浅析配电系统在某银行数据中心机房改造项目中的应用

关键词：数据中心机房；不间断电源（UPS）；电源列头柜
1数据中心机房供配电系统的内容、负荷分类及供电可靠性的实现
1.1供配电系统的内容、负荷分类
        本工程为省级银行的信息中心机房，供配电系统的内容有照明用电、空调用电、计
算机系统用电及防范系统用电等。其中计算机系统和安防系统用电属一级负荷中的重要负荷，所以机房的空调用电属一级负荷；机房照明由于其重要性也属一类负荷的照明（并设备用照明）。
1.2计算机系统供电可靠性的实现，如下图。
 


                                                                            图 1 机房配电工房系统

                                                                                   图 2 机房配电工房系统
       作为机房重要的配电系统，计算机系统和安防系统采用 UPS 配电系统来完成传统的配电功能。机房的机柜较多，供电容量较大，再根据甲方对供电可靠性的高要求，采用两套UPS 配电系统来供电。如图 1，平时的工作电源采用市电，备用电源引自发电机房专用供电回路，经过双电源切换装置（ATSE1）后进入UPS的输入配电柜，再经过 UPS(包括主机和电池)，至输出配电柜输出配电柜采用放射式供电为电源列头柜（指放在计算机柜头部的用于分配电能的机柜，俗称列头柜，起到配电、监控、测量、保护、告警等功能）、安防用电和计算机维修电源等供电。为防止计算机系统受雷电流的破坏，在 ATSE 后接入浪涌保护器；为进行 UPS 的维护检修时不影响计算机系统的正常供电，ATSE1(2)应为具有旁路功能的转换开关。
       需要指出的是，为加强供电的可靠性，我们把四台电源列头柜、维修电源、安防用电的工作和备用电源平均分配到两套 UPS 的配电回路，即采用“N+1”型冗余并机方案。这样，如果一台 UPS 配电系统出现问题，在并机信号的调控下，此台 UPS 将会“自动脱机”，由另 N 套 UPS 系统能给所有的负载供电。
      采用“N+1”型冗余并机方案，供电可靠性已经很高，可实际使用中仍存在从 UPS 输出端到用电设备输入端的线路故障，如断路器跳闸或不慎短路等。有效的方法是配置 UPS“双总线输出系统”。如图 1、图 2，每台 UPS 的负载，如电源列头柜、维修用电等均会在另一台UPS 有备用回路。当一路电源出现故障时，电源列头柜会通过负载自动切换开关（LTS）、维修用电设备会通过静态切换开关（STS）来切换到备用回路以继续正常工作。
1.3空调用电和照明用电
       机房空调用电和机房照明用电作为一级负荷，取自另一个市电和发电机双电源切换箱的出线回路。机房的一般区域照度值不小于 500lx,辅助机房区照度值不小于 300lx,显色指数 Ra 值不小于 80。机房照明灯具自带蓄电池，市电断电后持续供电时间 180min，这样就可以满足发生火灾时的备用照明的要求。
2 UPS配电系统功率的确定
2.1 UPS 配电系统功率计算
      UPS 配电系统的主要负荷为电源列头柜，故列头柜的功率决定着 UPS 主机的供电容量，如图 3。

                                                      图 3
       本工程以服务器机柜居多，故平均每个机柜取值约 4kW 左右。一列机柜 15 个，共有 4 列。安防系统用电和维修电源功率均为 10kW 左右，UPS 的功率因数取 COS=0.8 需用系数 Kx=0.9。于是有每套 UPS 主机的总功率：Kx*（4kW*15*2+10kW）=117kW，117/ COS=146.3kVA。这样，每套 UPS 配电系统我们可以选用容量为 80 kVA 的两台 UPS 主机并机供电（内置同步功能）。两套 UPS 配电系统共有4台 80kVA 的主机。每台主机需要电池柜若干，所以对于输入/输出配电柜、UPS 主机、电池柜的放置需要占用机房的不少面积。这个在此暂不详细讨论。
2.2 UPS 配电容量的扩充
        因本工程为机房改造，供电负荷均比较明确。对于一般新建机房工程，考虑到网络设备的快速发展，运算速度越来越快，单位体积的耗电量越来越大，以及其他弱电设备的用电，为满足 3~5 年的发展需要，应充分考虑到机房的扩容问题，即UPS的配电容量应有一定的扩充。
3机房的防雷接地系统
3.1机房的等电位连接
        现行国标推荐计算机房采用联合接地方式，接地电阻<=1 欧。机房内设等电位联结板，机房内各弱电设备机壳、弱电线路桥架、保护套管及线缆金属外皮等均与等电位端子联结板就近连接。具体做法如下：采用 30mm*3mm 的铜带（等电位连接带）沿机房四边墙线敷设，并将活动地板金属支撑管脚做多点重复接地焊接，金属门窗、天花龙骨、各弱电设备机壳、弱电线路桥架、保护套管及线缆金属外皮等等也与机房的等电位连接带采用 M 型等电位连接。此网格型等电位连接带与每个机柜至少有两处焊接，且两条连接带长度不同。机房的等电位连接带多点连接至等电位联结板，联结板再与楼层电气竖井的等电位端子联结板用 BV-1×32mm2穿 SC20 管连接。
3.2机房的防雷
         低压配电系统和电子信息系统容易受到雷电流的干扰影响甚至损坏设备。所以在建筑物的变配电房低压进线柜处设浪涌保护器，在机房配电柜进线处设二级浪涌保护器，在电源列头柜内采用带防雷功能的电源插座，作为第三级保护。
4安科瑞ANDPF列头柜介绍
4.1产品介绍
        随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。AMC系列数据中心配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供准确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。
4.2安科瑞配电产品解决方案
1）交流系统
功能要求
遥测：输入分路的三相电压、三相电流、频率、有功功率、有功电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，缺相，过流，频率过高/过低，输入分路的开关状态，具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、频率等参数的越限报警功能。
配置方案如图4，

