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1、陕西某数据中心电源工程概述自2022年2月启动实施东数西算工程以来，新建数据中心规模已超过110万标准机架，项目总投资超过4000亿元。按照规模大小划分，单体超过1万机架的数据中心属于超大型数据中心，目前，我国已投资了约100个1万机架的超大型数据中心。大数据的发展使得社会对数据中心的需求极度旺盛，各地不断推进大数据产业园基础建设，为智能化发展夯实地基、铺平道路。本文通过对某数据中心产业园电源工程设计介绍，对A级数据中心的电源设计情况进行了分析。1项目概况某数据中心产业园位于陕西省安康市，建设目标定位为国家级重要大数据基础设施，以满足该公司在未来数年内开展安康及周边地区数据服务的需要。具体参数
2、指标要求如下：(1)IDC机架数量：1562个机架。(2)单机架运行功耗：考虑按5kW配置。(3)机房等级：国家A类标准。设计PUE：机房整体设计年均PUE值不高于1.4o本文将以机房总负荷需求为基础，从机房变配电工程、柴油发电机、不间断电源三方面介绍该项目电源工程情况。2负荷需求分析根据规划布置方案，本次工程数据机房楼实际共规划1562个5kW服务器机柜，服务器机柜同时系数为0.9。根据工艺设备的功耗测算，总功耗约10378kVA此外，按照规划引入2路容量为1050OkVA的供电电源。设备负荷表如表1所示。设备负荷表用电设备名称设备容量需用系数功率因素计算负荷kWKdCOStg有功/kW无功
3、Q/kVar视在S/kVAIT设备78100.900.900.48702934047810充电功率5470.500.900.48273132304低压冷水机组14400.900.800.7512969721620水泵5550.900.800.75500375624末端空调6780.900.800.75610457762新风1000.900.800.759068113冷却塔1650.900.800.75149111186空调其它1500.900.800.75135101169照明及其它用电2000.700.850.6214087165线路损耗(2%)1560.900.900.4814168156
4、小计10.870.5610362577611863计入同时系数Kzp=O.959844计入同时系数Kzq=O.955487小计29844548711269低压无功补偿0.980.203488小计29844228810106变压器损耗152505高压侧容量需求9995293103783关键系统策略比较分析3.1高压与低压机油选择伴随着IDC数据中心发展，单机柜密度越来越高，单体建筑的容量越来越大，作为备用电源的柴油发电机组容量要求越来越高，需要多台大功率柴油发电机组并网才能满足负荷的要求；此外，机房与实际使用的负载之间距离也越来越远，采用传统的多台低压柴油发电机组并联运行暴露出多项运行及传输的缺
5、陷，为了确保电源更加安全可靠地运行，采用高压机组是一种更优的选择3o高低压机组对比如表2所示。高低压机组对比表表2序号特点低压机组高压机组1并机容量可多台机组并联运行可多台机组并联运行，机房可集中建设2输送距离可短距离输电可长距离输电3损耗在输配电中线路损耗较大在输配电中线路损耗较小，不存在输送发热问题4成本维护成本较低，低容量、短距离具有较大优势，高容量长距离使用时成本将远远高于高压机组维护成本较低，对于大容量、长距离输配电具有明显优势，配查投资费用较低5配置配置较为简单配置较为复杂，尤其在发电机及输出配电柜方面6安全安全性能较高,技术较为成熟，技术门槛较低安全性能较高，技术较为成熟，技术门
6、槛较高7发展趋势小功率段保持传婉市场，大功率段有被高压系姚替代的超势3. 2不间断电源系统供电模式分析目前数据中心机房主流的不间断电源有多种供电模式，从大类来区分主要包括集中式和分布式系统。集中式系统：(1)传统UPS2N结构方式；(2)传统UPS(N+1)结构方式。分布式系统：(1)高压直流系统+市电；(2)模块化UPS系统+市电；(3)DPS系统+市电。各个系统对比如表3所示。不间断电源系统供电模式对比表3序号集中式系统分布式系统结构形式UPS(2NUPS(2+1模块化UPS系统+市电高压直流系统+市电DPS系统+市电技术成熟度成熟成熟成熟成熟成熟供应容量大大一般小于150kW一般小于15
7、0kW般小于6kVA并机成熟度成熟成熟无并机无并机无并机转换效率一般一般较高较高较高切换时间独立2路，无切换时间独立2路，无切换时间独立2路，无切换时间独立2路，无切换时间独立2路，无切换时间维护情况集中，便集中，方便维护点较多维护点较多维护点较多供电的可靠性最高高高高高适应的环境国标A国标B国标B+国标B+国标B+负载率控制一般一般好好好在选择不间断电源系统时，根据客户的需求、机房的等级以及投资的平衡来选择。针对本次数据中心情况，在各个运行环境条件下,IDC设备用不间断电源系统选择UPS(2N)系统。4电源工程建设方案4.1变配电工程建设方案(I)IokV变电站系统结构方式变配电系统架构如图
