2022年数据中心的供配电及其智能监控系统 .pdf

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1、数据中心的供配电及其智能监控系统中国 IDC 圈 8 月 23 日报道：由于本数据中心承担着多个省市的数据处理任务，因此对供电系统的可靠性要求极高。用电设备种类多。且大部分为一级负荷中的特另重要负荷，为确保供电的连续性，经过多方协商、比较和优化，最终确定了供电系统实施方案。1 供配电系统设计1.1 用电负荷的统计a. 动力负荷：空调制冷机组、精密空调机组、新风机组、给排水泵、电梯、正压送风机、排烟风机等用电设备，按额定容量进行统计；b. 照明负荷，按照度要求及单位容量法进行统计；C.对大型计算机及网络设备等负荷按单台安装容量进行统计；d. 最终按需用系数法进行负荷计算。1.2 用电负荷等级的划

2、分a. 一级负荷：大型数据处理用计算机及网络设备、消防用电设备（消火栓泵、喷洒泵、正压送风机、 排烟风机、 消防电梯、 消防控制中心内的火灾报警控制器及联动控制设备等）、应急照明、保安监控系统、电话机房及计算机主机房精密空调设备等。根据供配电系统设计规范（GB50052-95）中第 2.0.1条要求，大型数据处理用计算机及网络设备应为一级负荷中特别重要负荷。b. 二级负荷：一般照明、客梯、生活水泵等。C.三级负荷：送风机、排风机等一般动力负荷。1.3 供电电源1.3.1 10kV 高压电源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共

3、9 页本工程高压采用两路10kV 电源供电。 两路 10kV 电源分别引自两个不同的上级变电站。两路电源同时供电、互为备用， 当其中一路电源发生故障时，另一路电源能担负全部负荷的供电。 1.3.2220 380V低压电源1.3.2.1正常电源两台变压器低压侧母线之问设置母联断路器，采用单母线分段分列方式运行；应急母线段通过应急联络转换开关ARISE与主母线联络， 当两段变压器母线均失电（即两路市电均发生故障）时，应急联络转换开关自动转换，启动应急电源柴油发电机组。1.3.2.2应急电源a_柴油发电机组的设置：根据供配电系统设计规范（GB50052 95）中第 2.0_3 条要求， 为确保一级负

4、荷中特别重要负荷供电的连续性，除两路市电外， 应提供独立于正常电源以外的应急电源（即第三路电源）。因此本工程设有3 台能够独立于正常电源以外的柴油发电机组，三台发电机组两用一备，经过双电源转换开关ArISE装置的投切转换，为大型数据处理用计算机及网络设备供电。b. 不间断电源装置UPS的设置：根据供配电系统设计规范中第2.0.4条要求，允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置。因大型计算机主机及网络设备的允许断电时间为毫秒级，所以为确保其供电的连续性，本数据中心选用了在线“1+1”型并机冗余式UPS供电装置？。1.4 10kV 高压供电系统1.4.1系统设计要求两路 1

5、0kV 电源分别引自两个不同的上级变电站，10kV 电源采用单母线分段方式运行，设母联断路器， 平时两段母线同时分列运行，互为备用； 当一路电源故障时，母联断路器手动投入， 由另一路电源负担全部负荷。进线隔离车与主进断路器联锁，主进断路器与母联断路器联锁，但不可以在台主进断路器同时运行的情况下和高压侧发生短路故障（故障未排除）时，合上母联断路器。只有当主进断路器中任一台断开后才允许手动台上母联断路器。1.4.2电器设备选型要求高压断路器采用真空断路器，分断能力为25kA. 在 10kV 开关柜内装设氧化锌避雷器，作为真空断路器操作过电压保护。真空断路器选用弹簧储能操作机构，采用110V 铅酸免

6、维护电池柜作直流操作、继电保护及信号的电源。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页1.5 继电保护的配置a. 主进断路器采用过流、速断、零序电流保护及低电压闭锁保护。b. 变压器柜采用过流、速断、零序电流保护、变压器高温报警及超高温跳闸保护。c. 保护继电器采用综合保护器，时限（定时限或反时限）方式、动作时间等均由供电部门确定。1.6 220 380V低压供电系统两台变压器低压侧母线之间设置母联断路器，采用单母线分段分列方式运行。应急母线段通过应急联络转换开关ATSE与主母线联络，当两段变压器母线均失电（即两路市电均发生

