金融行业数据中心供配电系统设计的优化研究

康孝，李湖，张义鹏

（湖南省邮电规划设计院有限公司，长沙 410001）

金融行业数据中心供配电系统设计的优化研究

康孝，李湖，张义鹏

（湖南省邮电规划设计院有限公司，长沙 410001）

承载金融信息化业务的数据中心更注重高可靠性和维护便捷，金融企业在自建或合作建设数据中心时应着重考虑供配电系统设计的优化。鉴于目前金融行业数据中心建设存在一些不足，有针对性的提出了简化供配电系统结构和采取主用“UPS+市电”方式供电的优化措施。

金融数据中心；供配电设计；高可靠性

随着金融行业信息化水平的不断提高，掌上银行、掌上证券、掌上理财、银行自助缴费等业务蓬勃发展，越来越多的金融企业选择自建数据中心来满足不断增长的信息化业务需求。与此同时，金融行业信息化技术体系发展则相对滞后，目前我国通用的数据中心普遍难以满足金融业务高可靠性和高保密性要求。金融行业数据中心的高保密性要求可以通过加强安全防范、设置机房屏蔽、增设网络防火墙等措施进行改进，而要提高其可靠性则必须对数据中心的设计进行优化，优化的关键又在于提高数据中心供配电系统的稳定性。

本文总结目前金融行业数据中心供配电系统设计中存在的不足之处，通过简化供配电系统架构、提高容错能力和降低设备故障影响，最大程度的提高数据中心供配电系统的可靠性。

1 金融行业数据中心供配电系统存在的问题

1.1 设计标准对供配电系统的指导作用有限

国际上，数据中心供配电系统的设计主要依据由美国国家标准学会和美国通信工业学会颁布的《ANSI/ TIA-942-2005数据中心通信基础设施标准》。该标准按照可用性指标将数据中心从低到高分为T1-T4等4个等级，其中T4为最高级别，达到故障容错的性能要求，国内参考该标准时普遍按照T3级别建设，达到可在线维修的性能要求。

在我国，数据中心供配电系统的设计主要依据国标GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》。该标准根据机房的性质、管理要求和重要性将电子信息机房分为A、B、C 3个等级，其中A级为最高级别，对应国家级重要部门的机房，根据条文说明，银行总行的数据中心亦应按照A级机房建设。

目前，我国金融企业建设数据中心主要依据GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》、 09DX009《电子信息系统机房工程设计与安装》和企业自行编制的相关标准。国标及图集的使用范围很广，从通信行业、电力行业、广播电台到政府及军事部门，其对金融行业的指导作用有限。企业自行编制的计算机机房建设指导意见主要参考国标和内部技术人员的运维经验，也与金融企业所要求的供配电系统可靠性存在一定的差距。所以，我国的金融企业普遍采用自建数据中心同时租用电信运营商的IDC机房作为灾备中心的方式承载其业务平台。

1.2 自建数据中心供配电系统存在缺陷

金融企业一直采用向电信运营商购买服务的方式建设自身的信息化系统，包括电子结算系统、办公自动化系统、ATM自助服务系统等。随着金融信息化业务的迅猛发展，出于对数据安全和经济效益的考虑，金融企业逐渐开始自建数据中心。相对于运营商，金融企业自建的数据中心存在诸多不足之处，其中供配电系统可靠性较差是最突出的问题之一。造成这种局面，一方面是因为金融行业数据中心建设标准体系相对滞后，另一方面是因为很多自建数据中心不是由专业的通信电源设计单位进行设计。

供配电系统存在缺陷是金融企业自建数据中心可靠性达不到预期的关键问题，该问题归根结底还是要通过优化供配电系统设计来解决。

2 金融行业数据中心供配电系统设计的优化措施

金融行业数据中心存放和处理关乎国计民生的核心数据，应根据业务规模采用相对集中方式建设，银行总行应按照A级电子信息系统机房进行建设。本文将对银行总行数据中心进行优化分析，支行数据中心可参考其优化思路和方法。

优化金融行业数据中心供配电系统设计的核心思路是简化供配电系统架构、降低设备故障影响和提高容错能力，主要的优化措施包括通过简化高低压配电系统结构和采取主用“UPS+市电”方式冗余。

