数据中心机房供电需求有哪些？供配电系统如何布置？？.docx

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1、 前言：数据中心机房供配电系统是一个交叉的系统，涉及到市电供电、防雷接地、防静电、UPS 不间断供电、柴油发电机等，每个系统互相交叉，互有影响，这就使我们在布置时必须考虑多方面的因素，机房的供配电系统就是这基础工程的心脏和大动脉，供配电系统的稳定，能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行，下面了解一下机房供电需求及系统的布置方案。（一）数据中心电力需求：1 234（1）模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。单机柜负荷：2kW/台3kW/台4kW/台更高；单位面积平均负荷：0.5kva/m21kva/m21.5kva/m22kva/m2更高；（2）可靠性要求供配电系统的可靠性要求相应提高。

2、供配电系统可靠性： 99.0099.9099.9999.999%更高； 56（二）数据中心机房供配电系统需求分析随着数据中心的要求也不断提高，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，数据中心用电负荷的统计应分为两个层次，即：UPS 供电系统负荷(输出)和市电供电系统负荷。市电供电系统负荷(输出)的统计主要包括：UPS 供电系统(输入)、机房精密空调系统、机房照明及建筑电气设备等。UPS 供电系统负

3、荷(输入)供电负荷+充电负荷。机房精密空调系统负荷N 台主用空调机组额定负荷容量负荷率。UPS 供电系统负荷(输出)的统计主要包括：计算机设备、服务器、存储、网络设备、小型机等，在负荷设备明确时，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。7（三）数据中心机房供配电系统的布置数据中心机房供配电系统主要设备有：UPS、电池、配电柜和柴油发电机等。这些设备单位占地面积、重量大，对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求，又要考虑空间和承重的需要，还要考虑对外界的危害。数据中心机房供电系统应有独立的配电间、变配电所，UPS 电源机

4、房应靠近设备机房(负荷中心)布置，这样能保证从 UPS 输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小。UPS 电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔，按照数据中心等级的要求决定，另外还需要考虑到 UPS 属于大型设备，重量比较大，噪声大，需要摆放在一个承重比较好，并且不影响办公和休息环境的地方。配电柜位置的选择，主要考虑功能上的需求，配电柜应在满足功能分区的基础上，尽可能靠近供电负载。发电机房宜设置在地面一层，当发电机房设置于地下层时，应特别注意进、出风通道能否满足要求，应注意发电机组储油装置（日用油箱、储油罐）的消防要求。变配电所、发电机房、UPS 电源机房均应留有足够的面积，可与设备机房同步发

5、展，应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。于非专门设计用于数据中心的建筑，应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求，包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。 8（四）市电动力配电系统设计市电动力配电主要用于供给机房精密空调设备、普通照明和给排风、维修插座、一般动力、UPS 设备等。市电动力配电一般由大楼总配电柜馈出的动力供配电系统，采用50Hz 交电，380/220V 三相五线电源，TN-S 接地方式，零线和地线分开设置且零地线之间电压小于1V。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

6、量扩展关系，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、机房精密空调、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，两路电源在负荷设备输入端自动切换。市电动力配电柜一般采用放射式配电直接配至各用电设备或电箱，机房内所有动力配电线缆必须设计桥架或钢管敷设，市电动力配电柜具有火警联动保护功能，出现火警时可与消防系统联动及时切断电源，动力配电柜、照明箱内的开关和主要元器件应设置有效的防雷措施。 9（五）自备应急电源系统设计数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源，对于大型、高等级数据中心也可以选择可靠性

7、高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮机发电机组。一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源，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。当数据中心条件受限制，且市电电源具有较高可靠性时，也可以部分或全部采用移动式发电机组作为自备应急电源。发电机组燃料储备量应根据数据中心等级的要求，结合市电电源可靠性、供油可靠性、消防要求综合决定，一般不宜少于发电机组满负荷运行 8 小时的用油量。10 （六）UPS 供配电系统设计UPS 配电主要用于计算机设备、服务器、小型机、存储、网络设备、保安监

8、控设备等。UPS 电源系统输出一般采用三级配电方式：系统输出配电柜机房配电柜机柜配电单元。UPS 电源系统蓄电池组容量的计算方法有以下两种：(1) 按负荷电流计算；(2) 按负荷功率计算；按负荷电流计算的结果是蓄电池组的总容量，然后再选择单组蓄电池的容量和组数。按负荷功率计算的结果是选定容量规格的蓄电池组数。两种计算方法的结果可互相校验。对于单电源输入设备，即使已采用双单元冗余 UPS 电源系统，也宜将其连接在其中一个单元上。对于双单元冗余 UPS 电源系统，可将其每个单元中的部分容量视为并联冗余性质。对于需要双回路供电的单电源输入设备，宜在其输入端设置静态转换开关STS。静态转换开关STS

