银行数据中心供配电系统应用于中国银行

时间：2022-08-12作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：466

摘 要：文章以中国银行集团客服中心（合肥）项目一期工程数据中心（D区）为例，分析银行数据中心的供配电系统架构以及数据中心用电负荷计算，对高低压供配电系统、变压器选型、电气主接线方案、备用电源、UPS不间断电源系统设计进行分析比较。
关键词：数据中心；供配电系统；负荷等级；柴油发电机组；UPS不间断电源
数据中心（DataCenter）是指在一个物理空间内实现对所有数据信息集中处理、存储、传输、交换、管理，含有计算机设备、服务器、网络设备、通讯设备、存储设备等关键设备，以及环境、空气，电气、机房布线，电源质量部分等外部设备。数据中心在一个建筑物内，相当于是建筑物的大脑，具有很重要的位置，对用于支撑其运行的供配电系统安全性、可靠性、连续性等方面也提出了高标准的要求，笔者今天就曾设计的中国银行集团客服中心（合肥）项目一期工程数据中心”项目，进行整理、阐述，对数据中心的供配电系统做一个整体的分析。
1 工程概况
中国银行集团客服中心（合肥）项目一期工程位 于合肥市滨湖新区，园区总建筑面积为 114953.9m其中数据中心机房（D区）建筑面积 4087m，坐落于本工程地块北边，为独立单体，地上共两层，一层主要功能为高低压配电房、柴油发电机房、ATS配电室，二层主要功能为数据机房。
2 负荷等级及负荷计算

2.1数据中心负荷等级

本工程数据中心为中国银行总行数据灾备中心，根据其使用性质、数据丢失及网络中断引起的经济损失和社会影响程度 ，根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）,确定本工程数据中心机房为 A级机房

数据中心机房内 IT设备、空调、水冷机组、应急照明、消防负荷、走道照明等均为一级负荷，其中数据中心机房IT设备为一级负荷中特别重要负荷，其他普通照明、动力用电为三级负荷。

2.2负荷计算

根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）中* 3.2.1条规定，电子信息系统机房用电负荷等级及供电 要求应根据数据中心的等级，按本规范附录 A及现行国家标准《供配电系统设计规范》（GB50052）的有关规定执行，供配电系统应为电子信息系统的可扩展性预留备用容量。

根据本期数据中心机房建设需求，IT设备总装机容量约为2400kVA，设计按两2500kVA 变压器考虑，变压器实现 M（1+1）冗余备份，当其中一台变压器故障时，另一台变压器可承担全部负荷，备用电源选用两台 1500kW柴油发电机并机运行，作为 IT系统后备电源，同时选用两套 2400kVA 的 UPS 系统，UPS不间断电源系统实现2N冗余备份。空调、制冷机组总装机容量约为 1600kW，选用两台2000kV 的变压器，实现 M（1 +1）冗余备份，备用电源选用两台1500kW 柴油发电机并机运行，作为机房空调后备电源，同时作为园区消防应急备用电源。




3数据中心供配电系统

3.1高低压供电系统

本工程在数据中心一层设置一座20kV总变电所，供园区用电。由于本工程总建筑面积约 11.5 万 m2 ，变压器总装机容量为19400kVA，根据当地供电局用电方案批复，变电所进线设置三路 20kV**电源，分别引自不同的**变电所。其中 1#电源为专线回路，供电容量为20000kVA，2#、3#电源为公网回路，每路供电容量为10000kVA。考虑到本工程供配电系统对可靠性、经济性和后期可扩展性等需求，结合用电方案的供电情况，20kV 高压系统采用单母线分段运行方式。正常情况下，I段、II段母线分列运行，1#、2# 电源分别承担相应母线段用电负荷，当 1#电源或 2# 电源故障，3#电源作为**备用电源投入运行。

3.2数据中心备用电源的选择

根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）规定，A 级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的**馈电线路。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担数据中心正常运行时所需要的用电负荷。后备柴油发电机组的性能等级不应低于 G3 级，A 级数据中心发电机组应连续和不**运行，发电机的输出功率应满足数据中心平均负荷的需要。

考虑到柴油发电机组具有较高的可操作性，且目前大部分数据中心均采用柴油发电机组作为后备电源。本工程共设置 4台 1500kW低压柴油发电机组作为后备应急电源。每组由2台 1500kW柴油发电机并机运行，分别作为 IT设备和制冷设备备用电源，以确保数据中心设备电源的稳定性、可靠性。

