数据中心机房供电需求有哪些？供配电系统如何布置？(idc行业资讯)

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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。

数据中心典型高压供电架构

《数据中心设计规范》（GB50174—2017）规定：A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。

当前，国内数据中心无论机房外部市电电压等级为多少，机房内部的高压配电系统基本以2N架构的10KV系统为主，且随着信息技术的发展，数据中心容量规模也越来越大，大型数据中心基本配置高压柴油发电机作为备用电源。其中典型架构如图1所示。

图1 供配电系统典型架构

在上述供配电系统架构中，为避免日常状态下备用电源启用对电网的影响，通常对市电电源与备用柴油发电电源进行逻辑与机械互锁的设计，形成“2N+1”的两路市电主用电源与柴油发电机系统备用电源供电架构，此架构的稳定性、可用性较高，在当前数据中心建设中广泛使用。

数据中心机房供配电系统需求分析

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。

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。

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。

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。

柴油发电带载测试出现的问题

数据中心柴油发电机带载测试时，存在重要业务机房的供电安全问题，这一直是运维人员头顶悬着的“一把剑”。笔者认为，这是供配电架构、市电与柴油发电机切换逻辑、不间断电源蓄电池后备保障时长等因素决定的。

《数据中心设计规范》（GB50174—2017）规定，2N系统的两路市电与柴油发电机为主备关系，一般市电与柴油发电机的逻辑关系为当两路市电都停电时，柴油发电机启动对后端负载进行供电保障。因控制逻辑判断、信号接收、断路器分合闸动作等时延因素，在市电切换柴油发电机的过程中，存在几十秒甚至数分钟的时间差。在某数据中心实测，10KV高压ATS切换系统市电停电切换至柴油发电机供电用时约19秒；市电来电恢复，柴油发电机切换至市电用时约16秒。在市电与柴油发电机相互切换的停电过程中，负载业务的供电由交流或直流不间断电源的后备蓄电池进行保障。《数据中心设计规范》（GB50174—2017）规定，当以柴油发电机为后备电源时，A级数据中心蓄电池最少备用时间为15分钟。理论上不间断电源蓄电池的后备保障时长，足以保障市电与柴油发电机的切换时间。

众所周知，蓄电池是通过内部化学反应的方式进行充放电，其为一个极不稳定的故障点。在笔者多年的电源维护工作经历中，曾遇到过上个月刚做完全蓄电池容量测试且数据显示电池组放电性能良好，次月在柴油发电机带载应急演练市电、柴油发电机切换过程中，部分电池组中因个别单体电池故障，影响后端业务供电正常的情况。个人认为此种情况并非个例，特别是在蓄电池组接近报废年限的不间断供电系统中，问题尤为突出。因此，数据中心机房柴油发电机带负载运行给运维人员带来的压力可想而知。

通常的解决方案

为避免上述情况的发生，目前国内通常的做法是在数据中心建设初期，配置一套假负载装置，以供后期运维油机带载测试。此方法对小型数据中心而言比较适用，但大中型数据中心容量较大，一般都配置10多台甚至数十台高功率柴油发电机进行并机，以满足后端负载供电；而假负载装置的容量一般仅能满足单台油机满负载带载测试，无法满足柴油发电机整个并机系统的满负载测试，因而达不到测试要求。此外，与真实负载存在变化与波动相比，假负载的电能性质及负载容量比较稳定，因此，假负载带载测试无法真实测试数据中心柴油发电系统是否满足供电要求。

总结：

数据中心供配电系统是数据中心最重要的基础设施，应在数据中心建设初期予以统筹考虑和全面规划，并根据数据中心对供电可靠性的要求，在供电电源选择、供配电系统布置、供配电系统结构和形式等方面采取相应的技术措施。同时，还应充分运用成熟有效的节能措施，降低供配电系统的损耗。若数据中心中存在不同等级的功能区域，在供配电系统设计中也应区别对待，以减少不必要的建设投资和运营成本。

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