摘要：我国现如今已经全面进入到互联网时代，全国各个城市、地区在发展过程中，都在积极朝着互联网的趋势发展。数据中心建设面积也逐渐得到了有效的提升，本文针对通信互联网数据中心电气设计情况进行分析，为提高电气设计的水平提供有效保障。
关键词：通信互联网；数据中心；电气设计
近年来，电子信息技术取得了突飞猛进的发展，数据中心作为IT技术的支撑载体，也取得了巨大的发展。包括中国在内的亚太地区已经成为数据中心建设的“主战场”，各地已建成或正在规划建设的数据中心数量及规模都成倍增长，但同时也带来了这样那样的问题。电气系统与其它专业系统一起构成数据中心的有机整体， 是数据中心非常重要的组成要素， 电气系统在数据中心基础设施总投资中占有较大比重，其重要性不言而喻。本文通过对大型数据中心相关案例的分析，从电气系统协同设计的角度， 探讨分析存在的问题，提出多专业协同设计对电气系统以及数据中心整体规划设计的重要意义。
1 采用新能源供电的方式是未来建设数据中
心中的历史趋势数据中心目前采用的电力来源主要是用火力发电，而火力发电对环保及大气的污染是比较严重的。新能源进入数据中心已成为电力设计的重要内容，必须深入学习新能源的特征。论证其安全性，可靠性以及细节方面与城市供电的不同。例如，三联供数据中心发电是内燃机组，其启动性能与柴油发电机组不同，带载需要 30min，需要解决启动过程中供电的可靠性，需采用柴油发电机确保中央空调冷水系统的连续供电，在内燃机组发生故障的时候需要采用电制冷主机做备用设备，这些均需与城市市电系统性地进行综合考虑。
2 互联网数据中心设计的关键-负荷计算
数据中心以其高能效为特征，其高耗能的特征的负荷计算是设计成功的关键。计算过高则导致投资增大，所对应的发电机，变压器，高低压配电柜均会相应增长，造成了没有必要的浪费；计算偏低则会导致无法确保系统的安全性，可靠供电。因此，正确地进行负荷计算则是电力设计的关键，而目前负荷计算主要的问题是把设备功率当成了计算功率，忽略了同时系数。
（1）负荷计算是一切计算的依据。
（2）负荷计算在设计阶段通常采用的方法是需要系数法 。
即用设备功率乘以需要系数 Kx 和同时系数 Kt，直接求出计算负荷，尤其适用于数据中心的负荷计算。进行负荷计算时，需要将用电设备按其性质分为不同的用电设备：①IT 负荷类；②空调及相应动力类用电设备的额电功率是指铭牌上的数据，应统一换为统一负载率下的有功功率。
3 数据中心无功补偿的理解与措施
数据中心设计往往涉及到供电部门的审批，其中无功补偿的容量问题是比较突出的问题，根据《工业与民用供配电设计手册》无功设备投入的原则：应首先提高系统的自然功率，不再部分装设人工补偿装置。而现在 IT 设备经过结构优化的努力，其功率因数已经跳至 0.99~1，面对如此高的功率因数，我们低压系统的补偿却不是根据实际的补偿计算，而是一味地去统一补偿变压器的 30%，甚至于 60%，造成了投资浪费以及土建面积增大[1]。在数据中心的建设中会产生各式各样的无功负荷，但是设计者往往没有仔细研究这一部分的负荷，于是在进行无功补偿的时候会过补或者欠补，浪费的财力和物力却又达不到预期的效果，现针对于数据中心的产生的无功负荷进行分析及相关处理。
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某大型金融机构数据中心，在2013年按照国标A级机房标准规划建设完成并运行，双路10kV电源供电，空调系统为水冷方式，其机房空调室布置平面图及空调配电系统。机房层模块机房单侧设置空调室，N+1精密空调运行方式，在空调室的右侧设置了空调ATS切换柜及输出配电柜。从图5可以看出，原设计采用的是空调室集中双电源切换的方式，切换后再单回路放射式供电到末端精密空调。从GB50174新老规范的要求来看，无论A级还是B级机房，对空调系统配电来讲，均要求末端切换。案例反映出的核心问题是对末端切换要求的理解存在不同的解读。