8、1所示。高压配电系统完成2路IOkV单母线分段设置联络功能和市电与油机切换功能，即采用单母线分段接线方式设置联络方式完成市电1和市电2切换,平时采用分段常供模式,平时两套高压配电系统的母联开关均处于分断状态，当一组电源故障时，通过手动/自动操作联络开关，由另一组电源负担本机楼全部一、二级负荷。高低压系统需设置电力保护与控制系统，便于对电力运行情况进行监控以及高低压系统进行远程控制。IOkV断路器采用真空断路器，选用弹簧储能操作机构，并采用直流铅酸免维护电池作为操作、继电保护及信号的电源。图1变配电系统架构图(2) 10/0.4kV低压配电站结构方式低压配电系统整体供电示意图如图2所示。单套低压
9、配电系统以单母线分段加低压母联方式运行,两个变压器将分别从不同的IOkV高压引接。数据中心规划建设1套250OkVA(I+1)和4套200OkVA(I+1)低压配电系统。一期先建设1套250OkVA(I+1)和2套200OkVA(I+1)低压配电系统。图2低压配电系统整体供电示意图4. 2后备柴油发电机系统(1)发电机电压形式大型数据中心园区单体建筑多，用电量大，作为应急备用电源的柴油发电机组容量需求大。而考虑到采用传统低压发电机组大容量低压发电机组并机受公共母排载流量及短路电流限制影响大等因素，本项目考虑使用高压发电机组。高压发电机组的优越性在于大容量和远距离传送电能，机组输出电压高，输出电
10、流小，在供电传输过程功率损失小。高压机组的输出电压与供电系统电压一致，可直接接入供电系统。高压发电机组具备以下潜在的有利因素。1)用电容量与机房利用之间能更好匹配，机房利用率得以提升。2）适合远距离传输，输配电损耗较小，可使低压供电电源更靠近负荷中心。3）受公共母排载流量的限制影响小，油机系统可采用多台大容量机组并行方式。（2）发电机组并机供电方案发电机主要为机房IT负荷、空调制冷系统、消防供电系统以及应急照明提供应急电源保障容量。根据负荷计算表，数据中心用电功耗约9995kW,拟规划7台（6用1备）主用功率为180OkW的IOkV中压发电机组，提供10800kW应急供电容量。本次对高压IOk
11、V机组以7台作为1个并机组合（6台主用，1台备用）。当市电中断/故障后，自动启动发电机组并机输出供电，发电机供电与市电不并网。因此，另外需要对发电机组并机控制与负载管理进行方案设计。IOkV中压发电机组系统运行接入方式如图3所示。图3七台油机并机系统运行接入方式图4. 3不间断电源工程建设方案(1)总体设计原则根据大楼设计等级，本次配置通信电源系统满足机房GB50174-2017使用要求。机房楼供电结构整体采用模块化结构、双回路系统、分块分区供电方式。消除单节点故障隐患、提高供电可靠性和容错性。保证在无计划的故障或事故的情况下能够不影响重要负载的故障而维持供电能力。具体如下。1)机房楼供电结构
12、整体采用3层架构和4级配电的模块化结构，层次清晰，结构合理。2)优化配电结构，供配电设备深入负荷核心区域，保证低配配电路径最优化。3)根据大楼整体设置等级需求，针对GB50174-2017级机房，不间断电源系统采用灵活冗余方式。蓄电池后备时间按系统放电15Inin设计。4)对于具备双电源或多电源受电能力的数据设备的供电，从供配电设备到数据设备，电缆布放都保证冗余和相对隔离。(2)建设需求及配置根据工艺专业的建设需求，本期工程启用1562架5kW服务器机柜；根据空调专业建设需求，本期机楼空调末端和蓄冷水泵等负荷均属于在市电停电油机未启动前需保证供电的负荷。不间断系统建设规模如表4所示。不间断系统
13、建设规模表表4序号机房编号T机柜数量列头柜数量单柜ft/需要系数HT不间断电源建设方案动力UPS1数据机房1-1961450.98821套500k(3+3)UPS系统2套500k(2+2)UPS系统3套500kVA单机UPS2数据机房2-1126950.95673数据机房2-3126950.95674数据机房2-5126950.95675数据机房2-71961450.98821套500k(3+3)UPS系统1套500k(2+2)UPS系统6数据机房2-8126950.95677数据机房2-1081950.9364.58数据机房2-2126950.95671套500k(3+3)UPS系统9数据机房2-4126950.956710数据机房2-6126950.95672套500k(2+2)UPS系统11数据机房2-9126950.956712数据机房2T181950.9364.5合计156211870295结束语电源工程作为数据中心至关重要的一环，背负着数据中心所有设备的电力支持,要求极高的稳定性、可靠性。一旦电源系统出现故障，将会导致IT设备断电宕机，产生一定的经济损失以及社会影响。因此，电源工程的设计、施工及后续运维都显得极其重要。尤其在设计时，一定要充分考虑高可靠性和高稳定性原则进行电源工程的设计,按照行业规范对数据中心供电电源进行合理配置。
