淺析配電系統(tǒng)在某銀行數據中心機房改造項目中的應用

時間：2020-10-09

作者：安科瑞電子商務(上海)有限公司

王孟春

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 2018011

摘要：隨著各行各業(yè)信息化的普及和提高，數據中心機房的地位和作用也越來越重要。作為信息集中、處理、管理中心的數據中心機房如何才能較可靠地工作呢？可靠的供配電系統(tǒng)是不可或缺的因素。

關鍵詞：數據中心機房；不間斷電源（UPS）；電源列頭柜

1數據中心機房供配電系統(tǒng)的內容、負荷分類及供電可靠性的實現

1.1供配電系統(tǒng)的內容、負荷分類

本工程為省級銀行的信息中心機房，供配電系統(tǒng)的內容有照明用電、空調用電、計

算機系統(tǒng)用電及防范系統(tǒng)用電等。其中計算機系統(tǒng)和安防系統(tǒng)用電屬一級負荷中的重要負荷，所以機房的空調用電屬一級負荷；機房照明由于其重要性也屬一類負荷的照明（并設備用照明）。

1.2計算機系統(tǒng)供電可靠性的實現，如下圖。

                                                                            圖 1 機房配電工房系統(tǒng)

                                                                                   圖 2 機房配電工房系統(tǒng)
       作為機房重要的配電系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)和安防系統(tǒng)采用 UPS 配電系統(tǒng)來完成傳統(tǒng)的配電功能。機房的機柜較多，供電容量較大，再根據甲方對供電可靠性的高要求，采用兩套UPS 配電系統(tǒng)來供電。如圖 1，平時的工作電源采用市電，備用電源引自發(fā)電機房**供電回路，經過雙電源切換裝置（ATSE1）后進入UPS的輸入配電柜，再經過 UPS(包括主機和電池)，至輸出配電柜輸出配電柜采用放射式供電為電源列頭柜（指放在計算機柜頭部的用于分配電能的機柜，俗稱列頭柜，起到配電、監(jiān)控、測量、保護、告警等功能）、安防用電和計算機維修電源等供電。為防止計算機系統(tǒng)受雷電流的破壞，在 ATSE 后接入浪涌保護器；為進行 UPS 的維護檢修時不影響計算機系統(tǒng)的正常供電，ATSE1(2)應為具有旁路功能的轉換開關。
       需要指出的是，為加強供電的可靠性，我們把四臺電源列頭柜、維修電源、安防用電的工作和備用電源平均分配到兩套 UPS 的配電回路，即采用“N+1”型冗余并機方案。這樣，如果一臺 UPS 配電系統(tǒng)出現問題，在并機信號的調控下，此臺 UPS 將會“自動脫機”，由另 N 套 UPS 系統(tǒng)能給所有的負載供電。
      采用“N+1”型冗余并機方案，供電可靠性已經很高，可實際使用中仍存在從 UPS 輸出端到用電設備輸入端的線路故障，如斷路器跳閘或不慎短路等。有效的方法是配置 UPS“雙總線輸出系統(tǒng)”。如圖 1、圖 2，每臺 UPS 的負載，如電源列頭柜、維修用電等均會在另一臺UPS 有備用回路。當一路電源出現故障時，電源列頭柜會通過負載自動切換開關（LTS）、維修用電設備會通過靜態(tài)切換開關（STS）來切換到備用回路以繼續(xù)正常工作。
1.3空調用電和照明用電
       機房空調用電和機房照明用電作為一級負荷，取自另一個市電和發(fā)電機雙電源切換箱的出線回路。機房的一般區(qū)域照度值不小于 500lx,輔助機房區(qū)照度值不小于 300lx,顯色指數 Ra 值不小于 80。機房照明燈具自帶蓄電池，市電斷電后持續(xù)供電時間 180min，這樣就可以滿足發(fā)生火災時的備用照明的要求。
2 UPS配電系統(tǒng)功率的確定
2.1 UPS 配電系統(tǒng)功率計算
      UPS 配電系統(tǒng)的主要負荷為電源列頭柜，故列頭柜的功率決定著 UPS 主機的供電容量，如圖 3。

