浅析配电系统在某银行数据中心机房改造项目中的应用

时间：2020-11-16

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 2018011

摘要：随着各行各业信息化的普及和提高，数据中心机房的地位和作用也越来越重要。作为信息集中、处理、管理中心的数据中心机房如何才能可靠地工作呢？可靠的供配电系统是不可或缺的因素。
关键词：数据中心机房；不间断电源（UPS）；电源列头柜
1数据中心机房供配电系统的内容、负荷分类及供电可靠性的实现
1.1供配电系统的内容、负荷分类
本工程为省级银行的信息中心机房，供配电系统的内容有照明用电、空调用电、计
算机系统用电及防范系统用电等。其中计算机系统和安防系统用电属一级负荷中的重要负荷，所以机房的空调用电属一级负荷；机房照明由于其重要性也属一类负荷的照明（并设备用照明）。
1.2计算机系统供电可靠性的实现，如下图。

图 1 机房配电工房系统

图 2 机房配电工房系统

       作为机房重要的配电系统，计算机系统和安防系统采用 UPS 配电系统来完成传统的配电功能。机房的机柜较多，供电容量较大，再根据甲方对供电可靠性的高要求，采用两套UPS 配电系统来供电。如图 1，平时的工作电源采用市电，备用电源引自发电机房**供电回路，经过双电源切换装置（ATSE1）后进入UPS的输入配电柜，再经过 UPS(包括主机和电池)，至输出配电柜输出配电柜采用放射式供电为电源列头柜（指放在计算机柜头部的用于分配电能的机柜，俗称列头柜，起到配电、监控、测量、保护、告警等功能）、安防用电和计算机维修电源等供电。为防止计算机系统受雷电流的破坏，在 ATSE 后接入浪涌保护器；为进行 UPS 的维护检修时不影响计算机系统的正常供电，ATSE1(2)应为具有旁路功能的转换开关。
       需要指出的是，为加强供电的可靠性，我们把四台电源列头柜、维修电源、安防用电的工作和备用电源平均分配到两套 UPS 的配电回路，即采用“N+1”型冗余并机方案。这样，如果一台 UPS 配电系统出现问题，在并机信号的调控下，此台 UPS 将会“自动脱机”，由另 N 套 UPS 系统能给所有的负载供电。
      采用“N+1”型冗余并机方案，供电可靠性已经很高，可实际使用中仍存在从 UPS 输出端到用电设备输入端的线路故障，如断路器跳闸或不慎短路等。有效的方法是配置 UPS“双总线输出系统”。如图 1、图 2，每台 UPS 的负载，如电源列头柜、维修用电等均会在另一台UPS 有备用回路。当一路电源出现故障时，电源列头柜会通过负载自动切换开关（LTS）、维修用电设备会通过静态切换开关（STS）来切换到备用回路以继续正常工作。
1.3空调用电和照明用电
       机房空调用电和机房照明用电作为一级负荷，取自另一个市电和发电机双电源切换箱的出线回路。机房的一般区域照度值不小于 500lx,辅助机房区照度值不小于 300lx,显色指数 Ra 值不小于 80。机房照明灯具自带蓄电池，市电断电后持续供电时间 180min，这样就可以满足发生火灾时的备用照明的要求。
2 UPS配电系统功率的确定
2.1 UPS 配电系统功率计算
      UPS 配电系统的主要负荷为电源列头柜，故列头柜的功率决定着 UPS 主机的供电容量，如图 3。