                                                                        图4 交流系统配置方案
2）直流系统
功能要求
遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态，具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
配置方案如图5，

                                                                              图5 直流系统配置方案



4.3产品选型
 

外形及尺寸	型号	功能
	AMC16Z-ZA	测量A+B独立2路交流三相总进线的母线电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、有功电能、零地电压、中线电流+6路无源开关量输入+2路开关量输出+1路RS485通讯+2-31次谐波
	AMC16Z-ZD	测量A+B独立2路直流总进线的母线电压、电流、有功功率、有功电能+6路无源开关量输入+2路开关量输出+1路RS485通讯
	AMC16Z-KA	A+B独立2路单边各24路有源开关状态
	AMC16Z-KD	A+B独立2路单边各24路无源开关状态
	AMC16Z-FA	测量A+B双路交流出线共48路的全电参数和开关显示状态、1路RS485通讯
	AMC16Z-FD	测量A+B双路直流出线共48路的全电参数和开关显示状态、1路RS485通讯

                                                         表1 列头柜产品选型表
5安科瑞智能小母线监控系统介绍
5.1产品介绍
          针对数据中心智能小母线的监控要求,安科瑞推出了AMB系列小母线监控解决方案，该方案包括采集模块、配套附件、监控系统,能对母线运行过程中的各种参数进行监控，发生故障则进行告警，以保证系统稳定运行。
AMB检测单元是针对数据中心智能小母线插接箱/始端箱的监控要求新设计的产品，该检测单元安装固定在插接箱/始端箱内部，插接箱/始端箱采用特别的方式与母线连通，它集成全部电力参数的测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数)以及电能监测和考核管理。同时可以实时监控母线接口温度，配合2路Rs45通讯接口（1进1出）或LORA无线通讯，采用MODBUS-RTU协议可以方便可靠的将监测数据上传至主控箱和后台系统，保证系统可靠运行。
5.2产品选型
安科瑞智能母线测控仪表选型如表2，
 

型号 检测模块	基本功能	选配功能
AMB100-A	三相交流回路的全电量测量、2-63次谐波测量、1路漏电流、8路温度、1路湿度、需量、中性线电流、零地电压、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485。	/W(LORA)
AMB110-A	三相交流回路的全电量测量、2-63次谐波测量、1路漏电流、4路温度、1路湿度、需量、中性线电流、零地电压、2路开关量输入，1路RS485。
AMB100-D	直流1回路的全电量测量、1路漏电流、4路温度、1路湿度、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485
AMB110-D	直流3回路的全电量测量、3路漏电流、4路温度、1路湿度、2路开关量输入、2路开关量输出，1路RS485。

                                                               表2 安科瑞智能母线测控仪表选型表
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系统、D-直流系统可选配AMB10显示器，显示器只循环显示电压、电流参数。
6结束语
          随着网络技术的发展，计算机房信息处理量日益变大，供电系统的容量和要求也比以前有了很大的提高。这样，就需要我们更关注计算机的动力来源-配电系统。要想它能较好的运行，管理人员定期对它的保养、维护以及检修也是必不可少的。

【参考文献】
[1]张成泉.《机房工程》[M].北京：电力出版社，2007.
[2]凌玲.浅析某银行省级分行数据中心机房改造的配电系统设计[J].城市建设理论研究，2013（10）：63-66.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

作者简介：
王蒙蒙，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为数据中心配电监控系统。