7、故障）时，应急联络转换开关自动转换，启动柴油发电机组。三台发电机组两用一备，为计算机主机、 消防泵、 喷洒泵、消防电梯、排烟风机等消防用电负荷及计算机主机等重要负荷供电。低压侧主进断路器与低压母联断路器设电气联锁及机械联锁。母联断路器设自动手动两种投入方式，其中自动投入方式应装设“自投自复”、“自投手复”、“自投停用”三种状态的选择。 低压母联断路器自投应有一定的延时（0 至 1s），当低压侧主进断路？器因过载及短路故障分闸时，不允许自动关合母联断路器。非重要负荷回路断路器装设失压脱扣器，当一路市电或一台变压器故障时，母联断路器自动投入，同时非重要负荷回路失压且自动断开，以保证一级、二级负荷供

8、电的连续性及另一台变压器所带负载不超过其工作极限。低压侧主进断路器、母联断路器及630A以上的馈出回路断路器均设过载长延时、短延时及速断3 段保护，其余馈出回路断路器均设过载长延时及速断2 段保护。计算机主机及网络设备是数据处理的核心设备，而为其供电的电源是保证这些设备正常运行的必备条件。为实现电源供电连续性的万无一失，该配电系统在低压侧设计了一系列保险措施。计算机主机及网络设备的供电方式为“两路市电+柴油发电机”经过双电源转换开关ATSE的投切转换，再通过不问断电源UPS供电装置，最后以双路电源送至每台计算机主机。为确保特别重要负荷供电的连续性，本系统特别在市电与发电机转换及UPS供电转换时

9、， 均选用了旁路型双电源转换开关ATSE.因为数据处理主机及网络设备属于特别重要负荷，一旦投入运行， 就不允许停下来， 所以要求供电系统一刻也不能停电。但为了保证供电的可靠性。对供电回路及电器设备应定期进行检修，特别是那些不常动作的电器设备。例如： 应急发电机组要定期启动；U1 ）S要有维修旁路开关；同样对ATSE也需要有检测维修的旁路开关，以完成负载在不断电的情况下对ATSE本体的测试和检修。在测试和检修ATsE本体时， 负载仅由旁路开关供电，ATSE的正常、应急电源输入端依然连接正常和应急电源，此时在负载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -

10、 -第 3 页，共 9 页不断电的情况下可对ATSE做实际转换测试及检修。为把设备安全系数提高，就应对设备实行定期检测。一般情况下ATSE宜 l 至 2 个月转换测试一次。1.7 无功功率补偿本工程采用低压集中自动补偿与就地分散补偿相结合的方式。在各变配电站低压侧设集中功率因数自动补偿装置。要求补偿后的功率因数在0.9 以上；对气体放电光源的灯具，采用自带补偿电容就地分散补偿，要求补偿后每个灯具的功率因数均在0.9 以上。1.8 电气计量本工程采用高压计量方式，在每路 10kV 电源进线处装设由供电部门提供的专用计量装置。在各低压电源进线处及景观照明等馈线回路装设计量装置。以供物业内部管理使用

11、。2 智能配电监控系统的设计该数据中心供配电系统借助于完善的智能配电监控系统，实现了对高f 氐压配电设备及相关电气参数的监测、控制、故障报警、通讯管理、信号采集、显示等功能。采用分层分布式的网络结构，实现了高，低压配电系统的智能化综合监控、统一管理、“四遥” （即遥测、遥控、遥信、遥感）及无人值班或少人值班的功能，并与整个园区的楼宇自控系统融为一体， 实现了机电设备远方和就地监控的有机结合，既满足了建筑节能的要求，又为用户大大节约了人力资源。2.1 方案设计根据变电站技术及管理的要求，方案主要体现以下基本原则：a. 配置的电力监控系统为工业级设备，系统的2Jan.2007 一楚 MTBF 均无

12、故障时间）大于 15000b 时。b. 选用的硬件和软件均为GE公司的微机保护装置，GEFanucPLC 及 GEPMCS 电能管理控制系统软件。c. 监视主机与安装在高，低压开关柜中的现场就地测量单元、PLC （可编程逻辑控制器）之间可通过屏蔽双绞电缆交换信息，完成数据采集处理功能。d. 控制系统具有强抗干扰能力、强适应性、高可靠性。e. 采用的监视系统软件和应用软件的人机界面汉化。2.2 系统概述精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页变电站电力监控系统采用计算机综合监控系统，具有开放的、灵活的通讯结构和综合监控系统远

