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数据中心机房供电需求有哪些?供配电系统如何布置?
2019-12-05 02:32

UPS交流供电系统不同于常规的-48V直流供电系统,其特点是UPS电源设备有初相角和频率同步的要求,且输出电压高,为交流380V供电电压,比直流供电系统的并机要求严格得多,实现起来更为复杂,多台UPS设备并机工作,系统一旦出现故障容易引起连锁反应,会导致大面积供电中断。此外UPS供电系统一旦投入运行就不能停下来,停机就意味着故障,如何确保UPS供电系统安全供电成为电源专业管理当前最重要的问题。

前言:

选择好的设备

数据中心机房供配电系统是一个交叉的系统,涉及到市电供电、防雷接地、防静电、UPS不间断供电、柴油发电机等,每个系统互相交叉,互有影响,这就使我们在布置时必须考虑多方面的因素,机房的供配电系统就是这基础工程的心脏和大动脉,供配电系统的稳定,能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行,下面了解一下机房供电需求及系统的布置方案。

建设项目确定后,选择最优良的设备是将来系统安全运行的前提。在集团集采的基础上,对各类UPS设备的技术指标及用户使用情况进行调研,以技术指标的优劣作为主要选用标准,在价格适中的基础上,确定使用UPS设备的品牌产品,为系统稳定运行奠定基础。

(一)数据中心电力需求:

制订合理的系统设备配置和供电方案

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合理的系统配置方案是保障安全供电的基础,在制订方案过程中不能全听厂家多台并机的理想宣传。正常系统运行时每台UPS设备只负担40%~50%的负荷,保证有一定的冗余,一旦系统中某一台UPS发生故障,另一台或两台能全部担负系统的正常供电。在供电方案上选用双电源口的服务器,或采用双母线输出供电方式,消除供电瓶颈,确保供电安全。除此之外,对输出配电柜提出特殊要求,为避免输出空开故障,要求输出配电柜配置备用空开,防止空开故障导致的供电中断。

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避免过载使用UPS

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在使用UPS的时候还要计算负载的大小,要避免负载的过大或者过小,过大的负载会使UPS长期工作在超负荷状态从而缩短UPS的使用寿命;如果负载过小,UPS的工作电路长期工作在不正常状态,这对于UPS也是有一定危害的。

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合理的负载应该控制在50%到80%之间。实践证明,UPS输出负载控制在60%左右为最佳,可靠性最好。在UPS出现过载或逆变器故障时会转到旁路模式运行,此时UPS不具备后备功能,负载所用的电源是通过电力系统直接供应的。

(1)模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。 •单机柜负荷:2kW/台-3kW/台-4kW/台—更高;• 单位面积平均负荷:0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高;

严格验收

(2)可靠性要求——供配电系统的可靠性要求相应提高。 • 供配电系统可靠性:99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高;

在每个新建的UPS供电系统正式投入使用前对每台UPS电源设备均进行了各种状态下的综合测试,包括:单机半载试验、单机满载试验、单机过载试验、多台UPS设备并机满载试验、系统旁路运行试验、UPS在蓄电池供电状态下运行试验。特别是模拟假设系统中任一台UPS因故障退出运行时,其余UPS设备带满载运行的情况。同时在蓄电池工作状态下检测电池组自身放电质量情况及各种状态下UPS设备工作时的各部件温升等。

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加强统蓄电池的管理

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为随时了解和掌握UPS供电系统蓄电池组的质量情况,确保市电停电时系统供电安全可靠,没有良好的蓄电池组作备用或对蓄电池组自身质量存在的问题心中无数,那么系统中配置的蓄电池组会成为聋子的耳朵“摆设”,因而重视对UPS系统蓄电池的管理是确保系统安全供电的重要举措。

(二)数据中心机房供配电系统需求分析

交流稳压器的使用

随着数据中心的要求也不断提高,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,甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kVA每平方,提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方,甚至更高,数据中心用电负荷的统计应分为两个层次,即:UPS 供电系统负荷(输出)和市电供电系统负荷。

使用UPS电源后,不必再加交流稳压器。若一定要加,应加在UPS的前级,即市电先经交流稳压器,再经UPS,然后到负载。

市电供电系统负荷(输出)的统计主要包括:UPS 供电系统(输入)、机房精密空调系统、机房照明及建筑电气设备等。UPS供电系统负荷(输入)=供电负荷+充电负荷。机房精密空调系统负荷=N台主用空调机组额定负荷容量×负荷率。

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UPS供电系统负荷(输出)的统计主要包括:计算机设备、服务器、存储、网络设备、小型机等,在负荷设备明确时,按设备数据统计,具体负荷设备不明确时,按设备机柜平均负荷统计。设备机柜数量也不明确时,可按机房面积平均负荷估计。

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(三)数据中心机房供配电系统的布置

数据中心机房供配电系统主要设备有:UPS、电池、配电柜和柴油发电机等。这些设备单位占地面积、重量大,对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求,又要考虑空间和承重的需要,还要考虑对外界的危害。 数据中心机房供电系统应有独立的配电间、变配电所,UPS 电源机房应靠近设备机房(负荷中心)布置,这样能保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小。

UPS 电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔,按照数据中心等级的要求决定,另外还需要考虑到UPS属于大型设备,重量比较大,噪声大,需要摆放在一个承重比较好,并且不影响办公和休息环境的地方。配电柜位置的选择,主要考虑功能上的需求,配电柜应在满足功能分区的基础上,尽可能靠近供电负载。发电机房宜设置在地面一层,当发电机房设置于地下层时,应特别注意进、出风通道能否满足要求,应注意发电机组储油装置(日用油箱、储油罐)的消防要求。 变配电所、发电机房、UPS 电源机房均应留有足够的面积,可与设备机房同步发展,应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。于非专门设计用于数据中心的建筑,应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求,包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。

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(四)市电动力配电系统设计

市电动力配电主要用于供给机房精密空调设备、普通照明和给排风、维修插座、一般动力、UPS设备等。市电动力配电一般由大楼总配电柜馈出的动力供配电系统,采用50Hz交电,380/220V三相五线电源,TN-S接地方式,零线和地线分开设置且零地线之间电压小于1V。

一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源,条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时,宜为冗余关系,也可作为供电容量扩展关系,每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS电源系统、机房精密空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余,正常时应同时供电运行,两路电源在负荷设备输入端自动切换。

市电动力配电柜一般采用放射式配电直接配至各用电设备或电箱,机房内所有动力配电线缆必须设计桥架或钢管敷设,市电动力配电柜具有火警联动保护功能,出现火警时可与消防系统联动及时切断电源,动力配电柜、照明箱内的开关和主要元器件应设置有效的防雷措施。

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(五)自备应急电源系统设计

数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源,对于大型、高等级数据中心也可以选择可靠性高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气轮机发电机组。一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源,供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求,包括UPS 电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。

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