銀行數據中心供配電系統(tǒng)應用于中國銀行

時間：2022-08-12作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：467

摘 要：文章以中國銀行集團客服中心（合肥）項目一期工程數據中心（D區(qū)）為例，分析銀行數據中心的供配電系統(tǒng)架構以及數據中心用電負荷計算，對高低壓供配電系統(tǒng)、變壓器選型、電氣主接線方案、備用電源、UPS不間斷電源系統(tǒng)設計進行分析比較。
關鍵詞：數據中心；供配電系統(tǒng)；負荷等級；柴油發(fā)電機組；UPS不間斷電源
數據中心（DataCenter）是指在一個物理空間內實現對所有數據信息集中處理、存儲、傳輸、交換、管理，含有計算機設備、服務器、網絡設備、通訊設備、存儲設備等關鍵設備，以及環(huán)境、空氣，電氣、機房布線，電源質量部分等外部設備。數據中心在一個建筑物內，相當于是建筑物的大腦，具有很重要的位置，對用于支撐其運行的供配電系統(tǒng)安全性、可靠性、連續(xù)性等方面也提出了高標準的要求，筆者今天就曾設計的中國銀行集團客服中心（合肥）項目一期工程數據中心”項目，進行整理、闡述，對數據中心的供配電系統(tǒng)做一個整體的分析。
1 工程概況
中國銀行集團客服中心（合肥）項目一期工程位 于合肥市濱湖新區(qū)，園區(qū)總建筑面積為 114953.9m其中數據中心機房（D區(qū)）建筑面積 4087m，坐落于本工程地塊北邊，為獨立單體，地上共兩層，一層主要功能為高低壓配電房、柴油發(fā)電機房、ATS配電室，二層主要功能為數據機房。
2 負荷等級及負荷計算

2.1數據中心負荷等級

本工程數據中心為中國銀行總行數據災備中心，根據其使用性質、數據丟失及網絡中斷引起的經濟損失和社會影響程度 ，根據《數據中心設計規(guī)范》（GB50174-2017）,確定本工程數據中心機房為 A級機房

數據中心機房內 IT設備、空調、水冷機組、應急照明、消防負荷、走道照明等均為一級負荷，其中數據中心機房IT設備為一級負荷中特別重要負荷，其他普通照明、動力用電為三級負荷。

2.2負荷計算

根據《數據中心設計規(guī)范》（GB50174-2017）中* 3.2.1條規(guī)定，電子信息系統(tǒng)機房用電負荷等級及供電 要求應根據數據中心的等級，按本規(guī)范附錄 A及現行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052）的有關規(guī)定執(zhí)行，供配電系統(tǒng)應為電子信息系統(tǒng)的可擴展性預留備用容量。

根據本期數據中心機房建設需求，IT設備總裝機容量約為2400kVA，設計按兩2500kVA 變壓器考慮，變壓器實現 M（1+1）冗余備份，當其中一臺變壓器故障時，另一臺變壓器可承擔全部負荷，備用電源選用兩臺 1500kW柴油發(fā)電機并機運行，作為 IT系統(tǒng)后備電源，同時選用兩套 2400kVA 的 UPS 系統(tǒng)，UPS不間斷電源系統(tǒng)實現2N冗余備份。空調、制冷機組總裝機容量約為 1600kW，選用兩臺2000kV 的變壓器，實現 M（1 +1）冗余備份，備用電源選用兩臺1500kW 柴油發(fā)電機并機運行，作為機房空調后備電源，同時作為園區(qū)消防應急備用電源。




3數據中心供配電系統(tǒng)

3.1高低壓供電系統(tǒng)