13、方执行终端功能。变电站的监视、 测量和报警功能均通过计算机综合监控系统来完成。监控系统在结构上分为两层。第一层： 为现场综合测量装置和PLC ，它们安装在高低压开关柜中， 完成各自保护及开关柜内的信号和测量电量的采集功能。第二层： 为上位监控站，完成对 PLC和现场测量装置的集中管理和信息集中，作为整个变电站的人机界面。实现对变电所内被控设备的监视、控制和操作。同时，提供EthemetDDE数据格式及接口与上位机系统通讯。2.3 网络结构采用分层网络结构。一层为高速数据工业以太网总线，另一层为低速数据总线双绞线总线。双绞屏蔽总线作为综合测量装置、保护装置、 PLC与主机之间的网络连接，所有的测

14、量、报警、 跳闸等信号均在就地装置内处理成数据信号后，通过屏蔽双绞电缆，经通讯规约转换传输至变电站监控主机。数据通讯速率为19.2kbps. 如果主机发生故障，各就地保护装置和测量装置仍可独立完成监测、保护功能。 其监测、保护的信息可反映在现场配电柜的柜面上。提供工业以太网网络功能，采用工业标准以太网总线和工业标准协议TCP ， lP. 2.4 系统配置和功能2.4.1监控站a. 现场元件选用原则：所有保护单元使用GE微机保护。 现场开关量输入， 模拟量输出，直流屏监视用9o 一 3O型 PLC完成。 b. 监控站的基本配置：监控站由工业控制计算机组成，采用 DELL公司奔腾处理器，主频达33

15、3MHz ，内存 64MB ，硬盘 8.4GB，内置 32 速 CD ROM驱动器及1.44MB 软盘驱动器以及以太网卡，配备一只标准104 键盘，配备美国VIEWSONIC19“彩色 CRT ，分辨率达1280 x1024.Et本 EPSON 公司 A3 幅面喷墨打印机，打印速度为2 页，分钟，分辨率为360360dpi ，缓冲内存为48kB，MTBF达 20000I ，时。2.4.2监控站的配置功能2.4.2.1控制计算机计算机采用WindowsNT操作台，与监控设备配合，实现对设备和元件的监测通讯功能，构成变电站的人机界面（MMI ）。操作人员可以从界面上得到各种监测数据。显示功能如下：

16、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页a.MMI 上的配电图可动态显示变电站的当前状态。b.MMI 上的单线图显示变电站系统接线上各控制对象的运行状态和动态更新。c.MMI 上显示电力的测量值，如电流、 电压、 频率、 功率因数、 有功， 无功功率、 有功，无功电度。d. 显示报警信息。趋势跟踪和数据归档内容如下：a.MMI 上趋势图以实时和历史二种方式显示，显示的测量值可以采用平均、直接或峰值进行统计。b. 趋势跟踪图上可同时显示几条曲线，在曲线所选的时标内，可以任意选择不同参数。c. 任何存贮在硬盘或软盘里的数据均可

17、以被调用以生成趋势和历史曲线。d. 任何时间周期， MMI画面上均同步显示报警信息的最新情况和信息提示，显示报警设备的位置和原因。e. 当设备发生报警时，计算机可选择给出图像报警，提示操作人员及时处理，报警响应时间 ls ，如果故障排除，操作员可通过MMI上的确认键来清除报警。f. 事件报警被存入历史数据库，报警页按日期、报警数据类型或其它顺序检索。顺序事件记录：a. 顺序事件记录处理所有事件信息，并自动存入系统硬盘记忆及打印。b. 事件记录包括时间、地点及事件内容。c. 顺序事件记录对所有的报警和事件原因、时间等按照生成的时间顺序进行统计，它包括：所有报警信息、操作人员确认的有关报警、系统的

18、操作、系统的通讯状况、报表生成管理。d. 将采集就地控制保护单元和综合测量单元的数据调用或存档，据此编制出相应的日、月、年报表，报表以用户需要的格式或者EXCEL等其它数据库格式打印，同时存入数据档案。2.4+2.2打印机打印机与上位机相连接，可以即时打印和定时打印报警和事件运行记录。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页2.4.2.3监测软件GEPMCS 电能管理控制系统的PMCS 软件是一个针对变电站自动化的工业软件，它的客户机，服务器结构使用户可以在控制室方便地获得实时过程信息，进行交互操作。 从简单的监视到复杂的

19、系统管理，实现变电站图形化的电力监控即图形化的过程监视、数据采焦， 标准动态数据交换及指定文档的数据管理，功能如下：a. 基本功能： 数据采集： PMCS 软件采集数据时无需特定的硬件，它可以通过高性能、高速 I O驱动程序直接与硬件设备通讯。数据管理：一旦接收到电量数据，应用程序对数据进行处理和加工。数据完整性： 数据采集和数据管理为MMI执行的所有自动化任务提供基础。b. 人机界面及监控功能：显示：强大的中图形化工具、数字、文本、图像格式，提供了友善的人机界面，显示的图形易于理解和使用，包括单线图等， 并在报警发生时弹出解释窗口， 使操作人员能够快速直观地建立面向过程的实时窗口。监控： 实