                                                      圖 3
       本工程以服務器機柜居多，故平均每個機柜取值約 4kW 左右。一列機柜 15 個，共有 4 列。安防系統(tǒng)用電和維修電源功率均為 10kW 左右，UPS 的功率因數取 COS￠=0.8 需用系數 Kx=0.9。于是有每套 UPS 主機的總功率：Kx*（4kW*15*2+10kW）=117kW，117/ COS￠=146.3kVA。這樣，每套 UPS 配電系統(tǒng)我們可以選用容量為 80 kVA 的兩臺 UPS 主機并機供電（內置同步功能）。兩套 UPS 配電系統(tǒng)共有4臺 80kVA 的主機。每臺主機需要電池柜若干，所以對于輸入/輸出配電柜、UPS 主機、電池柜的放置需要占用機房的不少面積。這個在此暫不詳細討論。
2.2 UPS 配電容量的擴充
        因本工程為機房改造，供電負荷均比較明確。對于一般新建機房工程，考慮到網絡設備的快速發(fā)展，運算速度越來越快，單位體積的耗電量越來越大，以及其他弱電設備的用電，為滿足 3~5 年的發(fā)展需要，應充分考慮到機房的擴容問題，即UPS的配電容量應有一定的擴充。
3機房的防雷接地系統(tǒng)
3.1機房的等電位連接
        現行標準推薦計算機房采用聯合接地方式，接地電阻<=1 歐。機房內設等電位聯結板，機房內各弱電設備機殼、弱電線路橋架、保護套管及線纜金屬外皮等均與等電位端子聯結板就近連接。具體做法如下：采用 30mm*3mm 的銅帶（等電位連接帶）沿機房四邊墻線敷設，并將活動地板金屬支撐管腳做多點重復接地焊接，金屬門窗、天花龍骨、各弱電設備機殼、弱電線路橋架、保護套管及線纜金屬外皮等等也與機房的等電位連接帶采用 M 型等電位連接。此網格型等電位連接帶與每個機柜至少有兩處焊接，且兩條連接帶長度不同。機房的等電位連接帶多點連接至等電位聯結板，聯結板再與樓層電氣豎井的等電位端子聯結板用 BV-1×32mm2穿 SC20 管連接。
3.2機房的防雷
         低壓配電系統(tǒng)和電子信息系統(tǒng)容易受到雷電流的干擾影響甚至損壞設備。所以在建筑物的變配電房低壓進線柜處設浪涌保護器，在機房配電柜進線處設二級浪涌保護器，在電源列頭柜內采用帶防雷功能的電源插座，作為*三級保護。
4安科瑞ANDPF列頭柜介紹
4.1產品介紹
        隨著數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問題也越來越**，可靠的數據中心配電系統(tǒng)方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。AMC系列數據中心配電系統(tǒng)是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供準確的電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現對整個數據機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。
4.2安科瑞配電產品解決方案
1）交流系統(tǒng)
功能要求
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相，過流，頻率過高/過低，輸入分路的開關狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、頻率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖4，

                                                                        圖4 交流系統(tǒng)配置方案
2）直流系統(tǒng)
功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖5，

                                                                              圖5 直流系統(tǒng)配置方案

4.3產品選型

外形及尺寸	型號	功能
	AMC16Z-ZA	測量A+B獨立2路交流三相總進線的母線電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數、有功電能、零地電壓、中線電流+6路無源開關量輸入+2路開關量輸出+1路RS485通訊+2-31次諧波
	AMC16Z-ZD	測量A+B獨立2路直流總進線的母線電壓、電流、有功功率、有功電能+6路無源開關量輸入+2路開關量輸出+1路RS485通訊
	AMC16Z-KA	A+B獨立2路單邊各24路有源開關狀態(tài)
	AMC16Z-KD	A+B獨立2路單邊各24路無源開關狀態(tài)
	AMC16Z-FA	測量A+B雙路交流出線共48路的全電參數和開關顯示狀態(tài)、1路RS485通訊
	AMC16Z-FD	測量A+B雙路直流出線共48路的全電參數和開關顯示狀態(tài)、1路RS485通訊

表1 列頭柜產品選型表
5安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)介紹
5.1產品介紹
針對數據中心智能小母線的監(jiān)控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監(jiān)控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監(jiān)控系統(tǒng),能對母線運行過程中的各種參數進行監(jiān)控，發(fā)生故障則進行告警，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
AMB檢測單元是針對數據中心智能小母線插接箱/始端箱的監(jiān)控要求新設計的產品，該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內部，插接箱/始端箱采用特別的方式與母線連通，它集成全部電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數)以及電能監(jiān)測和考核管理。同時可以實時監(jiān)控母線接口溫度，配合2路Rs45通訊接口（1進1出）或LORA無線通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監(jiān)測數據上傳至主控箱和后臺系統(tǒng)，保證系統(tǒng)可靠運行。
5.2產品選型
安科瑞智能母線測控儀表選型如表2，

型號檢測模塊	基本功能	選配功能
AMB100-A	三相交流回路的全電量測量、2-63次諧波測量、1路漏電流、8路溫度、1路濕度、需量、中性線電流、零地電壓、2路開關量輸入、2路開關量輸出，1路RS485。	/W(LORA)
AMB110-A	三相交流回路的全電量測量、2-63次諧波測量、1路漏電流、4路溫度、1路濕度、需量、中性線電流、零地電壓、2路開關量輸入，1路RS485。
AMB100-D	直流1回路的全電量測量、1路漏電流、4路溫度、1路濕度、2路開關量輸入、2路開關量輸出，1路RS485
AMB110-D	直流3回路的全電量測量、3路漏電流、4路溫度、1路濕度、2路開關量輸入、2路開關量輸出，1路RS485。

表2 安科瑞智能母線測控儀表選型表
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統(tǒng)、D-直流系統(tǒng)可選配AMB10顯示器，顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數。
6結束語
隨著網絡技術的發(fā)展，計算機房信息處理量日益變大，供電系統(tǒng)的容量和要求也比以前有了很大的提高。這樣，就需要我們較關注計算機的動力來源-配電系統(tǒng)。要想它能較好的運行，管理人員定期對它的保養(yǎng)、維護以及檢修也是**的。

【參考文獻】
[1]張成泉.《機房工程》[M].北京：電力出版社，2007.
[2]凌玲.淺析某銀行省級分行數據中心機房改造的配電系統(tǒng)設計[J].城市建設理論研究，2013（10）：63-66.
[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.

詞條
詞條說明
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