趙 佳

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧 530000）

隨著新時代數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。原有數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷小，供配電系統(tǒng)接線單一，結(jié)構(gòu)簡單?，F(xiàn)行主要數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模均超過了3 000個機架，甚至達(dá)到萬架級別，其供配電系統(tǒng)建設(shè)容量超過10 MVA，配置變壓器數(shù)量大、系統(tǒng)接線復(fù)雜。供配電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心運行中具有舉足輕重的地位，提升運維水平對供配電系統(tǒng)安全可靠運行至關(guān)重要。采用人工運維方式已無法滿足大型數(shù)據(jù)中心運行需求，引入新技術(shù)對供配電系統(tǒng)實施智能化運維管理模式將逐漸替代原有傳統(tǒng)模式。

1 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)運維背景

在信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，技術(shù)不夠先進(jìn)，數(shù)據(jù)機房規(guī)模較小，通常僅需布置于一棟建筑的某層，與辦公、動力等建筑電氣負(fù)載共用1套變配電系統(tǒng)，機房不間斷電源只需從大樓0.4 kV配電裝置引接，日常只需通過人工方式簡易運維。數(shù)據(jù)機房電源投入或切斷只涉及少量低壓斷路器、隔離開關(guān)的分合閘操作，日常巡查內(nèi)容主要為主配電柜、不間斷電源、蓄電池的運行工況，運維人員也只需要具備簡單的低壓配電知識。

隨著時代發(fā)展，機房需求急速增長，獨棟數(shù)據(jù)中心甚至數(shù)據(jù)園區(qū)建設(shè)成為常態(tài)，高功率機柜也逐漸成為機房標(biāo)配，用電負(fù)荷快速增長，電源系統(tǒng)電壓等級提升到10 kV專線甚至是110 kV專線。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)所包含的高壓配電裝置、變壓器、低壓配電裝置、不間斷電源或高壓直流電源等設(shè)備容量不斷擴(kuò)大、數(shù)量不斷增多，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。對于不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)，傳統(tǒng)人工運維方式無法適應(yīng)，弊端逐漸顯現(xiàn)。人工成本高，各環(huán)節(jié)供配電設(shè)備間也存在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通難、無法實時控制、智能化水平低、安全可靠性差等問題。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)運維在空間維度上也無法做到監(jiān)管的面面俱到，存在維護(hù)人員誤報、漏報、瞞報等現(xiàn)象；在時間維度上運維更是滯后，對于風(fēng)險、故障的處置往往由于數(shù)據(jù)滯后導(dǎo)致不準(zhǔn)確、不及時。特別是在疫情防控期間，在使用人工和傳統(tǒng)管理手段的數(shù)據(jù)中心，由于運維人員不能如期復(fù)工，數(shù)據(jù)中心的運行受到極大影響。

2 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維的意義

當(dāng)今，智能監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)日漸成熟，為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建立科學(xué)的智慧運維模式創(chuàng)造了條件。在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、各節(jié)點設(shè)置監(jiān)測點，采集電力參數(shù)信息并上傳后臺，運維人員在監(jiān)控室即可查看各設(shè)備運行工況，減少了現(xiàn)場巡檢次數(shù)，大大降低了人工成本。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)先進(jìn)智慧運維技術(shù)的運用，有機融合技術(shù)、數(shù)據(jù)、流程等，不僅提高了整體工作效率，而且有利于保障工作效果。智慧運維通過遠(yuǎn)程遙測、后臺分析判斷、遠(yuǎn)程遙控等技術(shù)，在某個供配電系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生異常事件情況下，可以立即執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)管理流程，順利完成工作任務(wù)[1]，提升了運維管理流程的水平。智慧運維技術(shù)對設(shè)備運行數(shù)據(jù)長期保存，并通過科學(xué)建模及大數(shù)據(jù)分析，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障做出預(yù)警，對故障點定位并做出預(yù)判，極大地提高了供配電系統(tǒng)運行的安全性。因此，供配電系統(tǒng)智慧運維提高了數(shù)據(jù)中心運維的智能化水平，有效解決了數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大后帶來的一系列運維問題。

3 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)內(nèi)容

數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備運行具有連續(xù)性特征，用電持續(xù)高負(fù)荷，在其供配電系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)綜合分析電能負(fù)荷性質(zhì)和周圍區(qū)域電量供應(yīng)[2]。同時，數(shù)據(jù)中心對電源各電力參數(shù)指標(biāo)、供電可靠性有很高的要求，供配電各環(huán)節(jié)配置應(yīng)有利于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、電能輸配工作的有序性，保障數(shù)據(jù)中心正常運行。

