機房設計與設備安裝

柴油發電機組的高低壓配電系統設計方案

 

根據數據中心電氣設計相關標準，數據中心機房的等級可分為A級、B級、C級—A級為容錯型（系統A+系統B）；B級為冗余型；C級為基本型，A級等級最高，對用電源要求最為嚴格，本文就以烏蘭察布A級數據中心機房為例，對該數據中心的電氣系統設計進行詳細介紹。

 

一、數據中心機房案例

 

以烏蘭察布數據機房為例，數據中心機房為6層建筑，面積約為8400㎡，是當地規模最大、級別最高的數據中心及相應研發配套的公共服務設施。數據機房建成后將以銀行、保險、通信、軟件、服務外包企業為服務重點，集辦公、機房服務為一體，是具有良好基礎設施條件、網絡環境、技術支撐平臺和管理服務體系的高標準綜合服務外包基地，根據GB 50174-2008《電子信息系統機房設計規范》的相關規定，該數據中心機房劃定為A級：容錯級。

 

 

二、應急（備用）電源的規定

 

柴油發電機組主要作為應急（備用）電站。應急電站供電系統一般不允許與市電網并聯運行，因此，應急發電機組的主斷路器與市電供電斷路器間應設置電氣及機械聯鎖裝置，防止應急電站與市電網發生誤并聯。應急機組只有在市電停電時自動向應急負荷（即工程一級負荷）供電，當市電網故障斷電，應急柴油發電機自啟動運行以后，投入人用電的緊急負荷量不應大于柴油發電機組的額定輸出容量，首批自動投人的緊急負荷一般不宜超過發電機額定容量的70％，原由市電網供電的次要負荷，當市電斷電后應自動切除，另一部分緊急負荷應采用手動接通，以免應急柴油發電機自啟動運行后出現過負荷現象。發電機配電系統宜設置緊急負荷專用配電母線，一般采用放射式配電系統。應急電源與市電在電源端宜設置自動切換開關，對某些必須保證供電的重要負荷還應考慮當線路故障時，采用雙電源雙回路在負荷側（最末一級負荷配電箱處）自動切換。

在國家標準GB50045《高層民用建筑設計防火規范》中規定：消防用電設備的兩個電源或兩回線路，應在最末一級配電箱處自動切換。自備發電設備應設有自啟動裝置。

1、常用兩臺市電供電變壓器和一臺應急柴油發電機組的供電系統分三段母線，第三段母線為應急母線。接觸器114M和2KM設有電氣及機械聯鎖裝置。

2、在正常情況時，應急負荷由一段或二段母線供電，應急母線為備用。當兩路市電都停電時，應急柴油發電機組自啟動，自動向應急負荷供電。

3、大型工程有多個變電站，僅設一個兩臺柴油發電機組應急電站的供電系統。應急電站向各個變電站敷設配電專線，在正常情況下，應急負荷由各變電站供電，應急電站不工作。當某一變電站的市電電網因故停電時，應急電站的機組自啟動，向該電站的應急負荷供電，市電電網與應急電站在負荷側實施電氣和機械聯鎖。

 

三、供配電系統

 

數據中心機房內的機柜按一級負荷中的特別重要負荷供電，機房內的專用空調系統，環境和設備監控系統，消防設備及應急照明、安防系統用電、電梯等按一級負荷供電。

 

數據中心供配電系統采用2+2冗余，分別為兩路10kv高壓+UPS蓄電池組+柴油發電機。3路互為熱備+1路冷備（柴油發電機），兩路10kv電源采用分段單母線同時供電互為備用，當一路故障，另一路能保證該工程一級負荷中特別重要負荷及一級負荷用電；自備柴油發電機組為一級負荷中特別重要負荷的第三電源，數據中心設UPS，額定輸出功率按不小于各設備額定功率總和的1.2倍選擇，蓄電池組容量按15min配置，柴油電動機作為后備電源。

 