本工程在數據中心一層設置一座20kV總變電所，供園區(qū)用電。由于本工程總建筑面積約 11.5 萬 m2 ，變壓器總裝機容量為19400kVA，根據當地供電局用電方案批復，變電所進線設置三路 20kV**電源，分別引自不同的**變電所。其中 1#電源為專線回路，供電容量為20000kVA，2#、3#電源為公網回路，每路供電容量為10000kVA?？紤]到本工程供配電系統(tǒng)對可靠性、經濟性和后期可擴展性等需求，結合用電方案的供電情況，20kV 高壓系統(tǒng)采用單母線分段運行方式。正常情況下，I段、II段母線分列運行，1#、2# 電源分別承擔相應母線段用電負荷，當 1#電源或 2# 電源故障，3#電源作為**備用電源投入運行。

3.2數據中心備用電源的選擇

根據《數據中心設計規(guī)范》（GB50174-2017）規(guī)定，A 級數據中心應由雙重電源供電，并應設置備用電源。備用電源宜采用獨立于正常電源的柴油發(fā)電機組，也可采用供電網絡中獨立于正常電源的**饋電線路。當正常電源發(fā)生故障時，備用電源應能承擔數據中心正常運行時所需要的用電負荷。后備柴油發(fā)電機組的性能等級不應** G3 級，A 級數據中心發(fā)電機組應連續(xù)和不**運行，發(fā)電機的輸出功率應滿足數據中心平均負荷的需要。

考慮到柴油發(fā)電機組具有較高的可操作性，且目前大部分數據中心均采用柴油發(fā)電機組作為后備電源。本工程共設置 4臺 1500kW低壓柴油發(fā)電機組作為后備應急電源。每組由2臺 1500kW柴油發(fā)電機并機運行，分別作為 IT設備和制冷設備備用電源，以確保數據中心設備電源的穩(wěn)定性、可靠性。

當**電源均發(fā)生故障時，柴油發(fā)電機組自動投入運行，切換時間不大于15s。柴油發(fā)電機房設置于數據中心一層，毗鄰高低壓配電室和 ATS 配電室，柴油發(fā)電機房內設置儲油間，同時在數據中心室外設置兩套 50m埋地式儲油罐，確保儲存柴油的供電時間大于外部供油時間，以滿足連續(xù)和不**運行的要求。

常規(guī)的工業(yè)、民用建筑中多為電動機、開關等感性負載，工作時電壓相位**前于電流相位，功率因數滯后。而數據中心的電子信息設備屬于非線性負載，工作時產生大量諧波電流，電壓相位滯后于電流相位，功率因數**前，會引起系統(tǒng)中性線電流變大，導致柴油發(fā)電機輸出電壓失真等問題。目前市場上的柴油發(fā)電機，基本都基于功率因數 0.8（滯后）的感性負載生產，當柴油發(fā)電機組所帶負載為感性，發(fā)電機可以提供良好的輸出功率，而當其負載為容性時，功率因數**前將會影響柴油發(fā)電機的輸出功率，甚至導致柴油發(fā)電機宕機。因此在確定柴油發(fā)電機輸出功率時，還應綜合考慮容性負載及諧波等對發(fā)電機組的影響。




4數據中心供配電架構分析

根據《數據中心設計規(guī)范》（GB50174-2017）3.2.1規(guī)定，A級數據中心應滿足冗余要求，可采用 2N或 M(N+1)冗余系統(tǒng)。常規(guī) A級數據中心供配電系統(tǒng)主要有三種架構：2N、DR、RR。結合本工程供配電情況及建設方要求，本次設計采用2N系統(tǒng)。

4.1供配電供配電2N系統(tǒng)架構介紹

2N 系統(tǒng)由兩個供配電單元組成，兩個單元同時工作，互為備用，每個單元均能滿足全部負載的用電需求。正常運行時，每個單元承擔 50% 負載，當其中一個單元故障或檢修時，另一個單元承擔**負載。