大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷高，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，后備電源系統(tǒng)一般采用中壓發(fā)電機并機復(fù)用方案，中壓發(fā)電機、中壓并機系統(tǒng)均統(tǒng)一布置于獨立動力中心。中壓配電裝置、變壓器、低壓配電裝置、不間斷電源或高壓直流電源布置于數(shù)據(jù)中心機房各樓層中部，近負(fù)荷中心布置，設(shè)變配電室、電力室、電池室等。數(shù)據(jù)中心機房主要布置于各樓層兩側(cè)，配電設(shè)備主要有微模塊柜頂雙母線配電單元、末端空調(diào)配電箱等；數(shù)據(jù)中心一層還布置有冷凍機房配電間，以及常規(guī)建筑電氣配電箱。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)具有設(shè)備多、分布廣等特征，日常維護(hù)管理內(nèi)容多。

云計算、大數(shù)據(jù)金融科技等數(shù)字產(chǎn)業(yè)均對數(shù)據(jù)中心的運行有很高的要求，數(shù)據(jù)中心建設(shè)主要按《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中A級數(shù)據(jù)中心建設(shè)要求實施，其中供配電系統(tǒng)應(yīng)具備容錯能力，從前端到末端全程雙回路供電；變壓器、不間斷電源、高壓直流電源、發(fā)電機等設(shè)備配置冗余容量，互為備用運行；同時，考慮數(shù)據(jù)中心建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性，不間斷電源、發(fā)電機等設(shè)備采用多模塊并接方式，節(jié)省投資也便于后期局部更換。因此，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)還具有子系統(tǒng)多、接線復(fù)雜等特征，出現(xiàn)人為失誤或判斷錯誤均有可能造成數(shù)據(jù)中心運行事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，各供電方式切換、故障運維處理需經(jīng)過大量邏輯分析、流程管理，最后才能實施操作、維修，這給運維人員帶來了極大的壓力。

4 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維應(yīng)用原則

4.1 安全運維

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維應(yīng)用應(yīng)建立在安全基礎(chǔ)之上，注重安全管理機制建設(shè)，落實數(shù)據(jù)分類分級、重要數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)管理成熟度評估，積極組織做好各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全共享、協(xié)同處置、算法規(guī)制、流程科學(xué)建模，時時加強數(shù)據(jù)安全關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新突破，及時消減數(shù)據(jù)安全、運行安全重大隱患。

4.2 科學(xué)運維

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維使用先進(jìn)智能化技術(shù)，實現(xiàn)降低運維成本、規(guī)避人為因素造成運維風(fēng)險的目的。智慧運維系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)化縮減人工巡檢梳理工作內(nèi)容，實時監(jiān)測設(shè)備運行工況，提示設(shè)備運行潛在風(fēng)險，及時發(fā)現(xiàn)并處理故障，并且建立規(guī)范流程，有序落實自動化電源控制模式，合理可靠使用電力資源[3]。

4.3 經(jīng)濟(jì)運維，綠色節(jié)能

數(shù)據(jù)中心運行耗電量大，屬社會碳排放較高的產(chǎn)業(yè)，在“雙碳”背景下國家對數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)（PUE）要求不斷提升，數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展任重道遠(yuǎn)。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維應(yīng)堅持綠色發(fā)展，著力創(chuàng)新引領(lǐng)。智慧運維系統(tǒng)應(yīng)注重各子系統(tǒng)、各供電環(huán)節(jié)能耗分析，確定機房最經(jīng)濟(jì)運行形態(tài)，提出微模塊IT設(shè)備布置方案、功耗控制區(qū)間等；智慧感應(yīng)外界自然條件，通過配電開關(guān)合理控制空調(diào)系統(tǒng)運行組數(shù)，或直接投入新風(fēng)系統(tǒng)利用自然冷源制冷；根據(jù)波峰波谷電價智慧蓄能蓄冷，落實錯峰調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運行模式，有利于顯著節(jié)省電力能源；智慧控制照明系統(tǒng)，運用先進(jìn)感應(yīng)技術(shù)關(guān)停非必要輔助功能設(shè)備用電。

4.4 具有發(fā)展適應(yīng)性

智慧運維系統(tǒng)應(yīng)采用開放式的信息體系架構(gòu)，使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，以滿足系統(tǒng)數(shù)字化升級需要，進(jìn)一步優(yōu)化整體系統(tǒng)的功能，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展需求[4]。