2.1 高低压配电系统的优化设计

根据《电子信息系统机房设计规范》，A级机房的供电系统要满足容错要求配置，并在国标图集09DX009《电子信息系统机房工程设计与安装》中对A级机房供电系统结构进行了细化。供电系统的主要技术要求，如表1所示。

表1 A级机房供电系统主要技术要求

在满足上述规范要求的前提条件下，我们对高低压配电系统进行优化，具体措施包括低压隔离设计和取消油机并机，优化后的高低压配电系统结构，如图1所示。

2.1.1 低压系统隔离设计

常规的A级数据中心在高压侧采用自动或手动方式切换两路市电，再在低压侧设置两台变压器的母联开关进行手动切换。低压侧母联的作用是当一台变压器或其接线故障时，把掉电的低压配电柜与另一台正常运行的变压器连通。实际上，这并不是最优的供电方式，采用低压系统隔离设计可使供电可靠性更高。

简化配电系统结构。低压系统隔离设计取消了低压母联，使供电系统更加简洁实用，在一路市电中断时，启动柴油发电机保证掉电的变压器正常运行，运维人员不必立即赶到高低压配电间进行高压或低压母联操作，减少发生误操作的可能性。

减少设备故障的影响。低压系统隔离设计取消了低压母联，避免了母联切换器件故障的影响。大中型数据中心一般采用1 600 kVA及以上容量规格的变压器，低压母线额定电流在2 000 A以上，低压母联一般采用框架式断路器作为操作机构，为低压侧开断电流最大的开关电器。母联断路器对生产工艺和稳定性要求非常高，其故障可能会导致切换不成功甚至引起正常供电的一侧保护装置误动作而掉电。

综上，设置低压母联的益处不显著，而潜在危害的较大，故建议金融行业数据中心采取低压系统隔离设计。

图1 优化后的高低压配电系统图

2.1.2 取消备用油机并机

常规的A级数据中心采用低压柴油发电机组作为后备保障电源时，为实现N+1备份，经常采用柴油发电机组并机发电的后备电源方案。柴油发电机组并机具有操作复杂、并机时间长、母线电流大等突出缺陷。

本文提出的解决方案取消了柴油发电机组并机，具有结构简单操作方便等特点，可极大的提高应急发电的可靠性。金融行业数据中心的市电引入、高低压配电系统等均按照高可靠性要求配置，需要柴油发电机组作为后备电源使用的频率极低。因而建议柴油发电机组采用N备份，每台油机对应一台变压器并采用ATS开关自动切换，以提高柴油发电机组在市电故障情况下的及时性和可靠性。

单路市电或变压器故障情况下，IT负载由UPS保证不间断供电，油机马上自动启动并在UPS蓄电池放电截止前完成市电油机倒换，待油机稳定供电后，再视情况决定是否需要将高压联络开关闭合。能减少故障的传导，极大提高应急发电可靠性。

未优化的高低压系统在单路市电或变压器故障情况下，IT负载由UPS保证不间断供电，需判断是否可以执行高压联络开关闭合操作。即使经过检查，这时执行高压母联操作还是可能会因故障一侧内部短路导致正常供电的另一侧高压跳闸，相对于优化后的油机自动切换方案，少了一个实验过程。

综上，取消备用油机并机并采用油机自动切换方式，可减少后备电源投入时间、降低并机母线电流和优化操作运营流程。

2.2 UPS供电系统的优化设计

按照国标A级机房建设的数据中心UPS系统应按照2N或2（M+1）冗余设计，金融行业数据中心UPS供电系统的优化设计在此基础上进行。UPS供电系统面临的主要问题是UPS系统故障率相对较高影响IT设备供电可靠性，本文提出的具体优化措施包括10 kV专线引入和“UPS+市电”供电方案。

金融数据中心的市电引入要求应比普通数据中心更高，只有充分利用10 kV专线在供电可靠性和电源质量上的优势方可从根本上解决UPS系统故障率相对较高的问题。

建设金融数据中心时，引入多路10kV市电时均应按照专线标准，提高市电引入的质量比提高备份油机数量效果更好。公用市电具有电压随季节或昼夜波动大、停电检修较频繁且无规律、波形畸变大等缺陷，对油机的依赖性较高。采用多路专线市电引入可以减少油机的使用，更重要的是可以减少对UPS的依赖，进而减少UPS系统的故障对IT设备供电可靠性的不良影响。