从项目规划设计的时间段看，应执行GB50174-2008的要求，新旧规范对A级数据中心均有容错的要求，新修订的GB50174-2017强调了一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行，阐述更加具体，可操作性更强。如果按照图5的精密空调配电设计做法，在ATS发生重大故障时，为模块机房服务的全部N+1精密空调失电，导致机房设备宕机。由于ATS只有1台，其发生重大故障后，短时间内没有冗余设备可以备份和替换，此时，配电架构中的ATS成为了明显的单点[2]。这个问题反映出设计师有关电气系统冗余与空调系统冗余的思维理念处于不同的维度，专业之间没有很好地理解对方的设计思想，导致数据中心设计没有融合成有机的整体。该案例并不是一个孤立的案例，其它数据中心也看到有类似的做法。
4 关于通信互联网数据中心的短路电流的计算
数据中心事故频发导致宕机的重要原因是系统发生短路时，其原因：①由于电力系统的母线，元件等发生了短路；二是在发生了短路的时开关设备的保护元件不动作，其原因未将短路电流容量作为电力设计的重要环节，处于设计的空白状态。因此，正确地进行短路电流计算乃是确保数据中心电力设计的关键。数据中心进行短路电流计算与民用建筑的不同在于发电机系统在城市电网系统故障时，是作为第三电源的角色出现的；②其通信设备中大量的 IGBT 整流管发生短路的几率是相对高的，IGBT 管放置于 UPS，服务器，存储器及网络设备中； ③动力设备空调冷冻水及末端恒温恒湿机均存在大量的变频设备，也是极易发生短路的；因此，计算宽度有相应的特点。数据中心可发生的短路电流有三相短路，两项短路，单相短路，依据为《三项交流系统短路电流计算》IEC-1 外企。现在数据中心计算在高低压选择主要有：（1）在选择高压设备时计算开关短路电流 ，不 但要考虑电力系统的短路电流，还应考虑高压发电机做为第三电源时的短路电流。（2）在选择低压配电柜开关设备的短路电流时 ，不 但要考虑市电供电系统的短路电流，尤其要考虑低压发电机并机时候的短路电流。（3）不但要考虑低压开关的短路电流 ，更需要相互依考虑低压柜体的短路电流。（4） 在考虑高压进线与出线电流时 ，不但要考虑计算电流，还需要考虑短路电流热稳定校验。如：1600kVA 变压器按计算电流校验 3×70mm 可满足要求。但按照短路电流校验，则需要 3×90mm，因此应按照短路电流计算热稳定校验。短路保护电气应满足以下两个条件：（1）分断能力不应小于保护电器安装处的预期短路电流 。（2）应在短路电流使导体达到允许的极限温度之前分析该短路电流。
5结束语
在当前我国已经全面进入到互联网时代，众多信息化技术被广泛应用在实践中，在针对电气进行设计和具体应用的时候，也可以与互联网时代背景下的技术手段进行结合。这样不仅能够从根本上促使互联网数据中心在规划和建设过程中的有效性，而且还能够构建和落实数据库，在实现数据共享的基础上，可以提高数据的利用率。数据中心是众多机电系统与建筑体系的复杂集成，它就像一架复杂而巨大的机器，如何从规划设计阶段就考虑到：让它更好地运转起来， 协调各系统发挥最大的作用，降低后期运维的风险，是数据中心规划设计人员需要认真思索的问题。
参考文献：
[1]周立广.基于大数据的智慧照明控制系统设计研究[J].低碳世界,2019,9(02):173-174.
[2]成光.大型数据中心电气系统协同设计难点分析[J].建筑电气,2019,38(01):35-39.
论文作者:徐士涵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
标签：数据中心论文; 电流论文; 互联网论文; 负荷论文; 系统论文; 空调论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第32期论文;