5 數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維應(yīng)用

5.1 供配電系統(tǒng)智慧監(jiān)測及節(jié)能

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)包含高壓開關(guān)柜、變壓器、低壓配電柜、不間斷電源或高壓直流電源，以及末端配電箱等，設(shè)備多，且分布于數(shù)據(jù)中心不同功能間，日常運維難度大。①日常巡檢周期比較長，這是因為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)容量大，且擁有大量設(shè)備，主要采用多層配置方式，設(shè)備具有分散性特征，如采用人工巡檢會產(chǎn)生大量維護(hù)預(yù)算。②大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中包含較多的子系統(tǒng)，而且各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系較弱。③預(yù)警難度大，很難及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。數(shù)據(jù)中心投產(chǎn)之后，運維人員若再采用傳統(tǒng)手段判斷系統(tǒng)狀態(tài)，就無法發(fā)揮預(yù)警作用，供配電系統(tǒng)的可靠性得不到保障。④發(fā)生故障之后不能及時診斷故障，對恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)有影響。利用傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)，因為設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測采集監(jiān)控系統(tǒng)不夠完善，如果發(fā)生故障需要利用人工調(diào)試方式，需要耗費較多的時間排除故障，數(shù)據(jù)中心運行因此受到影響。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維，需要在供配電各節(jié)點嵌入各種傳感器、感應(yīng)設(shè)備，并配置帶通信功能智能化儀表，實現(xiàn)設(shè)備運行電壓、電流、有功功率、無功功率、諧波等參數(shù)采集及記錄；同時在數(shù)據(jù)中心監(jiān)控室建設(shè)統(tǒng)一平臺集成智慧監(jiān)控系統(tǒng)，利用嵌入式人工智能技術(shù)，融合不同的智能組件和數(shù)字化功能，不僅可以提供供配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，還可以發(fā)揮遠(yuǎn)程調(diào)度、故障診斷以及設(shè)備管理等作用[5]。運行期間，各節(jié)點實時采集設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過485線或光纖傳送至后臺，由監(jiān)控系統(tǒng)緊密聯(lián)系各鏈路設(shè)備運行參數(shù)，通過對比分析確定是否對應(yīng)，判斷某個節(jié)點是否存在故障；監(jiān)控系統(tǒng)還可以通過對比分析數(shù)據(jù)庫的歷史參數(shù)，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患；同時供配電系統(tǒng)智慧運維系統(tǒng)還能記錄分析數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)各運行方式下能耗，綜合考慮電網(wǎng)波峰波谷電價情況，為數(shù)據(jù)中心提出科學(xué)的節(jié)能運行方案，并通過對末端配電開關(guān)控制實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的合理運行，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心降低碳排放的目標(biāo)。

5.2 中壓智慧負(fù)載控制系統(tǒng)

當(dāng)前大型數(shù)據(jù)中心的外市電主要采用中壓多電源供電，中壓系統(tǒng)運行要求如下：①10 kV采用單母線分段接線，正常運行狀態(tài)兩路外市電電源同時供電。②如果其中一路市電電源失電，需要斷開故障電源的進(jìn)線開關(guān)，并且閉合分段開關(guān)，利用另一路市電電源供本系統(tǒng)全部負(fù)荷。③如果兩路市電同時失電，需要同時斷開電源進(jìn)線開關(guān)、分段開關(guān)及所有負(fù)載側(cè)開關(guān)，閉合兩路發(fā)電機電源開關(guān)，發(fā)電機啟動穩(wěn)定后，逐步閉合各負(fù)載側(cè)開關(guān)。④恢復(fù)一路市電供電之后，市電/發(fā)電機切換開關(guān)斷開發(fā)電機電源，轉(zhuǎn)而投入市電電源，其次閉合分段開關(guān)，實現(xiàn)市電電源供電，并向發(fā)電機發(fā)出停機信號。⑤恢復(fù)兩路市電供電之后，即可恢復(fù)正常運行模式[6]。

中壓配電常規(guī)微機綜合保護(hù)裝置可實現(xiàn)雙電源互為備投功能，但大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)增加了中壓發(fā)電機啟動及切換功能，切換前還需提前關(guān)停數(shù)據(jù)中心大容量負(fù)載，避免發(fā)電機宕機損壞。如繼續(xù)采用微機綜合保護(hù)裝置驅(qū)動各開關(guān)投切，需增加大量中間繼電器組件各種運行邏輯關(guān)系，二次接線復(fù)雜，且會增加很多故障點，可靠性差。如出現(xiàn)故障導(dǎo)致多電源并入情況，可能會造成上級電網(wǎng)事故，運維人員的工作難度、工作壓力也會因此增加。

在大型數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)運行過程中，需要中壓系統(tǒng)具備及時投入后備電源能力，也要避免各回路電源出現(xiàn)并接事故，確保整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。中壓智慧負(fù)載控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器，增強了中壓系統(tǒng)二次設(shè)備的開放性、邏輯性、安全性，大大提升了數(shù)據(jù)中心智慧運維技術(shù)水平。中壓智慧負(fù)載控制系統(tǒng)在接收中壓系統(tǒng)市電電源狀態(tài)、發(fā)電機并機系統(tǒng)狀態(tài)信息并接入開關(guān)輔助觸點信號后，由系統(tǒng)自動分析故障，利用流程化的模型手段，有效判斷中壓系統(tǒng)各點運行情況等，最后快速輸出所需信號，驅(qū)動相應(yīng)中壓開關(guān)分合閘，滿足數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)運行需求。

6 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，需要進(jìn)一步提升硬件設(shè)備智慧化和數(shù)據(jù)模型智慧化水平，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)智慧運維效率，同時降低整體成本，為無人化、自動化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。■