（中国船级社上海规范研究所 200135）
摘要：随着我国科学技术的不断发展，互联网技术、计算机技术等先进科学技术逐渐被广泛应用至社会生产中，对推动社会经济发展具有促进作用，而信息时代的到来使得现代数据中心功率密度日益增加，整体耗电量日益增加，再加上现代数据中心需要长期不间断运转，同时还要充分保证运转的可靠性、安全性、稳定性，这就需要技术人员在对数据中心机房供配电系统进行设计的过程中充分考虑到功率、能耗等方面问题，以保证设计科学合理。本文将结合实际情况对数据中心机房供配电系统设计进行分析，旨在有效降低数据中心能耗并提高其工作效率。
关键词：数据中心；机房供配电系统；设计
互联网技术的广泛应用促进了大数据时代的发展，而现代数据中心作为在internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息的重要工具，对社会生产、发展具有重要意义。由于现代数据中心的运转具有长期性、连续性特点，会在运转过程中产生大量能耗，因此如何在充分保证数据中心实用性的基础上降低其能源消耗已经成为当前社会需要考虑的重要问题。这就要求技术人员在对数据中心机房供配电系统进行设计的过程中应严格按照相关规程中的具体要求进行操作，同时充分考虑到客观因素对数据中心运行的影响，以保证系统设计根据实用性。本文将结合实际情况对数据中心机房供配电系统设计进行分析，以期为今后相关工作奠定良好基础。
一、数据中心机房供配电系统设计标准
随着信息设备功能越来越强，功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kVA/台，提高到3kVA/台、4kVA/台，并且仍然呈现出逐渐上升的趋势，而机房单位面积的平均用电负荷也显著增加，从最初的1kVA/m2转变为1.5kVA/m2、2kVA/m2，为数据中心的正产运转带来较大困难，无法充分保证运行的安全性、稳定性。与此同时，随着科学技术与社会经济的快速发展，现阶段数据中心规模日益增加，对供电总容量的要求也从数千kVA提高到数万kVA。由于现代社会运行对信息、数据的依赖越来越多，对信息系统的可靠性、连续性要求也越来越高。因此，在今后发展过程中相关设计人员应结合数据中心的不同用途或等级的数据中心，以及供配电系统的可靠性有不同的要求，合理设计数据中心机房供配电系统，以保证系统运转的安全性、稳定性。通常情况下，数据中心对供配电系统的一般要求为99.00%，较高要求为99.90%、99.99%，若是数据中心具有一定特殊性，还会具有更高的要求，以保证数据中心的正常运转。
二、机房供电系统设备
（一）配电柜设置
机房专用配电柜主要是指低压配电柜，在机房三个供配电系统中都是重要的组成装置，其设计质量将会直接影响到整个机房的正常运行。因此在设计过程中，设计人员应充分认识到配电柜的重要性，并结合数据中心的实际情况以及客观因素进行合理设计。首先，设计人员应针对计算机用电设备，机房辅助用电设备，备用供电设备等各方面的相互关系进行详细考察，在充分掌握相关数据信息的基础上，才可以进行下一步工作，为今后数据中心机房供配电系统设计奠定有力基础。其次，设计人员应及时掌握各种通电设备在实际运转过程中产生的负荷，对于控制开关的安装位置进行充分考虑，保证配电柜内部布局的整齐划一，避免出现线路不清晰现象为后期的维护、检修带来一定困难。最后，设计人员应协调好机房各个配电柜之间的控制关系，以保证配电柜可以安全使用。
（二）机房内用电插座设置
机房内部所使用的插座通常会分为两类：计算机设备专用电源插座和机房辅助设备电源插座，其中，备用插座属于机房辅助用电插座，在配置备用插座时，设计人员应结合辅助设备的实际用电量进行选择，且留出一定余量，防止计算机辅助设备在使用过程中出现故障影响机房正常运行，在机房内主要工作间应设三相动力电源插座；计算机用电插座主要是来自于UPS电源的输出配电柜，而设计人员在配置计算机设备用电插座的过程中应结合计算机设备的实际用电量，对插座容量进行确定，并且保证插座具有一定余量，以保证计算机设备的正常运行，在放置备用插座时应注意安置在设备附近，做好标记，防止与其他插座混淆。此外，在安装机房插座的过程中应注意将插座安装至机房墙壁下方、距离地坪0.3m处的活动地板下面，以保证机房电源插座使用的安全性。
三、数据中心机房供配电系统设计
（一）设计思路
