集装箱式数据中心供配电系统设计

2017-06-21潘代华徐迅湖北广播电视台

视听界(广播电视技术) 2017年3期

关键词：供配电机房集装箱

潘代华徐迅郑妍湖北广播电视台

集装箱式数据中心供配电系统设计

潘代华徐迅郑妍湖北广播电视台

本文以省级广播电视台集装箱式数据中心机房供配电系统设计为案例，分析了供配电系统设计应遵循的原则，介绍了供配电系统设计方案，给出了负荷计算及设备选型的方法。

数据中心供配电设计负荷计算设备选型

1. 引言

近年来，随着云计算、大数据等技术的实现，许多大型企业为满足自身发展需要，开始建设自己的数据中心。集装箱式IDC机房因其占地面积小、布置灵活、建设周期短，正越来越多的得到广泛应用。本文结合湖北广电长江云集装箱式数据中心机房的建设，介绍IDC机房供配电系统的设计。

2. 项目简介

长江云集装箱IDC机房位于湖北广播电视台彩电中心电视大楼东南角，占地面积仅100平方米，由华为技术有限公司设计。机房内部安装有32台标准机柜，并配备视频监控、消防报警等配套设施。空调室外机安装在集装箱顶部，UPS电源安装在独立的房间。机房建成之后，在里面搭建湖北广电新媒体融媒平台，汇聚全省政务信息，实现频道节目制作、新闻资源共享。

3. 数据中心分级

根据《电子信息系统机房设计规范》，数据中心机房可划分为A、B、C三个级别。长江云集装箱IDC机房按照A级机房设计，机房内IDC设备用电按照一级负荷中特别重要负荷设计，空调用电按照一级负荷设计。规范规定： “A级数据中心机房基础设施设计应按照容错系统进行设计，在信息系统运行过程中，场地设施不因操作失误、设备故障、外部电源中断以及维修、检修时误操作而导致信息系统中断运行”。

4. 设计原则

按照数据中心和负荷分级要求，本项目供配电设计遵循以下原则：

(1)安全可靠。数据中心安全可靠的运行是供配电设计的最基本原则。

(2)容错。应穷尽一切可能会发生的错误，采用必要措施，防止错误的发生。

(3)冗余。应充分考虑必要的冗余，保证设备检修、设备维护不影响系统正常运行。

(4)接线简单。系统接线尽可能简洁明了。

5. 供电方案

5.1 系统结构

长江云集装箱数据中心供配电系统如图1所示。

图1 长江云集装箱IDC机房供配电系统图

5.2 供电电源

5.2.1 10KV供配电系统

长江云数据中心机房供电电源取自10KV中心配电室，相距约150米。中心配电室10KV供电系统分别从两个不同变电站，沿不同的路径引入两路10KV专线至中心配电房的主备电源进线柜，10KV母线采用单母线分段运行。当其中一路市电发生故障，通过母联开关切换，由另一路市电带全部一级负荷。5.2.2 380V低压配电系统

10KV中心配电房配置有4台变压器，2台500KVA工艺专用变压器通过单母线分段运行，互为备用，专供一级负荷中的特别重要负荷。2台1600KVA动力变压器通过单母线分段运行，互为备用，主要供动力、照明。4台变压器平常各带50%的负荷，当其中1台变压器发生故障，通过母联开关切换，由另1台变压器将全部负荷带上。

从2台500KVA的变压器馈线柜各引一回380V电源至IDC机房，1回路送至UPS电源输入柜，经过UPS电源后送至集装箱机房的1号交流列头柜，再分别送至各机架PDU，向设备供电。1回直接送至2号交流列头柜，再分别送至各机架PDU，向设备供电。

从2台1600KVA变压器的馈线柜分别引2路独立的380V电源至UPS电源室的动力进线配电柜，再引6回低压线路至IDC机房空调配电箱的ATS切换开关，向6台精密空调供电。

5.3 UPS电源系统

按照《广播电视安全播出管理实施细则》规定：省级广播电视属于一级安全播出保障等级，一级主要播出负荷应采用UPS电源供电。本项目配置一台模块化UPS电源，后备时间30min，向IDC机房设备供电。

5.4 自备发电机系统

中心配电房配置2台1000KW柴油发电机互为备用，发电机输出电源经过ATS切换开关分别接入2台500KVA变压器的进线柜。当两路市电同时停电时，发电机可在1分钟内完成启动，原2台500KVA变压器所带全部负荷通过ATS切换开关切换到发电机电源上，由发电机供电。

6. 主要设备选型

6.1 UPS电源

集装箱IDC机房内部共安装IT设备机架24台，每台机架可提供7KW功率输出，需要系数取0.8，则计算额定功率为134KW。

UPS设备输出有功功率按公式（1）计算：

6.2 空调设备

空调的制冷量根据机房冷负荷来确定，一般依据经验采用“功率及面积法”计算。计算如式（2）：

其中：Qt-总制冷量（KW）；Q1-机房内设备负荷，Q1=设备功率×0.8；Q2-机房环境冷负荷，Q2=（0.12～0.18kW/m2）×机房面积。

根据公式计算得空调冷负荷为113KW，按照n+2冗余方式配置6台精密空调，每台制冷量35KW，常用140KW，可满足机房制冷需求。

6.3 电缆

（1）UPS电源输入电缆

UPS输入电流计算如式（3）：

其中，整机效率取0.8，输入功率因数取0.99。根据公式计算得UPS电源输入电流为：326A。

为提高UPS电源系统的运行效率，尽可能延长UPS电源的使用寿命，用户负载一般仅占UPS输出功率的60%-70%。根据本项目实际情况，安全系数取：0.9。

同时考虑UPS的充电电流(一般取UPS电源输出功率的10%，本项目取30A)，则UPS电源输入电流计算得：323A。

查电气工程设计手册，环境温度25度时，ZRYJV-4*240+1*185规格电缆在空气中敷设载流量507A，考虑环境温度修正系数、穿管系数后，允许载流量359A，符合输入电流计算要求。因此，输入电缆选用：ZR-YJV-4*240+1*185。

（2）空调电源输入电缆

本项目6台精密空调，每台13KW，合计空调总功率：98KW。计算电流为185A。查电气工程设计手册，电缆环境温度25度时，ZR-YJV-4*120+1*70规格电缆，在空气中敷设时的载流量为285A，考虑环境温度修正系数、穿管系数后，允许载流量228A，符合输入电流计算要求。因此，输入电缆选用：ZR-YJV-4*120+1*70。

6.4 断路器

开关额定电流选择原则如式（4）：