相比 DR、RR 系統(tǒng)而言，2N系統(tǒng)建設成本較高，但是三者從后期運維角度綜合比較，2N 系統(tǒng)架構相對簡單明了，容易實現物理隔離，且后期運維相對簡單。因此，在金融系統(tǒng)的數據中心機房設計中，綜合考慮建設方經濟能力及管理能力，采用2N系統(tǒng)具有較為明顯的優(yōu)勢。

4.2數據中心供配電架構設計

本工程設計采用2N系統(tǒng)，IT設備與制冷設備分別設置兩組變壓器，互為備用。UPS不間斷電源電池后備時間為30min，確保**電源與后備電源切換時的不間斷供電。

IT負載容量為 2400kVA ，其供電電源由兩路**電源經雙電源轉換開關切換后，再與后備電源經雙電源轉換開關切換，同時配置兩組 2400kVAUPS不間斷電源。

    精密空調、冷水機組等總用電容量約為 1600kW。其中冷水機組、列間空調供電電源由一路**電源與后備電源經雙電源轉換開關切換后，再與另一路**電源經雙電源轉換開關切換，同時配置一組 800kVAUPS不間斷電源。精密空調為雙電源接口，供電電源分別由一路**電源與后備電源經雙電源轉換開關切換后接入。

需要注意的是，輸入電源的中性線中斷或擾動會引起數據中心 UPS設備工作異常，甚至導致 UPS設備停機，因此而引發(fā)重要負載停電的嚴重故障。根據《數據中心供配電設計規(guī)程》（TCECS486-2017）5.7.2- 4條*三款“供電電源轉換過程不應造成 IT設備中性線對地電壓的懸浮”，及《金融建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ284-2012）7.3.1.12“自動轉換開關在電源轉換過程中不得造成負載設備中性線懸浮”的相關要求，數據中心所選用的 ATS 雙電源轉換開關，應具備“中性線重疊轉換”功能，即要求雙電源轉換開關在切換的過程中，始終保持 N 相不斷開，以確保 ATS 在切換過程中不會引起的“零線漂移”現象。同時，根據其他相關規(guī)范要求，對供電系統(tǒng)可靠性、連續(xù)性有很高要求的特別重要場所，為防止自動轉換開關出現故障、損壞或檢修而影響供電系統(tǒng)的連續(xù)性，應設置旁路隔離抽出型自動轉換開關，確保供電連續(xù)可靠。




5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產品介紹

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系列數據中心精密配電系統(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。

5.1精密配電管理解決方案

5.1.1交流系統(tǒng)

1）功能要求：

遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

2）配置方案-示意圖

5.1.2直流系統(tǒng)

1) 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、功率等參數的越限功能。

2)配置方案-示意圖

6.1概述測產品介紹

 

數據中心小母線系統(tǒng)是數據中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發(fā)展和較高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊，將數據上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

6.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

1）交流系統(tǒng)功能：

遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；    

2）直流系統(tǒng)功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘； 

參考文獻： 

【1】姜長法.某數據中心供配電系統(tǒng)設計[J].建筑電氣，2018.（02）.

【2】陳明霞.銀行數據中心供配電系統(tǒng)設計探析

【3】安科瑞數據中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版

【4】安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版


安科瑞電氣股份有限公司專注于數據中心能耗管理,智慧能源綜合服務平臺,數據中心智能配電,能源管理系統(tǒng)等

• 詞條

  詞條說明

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  能源管理系統(tǒng) 能源管理系統(tǒng)簡介說到能源智能管理系統(tǒng)，必須區(qū)分能源管理和能源管理方法系統(tǒng)的概念。能源管理方法是指有目的、有計劃、合理的能源生產、運輸、分配、轉化和消耗的全生命過程管理和監(jiān)督。這個定義包括能源的標準化使用、各種節(jié)能措施的實施、能源應用規(guī)劃的制定；能源智能管理系統(tǒng)是指對上述能源全生命過程的數字監(jiān)控，可以拓寬對能源機器、能源數據庫的多維分析和能源的分類管理方法的監(jiān)督。不難看出，能源智能管理

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