淺析配電系統在某銀行數據中心機房改造項目中的應用

更新時間：2020-09-25

點擊次數：803

張雙
安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 2018011

摘要：隨著各行各業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更可靠地工作呢？可靠的供配電系統是*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的內容、負荷分類及供電可靠性的實現
1.1供配電系統的內容、負荷分類
本工程為省級銀行的信息中心機房，供配電系統的內容有照明用電、空調用電、計
算機系統用電及防范系統用電等。其中計算機系統和安防系統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計算機系統供電可靠性的實現，如下圖。

                                                                            圖 1 機房配電工房系統

                                                                                   圖 2 機房配電工房系統
       作為機房重要的配電系統，計算機系統和安防系統采用 UPS 配電系統來完成傳統的配電功能。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 配電系統來供電。如圖 1，平時的工作電源采用市電，備用電源引自發電機房供電回路，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”。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切換開關（STS）來切換到備用回路以繼續正常工作。
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電機雙電源切換箱的出線回路。機房的一般區域照度值不小于 500lx,輔助機房區照度值不小于 300lx,顯色指數 Ra 值不小于 80。機房照明燈具自帶蓄電池，市電斷電后持續供電時間 180min，這樣就可以滿足發生火災時的備用照明的要求。
2 UPS配電系統功率的確定
2.1 UPS 配電系統功率計算
      UPS 配電系統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
3.1機房的等電位連接
        現行國標*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
         低壓配電系統和電子信息系統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，作為第三級保護。
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展，數據中心能耗問題也越來越突出，可靠的數據中心配電系統方案，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，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監控系統，實現對整個數據機房的實時監控和有效管理，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
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，具備電流、功率需用量分析和統計，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 交流系統配置方案
2）直流系統
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，具備電流、功率需用量分析和統計，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
	AMC16Z-KD	A+B獨立2路單邊各24路無源開關狀態
	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、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、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控系統介紹
5.1產品介紹
針對數據中心智能小母線的監控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監控系統,能對母線運行過程中的各種參數進行監控，發生故障則進行告警，以保證系統穩定運行。
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)以及電能監測和考核管理。同時可以實時監控母線接口溫度，配合2路Rs45通訊接口（1進1出）或LORA無線通訊，采用MODBUS-RTU協議可以方便可靠的將監測數據上傳至主控箱和后臺系統，保證系統可靠運行。
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、D-直流系統可選配AMB10顯示器，顯示器只循環顯示電壓、電流參數。
6結束語
隨著網絡技術的發展，計算機房信息處理量日益變大，供電系統的容量和要求也比以前有了很大的提高。這樣，就需要我們更關注計算機的動力來源-配電系統。要想它能較好的運行，管理人員定期對它的保養、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設計[J].城市建設理論研究，2013（10）：63-66.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：
張霍麗麗，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為數據中心配電監控系統

上一條探討高校公共建筑能耗監測系統的設計與應用
下一條談石化企業在能耗在線監測系統的定位措施