数据中心供配电系统设计

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引言

随着信息技术的迅速发展和互联网的普及，社会各界对信息系统的应用越来越广泛，信息和数据量呈几何级增长，由此对数据中心的需求日益增加，对数据中心的要求也不断提高。

近年来，不仅电信企业，政府机构以及银行、证券、保险、互联网等众多行业也都在建设各种不同用途、规模、等级的数据中心。

1 数据中心对供配电系统的要求

信息设备功能越来越强，功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kVA/台，提高到3kVA/台、4kVA/台，甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高。同时，随着数据中心规模的不断扩大，对供电总容量的要求也从数千千伏安提高到数万千伏安。

由于现代社会运行对信息、数据的依赖越来越多，对信息系统的可靠性、连续性要求也越来越高。现行的数据中心标准、规范中一般都会对数据中心进行分级或分类，提出不同的可靠性要求，并制订相应的建设或配置标准，例如：GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》中分为A、B、C 三级，ANSI/TIA-942-2005《Telecommunications InfrastructureStandard for Data Centers》中分为Tier1、Tier2、Tier3、Tier4 四级。本文中将数据中心对供配电系统的可靠性要求分为极高可靠性要求、高可靠性要求、一般可靠性要求三个层次。

2 数据中心供配电系统设计的基本原则

数据中心供配电系统设计应执行或参照执行国家和行业相关标准、规范，并可参考国外相关标准、规范，结合考虑数据中心用电负荷密度高、供电可靠性要求高等特性采取适当的技术措施。同时，应满足项目建设单位的企业标准、规范的要求。

数据中心供配电系统设计应遵循分区、分级的原则，同一功能区域内的各类设备的供电可靠性，应能保证所有设备能够按照该区域标准的要求运行，并将供配电系统局部故障的影响面控制在尽可能小的范围。

数据中心用电负荷密度高、总量大，其供配电系统设计中应充分运用成熟有效的节能措施，降低供配电系统的损耗。

3 数据中心用电负荷

数据中心用电负荷的统计应分为两个层次，即：UPS 电源系统负荷(输出)和变配电系统负荷。 UPS 电源系统负荷(输出)是UPS 电源系统设计的依据，变配电系统负荷是变配电系统和自备应急电源系统设计的依据。

3.1 UPS电源系统负荷(输出)统计

具体负荷设备明确时，按设备数据统计。具体负荷设备不明确时，按设备机柜平均负荷统计。设备机柜数量也不明确时，可按机房面积平均负荷估计。

需了解负荷设备的功率因数cosφ，分别统计有功功率Pj kW和视在功率Sj kVA。需注意三相负荷平衡的情况，有大容量单相负荷设备时应按相分别统计。

3.2 变配电系统负荷统计

变配电系统负荷主要包括：UPS 电源系统(输入)、机房空调系统、机房照明及建筑电气设备等。

UPS电源系统负荷(输入)＝供电负荷+充电负荷。机房空调系统负荷＝N台主用空调机组额定负荷容量×负荷率。

机房照明及其它负荷按建筑电气常规方法统计。日常运行负荷、充电负荷、消防负荷等还宜分别统计。

4 数据中心供电电源

4.1 市电电源选择

市电电源选择一般采用10 kV供电电压，但其供电容量有限。某些地区规定：10 kV供电电压，用户受电设备的总容量为250～6300kVA，若需更大的供电容量，则需采用35kV或110kV及以上的供电电压。

当数据中心中、远期规划用电负荷较大时，宜在建设初期就选择35kV及以上供电电压，以免供电容量不足成为数据中心发展的制约瓶颈。

如果采用35kV及以上供电电压时，可根据数据中心建筑形式决定其变电方式。一般，数据中心为单幢建筑时宜采用35/0.4 kV 直降方式，而数据中心为园区式多幢建筑时宜采用35/10 kV、10/0.4 kV二级降压方式。

4.2 市电电源引入要求

数据中心的市电电源引入方式及其供电容量，应满足不同用途或等级数据中心对供电可靠性的要求。

极高可靠性要求数据中心应从两个独立的电网变电所的专用输出回路上分别引入一路市电电源，以专线方式沿不同的敷设路由引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部负荷或全部一、二级负荷的需求，包括UPS电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备等。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应同时供电运行。

高可靠性要求数据中心宜从两个独立的电网变电所，也可从一个电网变电所的两段独立的供电母线上分别引入一路市电电源，以专线方式引接至数据中心。每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求，包括UPS电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应同时供电运行。

一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源，条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时，宜为冗余关系，也可作为供电容量扩展关系。