当**电源均发生故障时，柴油发电机组自动投入运行，切换时间不大于15s。柴油发电机房设置于数据中心一层，毗邻高低压配电室和 ATS 配电室，柴油发电机房内设置储油间，同时在数据中心室外设置两套 50m埋地式储油罐，确保储存柴油的供电时间大于外部供油时间，以满足连续和不**运行的要求。

常规的工业、民用建筑中多为电动机、开关等感性负载，工作时电压相位**前于电流相位，功率因数滞后。而数据中心的电子信息设备属于非线性负载，工作时产生大量谐波电流，电压相位滞后于电流相位，功率因数**前，会引起系统中性线电流变大，导致柴油发电机输出电压失真等问题。目前市场上的柴油发电机，基本都基于功率因数 0.8（滞后）的感性负载生产，当柴油发电机组所带负载为感性，发电机可以提供良好的输出功率，而当其负载为容性时，功率因数**前将会影响柴油发电机的输出功率，甚至导致柴油发电机宕机。因此在确定柴油发电机输出功率时，还应综合考虑容性负载及谐波等对发电机组的影响。




4数据中心供配电架构分析

根据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）3.2.1规定，A级数据中心应满足冗余要求，可采用 2N或 M(N+1)冗余系统。常规 A级数据中心供配电系统主要有三种架构：2N、DR、RR。结合本工程供配电情况及建设方要求，本次设计采用2N系统。

4.1供配电供配电2N系统架构介绍

2N 系统由两个供配电单元组成，两个单元同时工作，互为备用，每个单元均能满足全部负载的用电需求。正常运行时，每个单元承担 50% 负载，当其中一个单元故障或检修时，另一个单元承担**负载。

相比 DR、RR 系统而言，2N系统建设成本较高，但是三者从后期运维角度综合比较，2N 系统架构相对简单明了，容易实现物理隔离，且后期运维相对简单。因此，在金融系统的数据中心机房设计中，综合考虑建设方经济能力及管理能力，采用2N系统具有较为明显的优势。

4.2数据中心供配电架构设计

本工程设计采用2N系统，IT设备与制冷设备分别设置两组变压器，互为备用。UPS不间断电源电池后备时间为30min，确保**电源与后备电源切换时的不间断供电。

IT负载容量为 2400kVA ，其供电电源由两路**电源经双电源转换开关切换后，再与后备电源经双电源转换开关切换，同时配置两组 2400kVAUPS不间断电源。

    精密空调、冷水机组等总用电容量约为 1600kW。其中冷水机组、列间空调供电电源由一路**电源与后备电源经双电源转换开关切换后，再与另一路**电源经双电源转换开关切换，同时配置一组 800kVAUPS不间断电源。精密空调为双电源接口，供电电源分别由一路**电源与后备电源经双电源转换开关切换后接入。

需要注意的是，输入电源的中性线中断或扰动会引起数据中心 UPS设备工作异常，甚至导致 UPS设备停机，因此而引发重要负载停电的严重故障。根据《数据中心供配电设计规程》（TCECS486-2017）5.7.2- 4条*三款“供电电源转换过程不应造成 IT设备中性线对地电压的悬浮”，及《金融建筑电气设计规范》（JGJ284-2012）7.3.1.12“自动转换开关在电源转换过程中不得造成负载设备中性线悬浮”的相关要求，数据中心所选用的 ATS 双电源转换开关，应具备“中性线重叠转换”功能，即要求双电源转换开关在切换的过程中，始终保持 N 相不断开，以确保 ATS 在切换过程中不会引起的“零线漂移”现象。同时，根据其他相关规范要求，对供电系统可靠性、连续性有很高要求的特别重要场所，为防止自动转换开关出现故障、损坏或检修而影响供电系统的连续性，应设置旁路隔离抽出型自动转换开关，确保供电连续可靠。




5安科瑞列头柜及监测产品介绍

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系列数据中心精密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提供可靠保证。

5.1精密配电管理解决方案

5.1.1交流系统

1）功能要求：

遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

2）配置方案-示意图

5.1.2直流系统

1) 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、功率等参数的越限功能。

2)配置方案-示意图

6.1概述测产品介绍

 

数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。

6.2  AMB智能小母线管理系统

1）交流系统功能：

遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度，系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；    

2）直流系统功能：

遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸； 

参考文献： 

【1】姜长法.某数据中心供配电系统设计[J].建筑电气，2018.（02）.

【2】陈明霞.银行数据中心供配电系统设计探析

【3】安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版

【4】安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版


安科瑞电气股份有限公司专注于数据中心能耗管理,智慧能源综合服务平台,数据中心智能配电,能源管理系统等

• 词条

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