UPS系统故障率较高一直是通信电源领域棘手的问题，而造成UPS系统故障率高的原因多样化，从工作原理、设备制造到运营维护困难。由于UPS系统故障率相对较高，当前业内兴起了240 V/336 V高压直流系统的推广应用，而240 V/336 V高压直流系统也只是解决了UPS系统的一些不足，无法从根本上解决半导体元器件及工作原理上存在的不足。

为了提高UPS供电系统的可靠性，采用“UPS+市电”显然是当前技术制造水平的最优解决方案。与UPS系统的技术演进相比，全国的电网供电取得了突飞猛进的发展，专线供电在停电频率和电能质量方面都与UPS输出无明显差异。另一方面，真空断路器、框架断路器、塑壳断路器等通用开关电器的制造工艺日趋完善，通过遴选的开关电器次品率和故障率都处于极低水平，在市电正常的情况下，采用市电直供的可靠性比UPS系统供电更可靠。

面对UPS系统的主要功能弱化为保证IT设备在市电突然中断时不出现“闪断”这一事实，我们采取“UPS+市电”方式对UPS供电系统进行优化设计。优化后的UPS供电系统仍按照2N系统设计，1UPS主机和2UPS的手动旁路作为主用回路，在1UPS主机故障情况下切换为由2UPS主机和1UPS手动旁路供电，为缩短切换时间可在UPS配电柜内设置ATS开关，如图2所示。

图2 优化后的UPS供电系统图

3 结束语

金融行业数据中心的重要性不言而喻，建设时应着重考虑采取优化措施来提高其稳定性，而提高供配电系统的可靠性显得尤为重要。本文提出的优化措施在当前设备制造水平下具有现实的指导作用，随着经济技术条件的不断发展，金融行业数据中心供配电系统设计应不断进行优化，与时俱进方能使金融信息化业务更加安全、可靠和便捷。

[1] ANSI/TIA-942-2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers[S]. Telecommunications Industry Association, 2005.

[2] GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范[S].

[3] GB 50052-2009供配电系统设计规范[S].

[4] 韩宇. 论我国金融业信息化的发展策略[J]. 时代金融，2012 (7):165.

[5] 张广明. 现代数据中心供电系统设计理念的变化[J]. 智能建筑与城市信息，2013(6):24-30.

[6] 郭彦申，李进壮，王晓峰. 数据中心设备供电体系研究[J].通信电源技术，2014(1):44-46.

[7] 魏华，衣斌，柳蕊. 数据中心高压直流供电架构的优化研究[J].通信电源技术，2014(3):78-82.

News

中国移动通信集团设计院项目喜获中国电子学会科技进步三等奖

近日，在中国电子学会举办的第十二届中国电子信息技术年会上，中国移动通信集团设计院研究开发所“无线网络规划仿真云”，“小微站高保真信号模测系统研发及应用”两个项目荣获中国电子学会科学技术进步三等奖。

无线网络规划仿真云是中国移动通信集团设计院多年来在无线网络规划仿真研发方面不断创新、勇于攀登的集中体现，在中国移动无线网络规划建设中发挥了重要作用。小微站高保真信号模测系统研发及应用解决了模测信号高保真及设备便携性的问题，在模测系统精确性、小型化等方面起到了重要的推进作用。此次两个项目在众多参评项目中脱颖而出荣获中国电子学会科技进步三等奖，正是对中国移动通信集团设计院在通信网络规划建设领域发挥引领作用的充分肯定！

(本刊讯)

Research on improving the design of power system for financial data center

KANG Xiao, LI Hu, ZHANG Yi-peng
(Hunan Planning & Designing Institute of Post & Telecommunications Co., Ltd., Changsha 410001, China)

High reliability and easy maintenance are two most important factors to a fi nancial data center, so it is worth to improve the design of power system when building a data center for fi nancial use. Facing the disadvantages now, it’s necessary to simplify the structure of power system and adopt the UPS+Bypass power supply mode.

fi nancial data center; design of power system; high reliability

TN86

A

1008-5599（2017）06-0045-05

2017-01-12