.982%,提供365 d×24 h服務。

感受過V12的氣度，該輪到V8渦輪增壓展現(xiàn)實力了。從性價比角度考量，帶“T”的GTC4Lusso無疑是更劃算、更合理的存在。由于裝備3.9升V8渦輪增壓發(fā)動機，取消四驅系統(tǒng)采用后輪驅動，GTC4Lusso T擁有更扎實的低扭輸出、更輕盈的體態(tài)以及更低的油耗。但問題是，真的有用戶會在意我在意的這些細枝末節(jié)嗎？其實GTC4Lusso T就是一種相比GTC4Lusso更“實惠”的選擇，可滿足四人同行的日常駕乘所需，我很欣賞它務實的一面。

(4) 數(shù)據中心機房內服務器機柜總用電負荷為1 180 kW。

(5) 雙路市電輸入,應急發(fā)電機要有冗余。市電中斷后20 s內發(fā)電機組能自動起動,發(fā)電機組燃油(雙油桶)能支持24 h以上。

(6) UPS供電系統(tǒng)采用2N模式,提供滿負荷10 min的電池支撐時間。

(7) 放置電源分配單元(Power Distibution Unit,PDU)區(qū)域的門口需安裝緊急電源關閉總掣(EPO),用于在緊急狀態(tài)下關閉所有PDU使用,總開關上需增加保護護罩,防止人員誤操作。

(8) 冷凍機、冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、精密空調等為數(shù)據中心服務的設備總容量約為1 608 kW。

3 設計分析

3.1 數(shù)據中心負荷等級的確定

數(shù)據中心負荷等級如表2所示。

表2 數(shù)據中心負荷等級

3.2 UPS容量估算

UPS容量估算表3所示。UPS配置:2×(3×600)kVA，電池時間10 min。

表3 UPS容量估算

由于UPS采用2N形式,故需要2臺來自不同電網的2 000 kVA變壓器為UPS提供進線電源,平時2臺變壓器及UPS電池組各帶服務器機房負荷的50%;當一路失電后,另一臺變壓器及UPS承擔100%的服務器機房負荷。

3.3 方案設計

根據國際行業(yè)標準TIA-942—2010的機房分級要求,從供電可靠性上來說,該項目的數(shù)據機房等級應為Tier Ⅲ,但業(yè)主要求UPS電源需采用2N形式,也就是說,該項目數(shù)據中心的供電系統(tǒng)在TierⅢ機房可靠性的前提下盡量向最高可靠性方案靠攏。

方案一是根據TIA-942—2010中推薦采用的主接線方式,如圖1所示。TIA推薦方案要求設置兩組柴油機,與兩路市電分別切換,保證任意一組柴油機組或切換設備或線路發(fā)生問題時,另一組能帶起數(shù)據中心100%的用電負荷。該方案可靠性最高,但缺點是造價非常昂貴。

圖1 方案一

為保證數(shù)據中心供電可靠性及降低造價,設計出方案二，如圖2所示。

圖2 方案二

由圖2可以發(fā)現(xiàn),方案二為了降低造價,采用折中的方式,即減少柴油機組數(shù)量,但加大單臺柴油機容量,配出母排分兩路分別引至兩路市電進行切換,即解決了單自動轉換開關的故障點,并且滿足了一組柴油機組在故障時帶起數(shù)據中心100%的用電負荷,比方案一大大降低了造價,同時可靠性也高于現(xiàn)行規(guī)范。

另外,由于數(shù)據中心用電容量非常大,對應柴油機組的容量也非常大,所以柴油機配出母線載流量也隨之增大;又由于數(shù)據中心對供電可靠性要求非常高,故在選擇柴油機配出母線時防護等級的要求也極高(達到防塵防水要求),直接提高了母線單位每米的造價。不僅如此,由于震動、爆炸等土建及消防安全等因素,一般數(shù)據中心、數(shù)據中心配電機房距離柴油發(fā)電機房有一定距離,故柴油機柜饋出母線的距離也相對較長,這大大增加母線的造價。所以,若采用單根配出母線至數(shù)據中心低壓配電柜處再以三通形式分成兩路引至市電切換處，又不失為另一種降低造價的選擇。

4 結 語

隨著時代的發(fā)展,信息處理技術會越來越深入到每個人的生活中,而數(shù)據中心作為加速信息特定的硬件載體,開始引起人們的高度重視。數(shù)據中心不同于一般公建項目,是個復雜的系統(tǒng)工程,而電氣設計對于數(shù)據中心而言,是一項極其重要的基礎性工作。隨著建設規(guī)模和數(shù)量的不斷增多,建造出一個可靠性高、節(jié)能以及經濟的數(shù)據中心將會是發(fā)展中國家的建造者們共同的目標。

[1] ANSI/TIA-942—2010 Telecommunications infra-structure standard for data centers[S].[2] GB 50174—2008 電子計算機機房設計規(guī)范[S].

[3] JGJ 16—2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[4] 中國工程建設標準化協(xié)會信息通信專業(yè)委員會數(shù)據中心工作組.數(shù)據中心供配電系統(tǒng)技術白皮書[G].2011.

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Electrical Power Supply and Distribution System Design of Data Center

QIU Yikan

(East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200002, China)

Based on the requirements of GB 50174—1992 and TIA-942—2010,combined by a factual data center design of a big-scaled IT company in China,this paper discussed the power supply and distribution system technology of data center design,and elaborated the practical design method in the distribution system of data center.It can proveide references for the reliability design of power supply and distribution system in data center.

data center; power supply and distribution system; reliability of power supply; TIA-942—2010; load level

《現(xiàn)代建筑電氣》雜志訂單(回執(zhí)) 120元/年

邱奕侃(1987—),男,工程師,從事建筑電氣設計工作。

TU 852

B

1674-8417(2015)10-0006-05

2015-09-23