9、的性能应能满足其要求，一般转换时间小于 510ms。当负荷设备对零地电压要求较高时，可在机房配电柜设置隔离变压器。有时候，为保证 UPS 故障旁路后输出高质量电源，往往在 UPS 旁路输出端设置隔离变压器。数据中心 UPS 供配电系统一般采用冗余方式供电，很少采用单机供电。冗余方式供电能在一台 UPS 设备故障时，仍然能够满足机房内重要设备的用电需求，这是单机供电所不能达到的。从冗余式配置方案来看，常用的有以下几种方式：11(1)、热备份式冗余 UPS 供电方式 主机带负载，备机空载或带非重要负载，备机接入主机的BYPASS(旁路)输入端。这种方式布置比较灵活，不需要两台 UPS 同品牌，而且

10、不要增加额外辅助电路，不增加购置成本。如果 UPS 主机发生了故障，那么 UPS 备机必须接替全部负载，这也就意味着设计时必须计算好 UPS 主机故障时，UPS 备机所需承担的总负载。此方式的缺陷在于 UPS 备机得具有阶跃性负载承载能力，无法对电源系统进行扩容，两台容量不同的 UPS 相联，只能按最小的UPS 容量输出。12(2)、直接并机冗余 UPS 供电方式为克服热备份式冗余供电系统的弱点，随着 UPS 控制技术的进步，具有相同额定输出功率的 UPS 可直接并联而形成冗余供电系统，为保证高质量的并机系统，各电源间必须保持同频、同相、且各机均流。此供电方式瞬间过载能力强，能够自动均分功率，

11、系统互为主备，提高供电可靠性，电源系统扩容方便。但是存在着环流，增加无功损耗，降低系统可靠性，需增加额外辅助电路，随之而来是增加成本，增加故障点。设计时，如2 台互备，每台按照 50%带载能力考虑，并联的主机越多，单台主机的带载能力就越低。(3)、双总线冗余供电方式双总线供电方式是采用两条总线对后端设备进行供电，每条总线上具有相同的一套 UPS供电方式，消除可能出现在 UPS 输出端与最终用户负载端之间的“单点瓶颈”故障隐患，以提高输出电源供电系统的“容错”功能。此供电方式能够在线维护，在线扩容，在线升级，改善了重要总线的可用性，满足了双电源用电设备的需求，真正实现了724365 运行的目标。

12、但是双总线冗余供电方式相当于搭建了两套前述供电方式的回路，需要增加 2 倍以上 的成本。同时，为满足单电源设备的供电需求，可在输出端安装STS，来保证供电输出的可靠性。13（七）供配电设备的安装和线路敷设机房 UPS、精密空调电源系统输入应设置专用的输入配电柜。电源系统输入配电柜应引接两路电源、自动切换。UPS 电源主机的主电源和旁路电源应分别引入，并宜由不同的输入配电柜引接。UPS 电源系统输出应采用放射式、双回路配电方式。UPS 电源系统输出应采用三相配电，末端分相，以利三相平衡。机房配电柜、UPS 电源柜落地安装，动力配电箱、照明配电箱底边距地 1.4m 墙上暗装，配电柜及其他电气装置的

13、底座应与建筑楼地面牢靠固定，并接地，机房内应分别设置维修和测试用插座，且有明显区别标志，测试用电源插座应由 UPS 供电，维修插座由市电供电。所有线路的敷设是要以设备布局和设计图纸为基础进行，设计时考虑供电距离尽量短，机房内的电源线、信号线和通信线应分别铺设，不能共走同一线槽，UPS 电源配电箱(柜)引出的配电线路，穿镀锌钢管，沿机房活动地板下敷设至各排网络或服务器机柜，使用插座或工业连接器为机柜供电。（八）末端 PDU电源分配单元(PDU)，顾名思义 PDU 应具备电源的分配或附加管理的功能。电源的分配是指电流及电压和接口的分配，电源管理是指开关控制(包括远程控制)、电路中的各种参数监视、线

14、路切换、承载的限制、电源插口匹配安装、线缆的整理、空间的管理及电涌防护和极性检测。由于数据中心的几乎所有的 IT 设备都已经或者将要放置在标准机柜内，所以，PDU 作为机柜的必备附件也越来越受到相关各方的重视。PDU 电源分配器和普通电源排插相比，其优点主要表现在设计安排更合理、品质和标准更严格、安全无故障工作时间长、各类漏电、过电过载保护更优秀、插拔动作频繁而不易损坏、热升温小、安装更灵活方便,适合对用电要求很严格的行业客户使用。也从根本上杜绝了普通电源排插的因接触不良、负荷小而造成的频繁断电、烧毁、火灾等安全隐患。 14总结：数据中心供配电系统是数据中心最重要的基础设施，应在数据中心建设初期予以统筹考虑和全面规划，并根据数据中心对供电可靠性的要求，在供电电源选择、供配电系统布置、供配电系统结构和形式等方面采取相应的技术措施。同时，还应充分运用成熟有效的节能措施，降低供配电系统的损耗。若数据中心中存在不同等级的功能区域，在供配电系统设计中也应区别对待，以减少不必要的建设投资和运营成本。