浅谈有线网络数据中心供配电系统架构的设计与实现

时间：2021-12-08作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：225

【摘要】江苏有线数据中心的供配电系统为前端机房、模块化数据机房、监控大厅和制冷、消防设施提供可靠电能，是**数据中心运行的核心设施。本文从安全供电的角度，重点阐述了江苏有线数据中心供配电系统架构的设计与实现。
 
【关键词】数据中心，供配电，双总线，不间断电源
 

0引言

        江苏有线数据中心是国家干线网在华东的节点站，为全省2700万有线电视用户提供播出信源，为省内数百万宽带用户提供互联网接入，同时为数千家金融、医疗、公安、教育和企事业单位提供网络服务，对业务的安全性、可靠性有着较高的要求。
        供配电系统作为数据中心核心设施，必须为各类业务运行提供优质可靠的能源**，同时还要满足各类辅助设施用电需求，对供配电系统提出了较高的建设标准。因此，江苏有线数据中心供配电系统依据安全、实用、经济、灵活的原则进行设计，在保证满足各类负荷安全用电的基础上，还要考虑系统的可扩展性，可维护性。下文主要从安全角度，浅述江苏有线数据中心供配电系统架构的设计与实现。
 

1用电负荷安全等级划分

        数据中心供配电系统根据不同种类负荷对电源可靠性要求的不同，对用电负荷进行安全等级划分和分类供电**设计。
1.1负荷
        机房IT负荷供配电设备、连续制冷系统、机房监控系统、消防供电系统、应急照明用电、冷源设备以及机房区日常照明。
        1）IT供配电系统设计参照国标的高可靠性配电系统标准，使用2N配电方式，并通过双路进线电源相互备份，满足进线电源无单点故障的要求。
        2）连续制冷系统用于保证数据中心在市电故障、柴油机未启动时仍有足够的制冷能力，在数据中心的整体可用性中发挥着至关重要的作用，使用UPS为冷冻水系统的水泵、机房内精密空调风机供电，并设置冷冻水蓄冷池。机房空调正常情况下由市电供电、油机**，在市电和油机失效时，有UPS**，以提供机房机柜的制冷。
        3）机房监控系统为整个数据中心重要的操作、维护与管理平台，其配电系统应能保证在市电断路时，系统仍能正常使用，因此由UPS为其供电。
        4）消防供电系统主要为消防设备、消防报警系统、消防联动控制设备提供配电。按照国家相关规范，应使用双路市电供电，并由柴油发电机保证其电源供应的不间断性。
        5）机房应急照明应保证机房等重要区域在异常状况下保持正常运行的照明能力，使用EPS电源供电，并保证疏散指示照明配备90分钟后备电池，保证停电后，机房照明系统仍可使用。
        6）机房重要动力供电主要指为冷冻站冷水机组、水泵、IT机房、UPS机房空调设备提供供电，包括机房精密空调、机房消防排烟系统及其他与机房环境相关的动力设备的供配电系统，该类系统可以接受因为市电故障所引起的关机重启，不需要使用UPS进行不间断供电，但必须使用柴油发电机后备，以保证供电链路故障或市电缺失阶段仍然可用。
1.2二级负荷

        非关键动力系统、日常维护、维修和照明系统用电。机房维护用电需要在市电缺失阶段保证同样可用，以实现该阶段内的系统故障维护。负荷安全等级划分及电源**规划如表1所列。




2供配电系统安全架构设计

        江苏有线三网融合数据中心设计总电力容量为32MW，分两期建设，一期为24个机房，容量18MW，二期为16个机房，容量14MW。数据中心按照GB50174《数据中心设计规范》机房设计，配电系统采用2N双总线冗余设计，配电系统可靠性为99.998%，其安全冗余架构如下。
2.1外部市电安全**
        一期供电需求为18000kVA，设计两路来自不同变电站市电，两路市电分别来自光华变和西岗变，共4个回路，数据中心设立4个KB所。一期建设2个KB所，引入4路10kV市电，每路8000kVA，总容量为32000kVA，实现外市电单路满载的全冗余安全备份。确保数据中心外部市电接入的可靠性和安全等级，两个变电站至三网融合枢纽数据中心的距离分别为600m和3km，市电接入布局如图1和2所示。


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2.2柴油发电机**
        为了进一步提升供电的可靠性，应对外部市电突发大面积的停电发生，三网融合枢纽数据中心另配备备用功率2000kW的10kV自备发电机17台（其中一期9台，二期8台），在市电发生停电时，启用发电机给数据中心供电。如图3所示。
2.3冗余的中低压配电架构
        江苏有线三网融合枢纽数据中心一期共设置了2个KB所、10个低压配电室，采用2N的冗余架构，每个KB所分别引入光华变和西岗变的10kV市电，并设有中压的母联装置，实现10kV中压的互联互投。确保一路中压停电或故障或常规检修时，另一路市电提供后端的供电。
        一期配电系统共设计了20台1600kVA干式变压器，每个低压配电室安装两台变压器，取自两路不同的10kV外电，两路低压系统之间均可以实现低压互联互投，确保一路中低压停电或故障时，另一路市电提供后端的供电。
        柴发、中压和低压配电系统的冗余架构如图4所示。







2.4UPS电源**
        国家有线网络的骨干线路、全省有线电视安全播出和信息传送是江苏有线三网融合数据中心的核心业务，在建设中对IT的设备和部分关键设备配置了UPS的**。同时根据运行系统的重要性对UPS的配置采用了2N（N=1）、2N（N=2）、2N（N=3）、2（N+1）的组合方式，在提升可靠性的同时，兼顾投资平衡。
2.4.12N（N=3）组合方式
        安全播出和信息传送是三网融合数据中心中心的核心业务，因此在UPS系统的设计中采用了2N（N=3，2+1）的组合配置，即3台UPS并联，其中1台是冗余备份的UPS，提高供电的可靠性。如图5所示。
2.4.22N（N=2）组合方式
        对运营的计费、客服、互动等重要的系统，UPS采用了2N组合方式（N=2），如图6所示。
2.4.32N（N=1）组合方式
        其他的系统采用了2N（N=1）的UPS组合方式，架构如图7所示。

3供配电系统运行情况分析

        江苏有线三网融合枢纽中心建成后已有5个模块化数据机房投入运行使用，从2019年元旦至3月底，光华线计划性停电累计1.5小时，西岗线计划性停电累计20分钟，KB1可靠率为99.93%，KB2可靠率为99.99%，发电机累计运行1小时50分钟，机房楼层配电可靠率为**，完全满足数据中心各类负荷用电需求。





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