20、时监测提供配电系统中所有设备的运行数据，操作人员可直接从计算机改变设定值和其它关键值，并与监视数据显示相配合。报警：以多种途径将得到的报警通知操作人员，提供故障发生的时间、地点、数值大小等信息，发出图像（闪烁、变色）报警信息。c. 报表功能：数据存档：系统能以指定速率采样数据，并将数据存贮在文件中，任何时间，都能从数据文件中检索数据，创建历史数据的趋势显示。报表： 系统中每一个被控设备的运行数据都被记录下来，并以图表形式或Microsoft的 EXCEL 电子表格创建详细报表。d. 开放式结构功能：可以采用VisualBasic、C、C+ 和 VisualC+ 等语言对系统中任何数据点、 报警

21、及历史数据进行读字访问，提供给现场工程师丰富的工具，方便工程技术人员编写应用软件，满足自控需求。e. 操作权限：可提供多级操作权限。这些权限可程序设定密码，锁定授权操作，它包括整体权限等级、通讯通道权限、控制节点权限、独立程序数据文件的权限保护。2.4.2.4监控站操作监控站是一个基于WindowsNT窗口的人机界面，装有丰富的系统软件和组态软件，系统结构开放灵活，动态操作画面类似Windows风格， 软件易于安装备份。监控站不但能进行系统监控、打印设定的参数、打印各类故障和工作报表。还能监视、保护继电器的整定值、模拟量的限值，完成软件的组态和通讯等。此外，监控站按不同的用户级别，设定口令，锁

22、定授权操作：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页a. 操作员：在上位机调看一次接线图、单线图、过程参数、实时趋势、历史数据和报警，掌握系统工作情况。可通过键盘或者鼠标器来操作，如选择设备的运行模式（遥控广就地），画面切换，选择，确认和复位操作等。在监控画面上，操作员选定一个设备，经确认被选设备后，根据提供的操作指令，选择合或分。 最后确认执行指令。可以实现远程方式下控制电气设备。b. 工程师：在上位机上进行数据库存档，安全级密码、控制图、流程图、趋势和报警等的组态和开发应用软件。c. 维修工程师：在MMI上，监控运行状

23、态，读取过程参数。分析判别系统故障。由此操作站实现综合功能如下：在屏幕上实时监视变电站状态、事件记录、 报警管理、 打印功能、趋势和历史曲线显示。2.4.3PLC 可编程序控制器GEFanuc可编程序控制器广泛用于工业控制系统，且已经过多年的实际应用，证明此可编程序控制器是可行和可靠的，它提供了工厂自动化控制，具有I41.Jan2007堕：！一I4快速和灵活的软件开发功能，可用于变电站的电力监控，实现数据的采集、 处理、 控制功能。其特点如下：a. 模块化结构，简单的装配方式，使维修人员很容易操作硬件，维修方便。b. 高电磁兼容性。具有很好的工业环境适应性。强抗振动性和抗冲击性。c. 系统的自

24、诊断功能，诊断系统连续监控过程中的故障，并记录下出错和特定的系统事件。d. 口令保护。高度有效地保护用户技术秘密。防止未经允许的拷贝和修改。e. 高速数据处理，精确可靠的控制。PLC控制单元的电源有限流装置和过压保护装置，中央控制单元的字长、处理能力和RAM 的容量及扩展，完全适应监控站的功能要求。PLC信息来自数字输入模块的状态信息块的参数信息，经由中央处理器处理，检出事故、故障和状态的变化信号，通过RS485将相关的计算送上位机监视，实现PMCS （电能管理控制系统）的数据交换。除此以外，PLC的自诊断功能。能将故障信息送上位机显示报警。3 总结精选学习资料 - - - - - - - -

25、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页为确保特别重要负荷供电的连续性，该供电系统在高、低压侧共设计了多层供电保障措施，使系统可以在任何一路高压断电、任何一台变压器、任何一台发电机以及任何一台UPS不间断电源装置发生故障时，均可经过多次投切转换实现连续供电，也可以在运行与维修、自动与手动控制之间任意转换。此系统有别于其它民用建筑供电系统的设计，具有独创性。其特点是安全可靠、运行灵活，可以确保大型计算机及网络设备的连续供电。完善可靠的供配电系统，在实际运营中起到了极为重要的核心作用，该系统与变电站智能配电管理系统有机地融为一体，对各变电站行统一监控管理，使整个数据中心的供配电系统始终处于最佳安全运行状态。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页