摘 要: 就某數(shù)據(jù)機(jī)房的供配電設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，力求為數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠和安全的系統(tǒng)，希望為此類型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員提供幫助。
關(guān)鍵詞: 供配電系統(tǒng); 設(shè)計(jì)方案; 可靠性; 在線維護(hù)
1工程概況
該項(xiàng)目為數(shù)據(jù)服務(wù)中心，共有4層，層高均為5.2m，總建筑面積15870.16m²，建筑高度為21.25m。結(jié)構(gòu)形式采用框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立樁基。
一層包括出入口(人員出入口、貨流出入口)，設(shè)備房間(變配電室、電信接入間、消防控制室、監(jiān)控機(jī)房、空調(diào)機(jī)房等)，主機(jī)房及相應(yīng)的動(dòng)力支持區(qū)( UPS機(jī)房、電池室等);二、三層為主機(jī)房區(qū)，包括機(jī)房及其配套部分，其中配套部分主要有鋼瓶間、UPS室、電池室、電氣間、設(shè)備間等;四層除主機(jī)房區(qū)外，還有辦公區(qū)(運(yùn)作中心、辦公室、會議室等)。
2變配電系統(tǒng)
2.1高壓配電系統(tǒng)
兩路獨(dú)立10kV高壓電源同時(shí)供電。采用單母線分段運(yùn)行方式。每臺變壓器采用放射式供電，由高壓柜專線配置變壓器。
2.2供電方案
為一路0.4kV市電電源加一路0.4kV柴油發(fā)電機(jī)組。
2.3柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)置
作為機(jī)房的后備電源，當(dāng)市電發(fā)生故障時(shí)，后備柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能承擔(dān)全部負(fù)荷的需要。發(fā)電機(jī)容量應(yīng)包括不間斷電源系統(tǒng)、空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量及應(yīng)急照明和關(guān)系到生命安全等需要的負(fù)荷容量。
按照甲方提出的數(shù)據(jù)機(jī)房用電負(fù)荷分期增加，前期負(fù)荷較小，故柴油發(fā)電機(jī)、變壓器亦分期設(shè)置，該工程在建筑物東側(cè)設(shè)置2臺2000kVA的( 一用一備) 室外箱式柴油發(fā)電機(jī)。其配電系統(tǒng)圖詳見圖1。
2.4變壓器的設(shè)置
設(shè)2臺2000 kVA 變壓器，一用一備，其中1臺變壓器為UPS供電、精密空調(diào)及其他設(shè)備供電變壓器，一臺為備。
2.5運(yùn)行方式
當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，由市電電源向負(fù)荷供電;當(dāng)任一常用變壓器故障(或維護(hù))時(shí)，投入備用變壓器;當(dāng)市電電源失電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)自起動(dòng)，ATS(帶旁路)自動(dòng)切換，由柴油發(fā)電機(jī)組向負(fù)荷供電。發(fā)電機(jī)電源進(jìn)線斷路器與市電電源斷路器之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，市電電源斷路器全部斷開后，發(fā)電機(jī)電源進(jìn)線斷路器才能合閘，不允許柴油發(fā)電機(jī)電源和市電電源并列運(yùn)行。其供電系統(tǒng)圖如圖2所示。
考慮到本次設(shè)計(jì)僅為初期一個(gè)機(jī)房投入使用，待所有機(jī)房均投入使用時(shí)，將由專門的變壓器為UPS供電。為了節(jié)省初期投資和后期的浪費(fèi)，并為后期施工帶來方便，在設(shè)計(jì)中，將從變壓器(柴油發(fā)電機(jī))供電的母線分兩段，做了二次配電。MX4。5母線為UPS供電母線，其出線開關(guān)按以后帶3個(gè)機(jī)房UPS供電負(fù)荷考慮。MX7，8為精密空調(diào)及其他設(shè)備供電。待后期機(jī)房都投入使用，精密空調(diào)及其它設(shè)備用電將由專門一臺變壓器供電，施工時(shí)可將MX7，8母線直接掛入這臺變壓器即可。這么做既減少初期投資，又對后期不帶來浪費(fèi)。
2.6UPS設(shè)置
在主機(jī)房相鄰房間設(shè)置UPS機(jī)房及電池室，所有機(jī)房負(fù)荷均由UPS供電，UPS的容量按1.2×滿負(fù)荷+1臺冗余計(jì)算，電池持續(xù)供電時(shí)間不小于20min。
本次設(shè)計(jì)僅在一層設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房，其余層均為預(yù)留機(jī)房。二至四層預(yù)留機(jī)房電源由一層變配電室分南北兩側(cè)引至相應(yīng)的UPS機(jī)房(本次設(shè)計(jì)僅預(yù)留進(jìn)線通路)。一層數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)設(shè)備機(jī)柜計(jì)134個(gè)。不間斷電源(UPS)系統(tǒng)的基本容量按下式計(jì)算:
E≥ 1.2P
式中: E——不間斷電源系統(tǒng)的基本容量(不包含備份不間斷電源系統(tǒng)設(shè)備)，kW/kVA;