變壓器裝機臺數為7臺，總容量為8750kvA，其中數據機房部分6用1備，6臺專用變壓器中任何一臺故障，備用的一臺自動投入，柴油發電機房內設7臺1250kw的柴油發電機，數據機房部分6臺發電機和6臺變壓器做一對一的備份，一臺冗余。從高壓出線到變壓器，再到每層機房，數據機房部分采用“超級”放射式布線。數據中心機房供配電系統遠高于GB 50174-2008要求的A級（兩路互為熱備）標準。

數據中心配電系統圖

 

四、 數據中心機房配電解決方案

 

在數據中心機房供配電系統中，我們根據高低壓配電特別區別為高壓供配電系統和低壓配電系統，針對不同配電系統，我們將采取不同解決方案，下面我們將詳細講解針對不同的配電系統對應配備相應的應用方案。

 

1、高壓配電系統解決方案

 

根據對計算機系統主機停止運行的統計數據，近一半計算機系統主機停運是由電源停止供電造成的，電源包括市電電源、變配電裝置、變電所到機房的線路、UPS等，因此，電源及其供配電系統設計對提高數據中心機房供電可靠性起到十分重要的作用。

 

在本系統中采用的是2+2冗余，分別為兩路高壓+UPS蓄電池組+柴油發電機，3路互為熱備+1路冷備（柴油發電機），兩路10kv電源采用分段單母線同時供電互為備用，可為數據中心系統提供穩定可靠的供電電源，在具體應用方案中我們采用的是電力監控系統Acrel-2000，該系統可實現對中低壓柜上的保護測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏以及其他各種能通過通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監控系統的設備進行數據監控，在本系統中，主要采用的是電能質量分析儀表APMD系列和AM5微機保護裝置作為測控裝置，APMD系列集成了全部電力參數的測量，同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇，帶有RS485通訊接口，采用MODBUS-RTU協議可滿足通訊聯網管理的需要，帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的“遙信”和“遙控”的功能，還可選配大容量的SD卡用于保存各種故障信息和多達200條的SOT事件記錄。AM5系列微機保護裝置對供配電系統提供不間斷保護，一旦有故障發生、裝置能在40ms內斷開故障回路，保護一次設備和非故障回路正常運行，避免事故擴大。

 

2、低壓配電系統解決方案

由數據中心機房供配電系統圖中可見，我們采用的為放射式供電與樹干式供電相結合的配電方式，對于重要負荷：如機房、消防監控中心等設備采用放射式供電；對于一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式，一級負荷用電均采用雙路電源供電，消防相關設備用電末端互投，特別重要的負荷除雙路供電外，還應設柴油發電機組作為備用，后備柴油發電機的容量應包括不間斷電源系統，機房用空調和制冷設備的基本容量及應急照明和消防等關系到生命安全等需要的負荷容量。

根據低壓配電柜特點，在實施具體方案中，我們公司推出了低壓配電系統Acrel-2000（該系統可同時實現對高低壓同時監控），低壓配電系統主要采用的是ACR網絡電力儀表，其主要是針對電力系統、工礦企業、公共設施、智能大夏的電力監控需求而設計，它能測量所有的常用電力參數，如三相電流、電壓、有功、無功功率、電度、諧波等。由于該電力儀表還具備完善的通信聯網功能，非常適合于實時電力監控系統，該表具有很高的性能價格比，可以直接取代常規電力變送器及測量儀表。

3、精密配電柜系統解決方案

考慮到精密配電柜其進線回路電流一般都比較大，能夠達到幾百安培，出線回路電流都比較小，一般都在63安培以下，且負載路數比較多等用電特點，配備了準備針對精密配電柜開發的多回路監控裝置AMC16MH作為主體模塊的數據中心電源管理系統，本系統可通過實現對服務器末端的IT設備精細化管理，包括了對數據中心服務器電源的全方面的管理，可實現對三相總進線的母線電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能；84路出線電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能；可顯示累積的有功電能和增量電能、零地電壓、漏電流和零序電流等電參量的實時監控，并可通過RS485通訊連接到顯示終端和后臺配電管理系統進行遠程管理。

 

 

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