图 3

       本工程以服务器机柜居多，故平均每个机柜取值约 4kW 左右。一列机柜 15 个，共有 4 列。安防系统用电和维修电源功率均为 10kW 左右，UPS 的功率因数取 COS¢=0.8 需用系数 Kx=0.9。于是有每套 UPS 主机的总功率：Kx*（4kW*15*2+10kW）=117kW，117/ COS¢=146.3kVA。这样，每套 UPS 配电系统我们可以选用容量为 80 kVA 的两台 UPS 主机并机供电（内置同步功能）。两套 UPS 配电系统共有4台 80kVA 的主机。每台主机需要电池柜若干，所以对于输入/输出配电柜、UPS 主机、电池柜的放置需要占用机房的不少面积。这个在此暂不详细讨论。
2.2 UPS 配电容量的扩充
        因本工程为机房改造，供电负荷均比较明确。对于一般新建机房工程，考虑到网络设备的发展，运算速度越来越快，单位体积的耗电量越来越大，以及其他弱电设备的用电，为满足 3~5 年的发展需要，应充分考虑到机房的扩容问题，即UPS的配电容量应有一定的扩充。
3机房的防雷接地系统
3.1机房的等电位连接
        现行国标计算机房采用联合接地方式，接地电阻<=1 欧。机房内设等电位联结板，机房内各弱电设备机壳、弱电线路桥架、保护套管及线缆金属外皮等均与等电位端子联结板就近连接。具体做法如下：采用 30mm*3mm 的铜带（等电位连接带）沿机房四边墙线敷设，并将活动地板金属支撑管脚做多点重复接地焊接，金属门窗、天花龙骨、各弱电设备机壳、弱电线路桥架、保护套管及线缆金属外皮等等也与机房的等电位连接带采用 M 型等电位连接。此网格型等电位连接带与每个机柜至少有两处焊接，且两条连接带长度不同。机房的等电位连接带多点连接至等电位联结板，联结板再与楼层电气竖井的等电位端子联结板用 BV-1×32mm2穿 SC20 管连接。
3.2机房的防雷
         低压配电系统和电子信息系统*受到雷电流的干扰影响甚至损坏设备。所以在建筑物的变配电房低压进线柜处设浪涌保护器，在机房配电柜进线处设二级浪涌保护器，在电源列头柜内采用带防雷功能的电源插座，作为三级保护。
4安科瑞ANDPF列头柜介绍
4.1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**，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准确的电参量信息，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。
4.2安科瑞配电产品解决方案
1）交流系统
功能要求
遥测：输入分路的三相电压、三相电流、频率、有功功率、有功电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，缺相，过流，频率过高/过低，输入分路的开关状态，具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、频率等参数的越限报警功能。
配置方案如图4，

图4 交流系统配置方案

2）直流系统
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、功率等参数的越限报警功能。
配置方案如图5，

图5 直流系统配置方案

4.3产品选型

外形及尺寸	型号	功能
	AMC16Z-ZA	测量A+B立2路交流三相总进线的母线电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、有功电能、零地电压、中线电流+6路无源开关量输入+2路开关量输出+1路RS485通讯+2-31次谐波
	AMC16Z-ZD	测量A+B立2路直流总进线的母线电压、电流、有功功率、有功电能+6路无源开关量输入+2路开关量输出+1路RS485通讯
	AMC16Z-KA	A+B立2路单边各24路有源开关状态
	AMC16Z-KD	A+B立2路单边各24路无源开关状态
	AMC16Z-FA	测量A+B双路交流出线共48路的全电参数和开关显示状态、1路RS485通讯
	AMC16Z-FD	测量A+B双路直流出线共48路的全电参数和开关显示状态、1路RS485通讯

表1 列头柜产品选型表
5安科瑞智能小母线监控系统介绍
5.1产品介绍
针对数据中心智能小母线的监控要求,安科瑞推出了AMB系列小母线监控解决方案，该方案包括采集模块、配套附件、监控系统,能对母线运行过程中的各种参数进行监控，发生故障则进行告警，以系统稳定运行。
AMB检测单元是针对数据中心智能小母线插接箱/始端箱的监控要求新设计的产品，该检测单元安装固定在插接箱/始端箱内部，插接箱/始端箱采用特别的方式与母线连通，它集成全部电力参数的测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数)以及电能监测和考核管理。同时可以实时监控母线接口温度，配合2路Rs45通讯接口（1进1出）或LORA无线通讯，采用MODBUS-RTU协议可以方便可靠的将监测数据上传至主控箱和后台系统，系统可靠运行。
5.2产品选型
安科瑞智能母线测控仪表选型如表2，

型号检测模块	基本功能	选配功能
AMB100-A	三相交流回路的全电量测量、2-63次谐波测量、1路漏电流、8路温度、1路湿度、需量、中性线电流、零地电压、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485。	/W(LORA)
AMB110-A	三相交流回路的全电量测量、2-63次谐波测量、1路漏电流、4路温度、1路湿度、需量、中性线电流、零地电压、2路开关量输入，1路RS485。
AMB100-D	直流1回路的全电量测量、1路漏电流、4路温度、1路湿度、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485
AMB110-D	直流3回路的全电量测量、3路漏电流、4路温度、1路湿度、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485。

表2 安科瑞智能母线测控仪表选型表
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系统、D-直流系统可选配AMB10显示器，显示器只循环显示电压、电流参数。
6结束语
随着网络技术的发展，计算机房信息处理量日益变大，供电系统的容量和要求也比以前有了很大的提高。这样，就需要我们关注计算机的动力来源-配电系统。要想它能较好的运行，管理人员定期对它的保养、维护以及检修也是必不可少的。

【参考文献】
[1]张成泉.《机房工程》[M].北京：电力出版社，2007.
[2]凌玲.浅析某银行省级分行数据中心机房改造的配电系统设计[J].城市建设理论研究，2013（10）：63-66.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

15000353138

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