在数据中心机房供配电系统中，动力配电是极其重要的组成部分，主要用于供给机房专用空调设备、照明和通风设备、维修插座、一般动力等，而UPS配电则主要用于为计算机设备、网络交换设备、储存设备、安全设备等提供安全保证。相关设计人员在设计过程中应充分考虑到各个数据中心、机房等实际用电量、功能、以及重要性等方面内容，以保证设计的科学合理性。在设计过程中，设计人员应充分遵循以下基本原则：①若是数据中心机房的容量较大，设计人员应将UPS供电系统作为专用电力变压器安装在机房内，若是其机房容量较小，设计人员则可以将专用低压馈电线进行供电，以保证数据中心机房的正常运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆②在设计配电系统时，设计人员应结合当前数据中心的实际需求以及功率等详细信息，选择合适配电级数，注意尽可能选择较小配电级数。③UPS设备应靠近数据中心主机房设置。④在设计过程中，若是数据中心具备较大规模，应将动力系统与UPS系统总供电电源独立，并分别由不同的电力变压器供电进行控制，以有效提高当前系统运行水平。⑤机房内其他电力负荷不得由UPS供电。⑥在设置计算机电源时，应对计算机设备所接入的非线性负荷进行限制，充分保证系统的供电质量，为数据中心的正常运转提供有力保障。
（二）动力供配电系统配置
设计人员在设计过程中应明确供配电系统的实际参数，并且结合当前数据中心的实际情况，对系统中各个环节配置进行合理设计。在该系统中，由总配电柜馈出的动力供配电系统应采用50Hz交流电，380V/220V三相五线电源，TN-S接地方式进行设置、连接。与此同时，动力配电柜、照明配电箱在设置过程中均应采用放射式配电与各用电设备进行直接连接。由于动力配电柜（箱）具有火警联动保护功能，若是在正常运行过程中出现火警，可借助这一功能在第一时间与消防系统联动并切断电源，同时关闭防烟防火阀。为了充分保证动力供配电系统运行的安全性、可靠性，应在值班室安装手动电源切断装置，以提高运行安全性。
（三）数据机房内部至计算机、网络设备、电子设备的配电
通常情况下，电源是由UPS机房配电输出柜引至数据机房PDU，当机房电源中性线与PE线之间产生的电位差无法充分满足相关电子信息设备的实际使用要求时，设计人员应在PDU进线处根据数据机房的实际情况合理设置隔离变压器，以防止中性线与PE线在连接、输送电离的过程中产生超出电子信息设备允许值范围的电位差，进而导致硬件因无法承受较大负荷而引起硬件故障、烧毁设备、延误等现象。与此同时，应尽可能采用△/Yo隔离变压器产生新的中性线，以有效防止系统在实际使用过程中由于机房电源中性线与PE线的电位差无法满足电子信息设备使用要求而造成的计算机设备无法正常运行这一消极现象，从而为计算机机房的正常运行提供有力保障。
在设计过程中设计师应针对数据机房的级别以及其他客观因素，对配电情况进行判断。若是数据机房级别为A级，则应将其供配电系统设计为2N系统，即双路冗余线路，因此在设计过程中需要对PDU进行成对设置，且让PDU中的各个出线开关与机柜中的电源进行分别对应，即使UPS由完全相同的两条线路通过PDU，实现为计算机、网络设备、电子设备等相关设备进行供电，保证有两条不同的线路进行供电。这种方式可以有效防止任一路线出现突发设备故障或者是人为因素引起的机械故障，均不会对机械设备的正常运行造成影响。此外，相关设计人员应让PDU通过其智能通信接口与监控计算机进行连接，对PDU电力分配的远程管理，以此来保证机房设备监控系统可以对PDU内各路电源的实时监控，为工作人员及时掌握设备运行状况提供便利。
（四）系统可靠性
在系统方案的设计过程中，设计人员应充分考虑到数据中心机房供配电系统的可靠性，同时在保证其正常运行、能效降低的基础上增加在线维护功能。这就要求设计人员在系统改变了市电与柴发的初始位置，将切换装置放在UPS输入端之前，以有效提高配电的可靠性，同时减少系统故障范围，以保证数据中心机房供配电系统在切换过程中出现问题后，仅会对某一组UPS的小范围造成影响，尽可能减少故障范围，为数据中心机房供配电系统的正常运行提供有力保障。为了防止系统切换过程中，因ATS有故障引起的系统瘫痪，设计人员在设计过程中将带旁路的ATS自转换开关作为控制开关，以充分保证系统运行安全。ATS自转换开关功能就是在主自动切换开关抽出进行检修、测试及维护前，可先行负载改由旁路隔离开关供电，之后主自动切换开关被抽出进行检修、测试及维护时，操作过程不会造成负载停电，同时还可以实现系统的在线维护，有效降低系统故障造成的经济损失。
结论
综上所述，在时代发展过程中数据中心已经成为推动当前社会经济发展的重要力量，然而其在运行过程中会产生较大的能源消耗，不利于我国可持续发展。因此，相关设计人员在设计数据中心机房供配电系统的过程中应博采众长，采用国外先进设计理念，对于数据中的各个环节进行更为细致的设计，充分保证系统系统的安全性、可靠性，同时可以有效降低能耗，并具备较强灵活性，为社会经济发展提供有力保障，并未我国可持续发展奠定有力基础。
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论文作者:潘勇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/8
标签：机房论文; 数据中心论文; 系统论文; 供配电论文; 插座论文; 设备论文; 设计人员论文; 《电力设备》2017年第34期论文;