P——電子信息設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，kW/kVA。
單個(gè)機(jī)柜負(fù)荷按4kVA考慮，134×4×1.2=643.2kVA，故兩400kVA的UPS滿足基本容量要求，按一臺備份考慮，故最終設(shè)備2+1臺，400kVAUPS。UPS機(jī)房及電池室的布置詳見圖3。
3數(shù)據(jù)機(jī)房配電
每臺UPS采用兩路電源供電，三臺為一組并機(jī)運(yùn)行，配出線纜沿橋架配至機(jī)房內(nèi)列頭柜。機(jī)房內(nèi)每三列機(jī)架設(shè)兩臺列頭柜，兩臺列頭柜由UPS的兩臺并機(jī)輸出柜分別配線，每臺列頭柜再分別配出線路至各數(shù)據(jù)機(jī)架。這樣保證每個(gè)機(jī)架均由兩路電源供電，且由 UPS提供在線式不間斷電源供電，供電線路滿足2N冗余，確保了數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)機(jī)架負(fù)荷作為特別重要的一級負(fù)荷的供電要求。其UPS至列頭柜，列頭柜至終端機(jī)柜的配電圖詳見圖4。
4可靠性及可在線維護(hù)
在系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)過程中，反復(fù)斟酌其可靠性，甲方也反復(fù)強(qiáng)調(diào)了可在線維護(hù)的問題。所以在系統(tǒng)中，為了增加配電可靠性，減少故障范圍，把市電與柴發(fā)的切換沒有放在變壓器這一級，而是放在了UPS輸入端之前，這樣即便是切換過程中出現(xiàn)問題，也只會影響某一組UPS，減小了故障面。進(jìn)一步考慮切換過程中，ATS有故障的話，會使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，在設(shè)計(jì)中選用了帶旁路的ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。其功能就是在主自動(dòng)切換開關(guān)抽出進(jìn)行檢修、測試及維護(hù)前，可先行將負(fù)載改由旁路隔離開關(guān)供電。之后主自動(dòng)切換開關(guān)被抽出進(jìn)行檢修、測試及維護(hù)時(shí)，操作過程不會造成負(fù)載停電。
為了避免UPS并機(jī)后，線路或輸出柜出現(xiàn)故為了避免UPS并機(jī)后，線路或輸出柜出現(xiàn)故障，設(shè)計(jì)中將并機(jī)柜、輸出柜及到末端IT設(shè)備機(jī)柜的線路都做了2N的處理，保證每個(gè)機(jī)架均由兩路電源供電，每條給機(jī)架供電的線路出現(xiàn)問題，都會有備用線路立即投入使用，以確保系統(tǒng)供電的安全可靠性，而解決了在線維護(hù)問題。
5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC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(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
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(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
5.2產(chǎn)品規(guī)格
說明：■為標(biāo)配功能。
5.3配套附件
6安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹
6.1 概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)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(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)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(shù)、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(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)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(guān)狀態(tài)、開關(guān)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(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)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(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
6.3 產(chǎn)品介紹
說明：■為標(biāo)配功能。
7結(jié)語
本文只是通過筆者在設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)例，對電子信息機(jī)房的供配電設(shè)計(jì)進(jìn)行粗略的介紹，其不足及不準(zhǔn)確的地方還請諒解，希望能給即將要設(shè)計(jì)此類型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員提供些許幫助
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