刍议IDC数据中心供配电系统建设

上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司 张孝刚

随着信息化社会步伐的不断加快，IDC作为高科技时代的产物日新月异。IDC数据中心信息存储巨大，如果缺乏稳定的供电配备会导致数据中心宕机，而断电停机意味着利益的直接损失[1]。香港之所以成为许多高端数据中心的首选位置，就是因为其具有稳健的世界级电力供应网络和供配电系统维持高水平供电可靠度[2]。一家合格的数据中心必须具备持续不间断运行的特性，电力作为基本的运行要素就一定要考虑电气冗余，当发生紧急情况时，必须要采用2NUPS和15分钟备用电池支持在紧急情况下发电，以此防止机房运行中断，保障数据中心24小时持续运作。

1 IDC数据中心内涵及机房供配电系统验收要求

IDC即互联网数据中心，其主要为ICP、企业、媒体和各类网站提供服务器托管、空间租用、网络批发带宽、ASP、EC等业务，具有服务规模大、质量高、安全可靠、专业化程度高的特点。随着电子商务的迅猛发展，IDC已成为现代数字化社会不可或缺的一部分，企业用户会把越来越多的业务通过IDC来处理，这也使得企业更好的节约成本，提高效率，无需高薪聘用开发和维护人员、无需建机房和系统也能获得自己所需的专业服务品质。IDC机房拥有大量的电子计算机、存储和网络等完善设备，机房按照功能区间划分为数据机房、配套机房、网络接入间、测试区、监控中心、打印室等，这些数据设备需要进行专业化运行、维护才能使IDC数据中心整体运转[3]。

IDC数据中心供配电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，每个系统相互交叉影响，供配电能否正常稳定是确保其他系统发挥作用和核心业务正常运行的保障。根据机房的使用性质和管理要求及其在经济和社会中的重要性，国家标准《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)将机房分为A（容错型）、B（冗余型）、C（基本型）三级，每个级别对供电的要求不尽相同。同时，依据《电子信息系统机房施工与验收规范》(GB50462-2008)对IDC数据中心机房工程施工安装方面进行质量管理，以达IDC机房工程统一施工目标及验收要求，保证IDC工程质量，以及各级机房供配电系统的可用性和安全性。

A、B、C三级别机房供电要求分别为（N为基本需求；N+X冗余为系统满足基本需求外，增加了X个单元、X个模块或X个路径）：供电电源。A、B级两个电源供电且两个电源不应同时受到损坏，C级两回线路供电；变压器。A、B级M（1+1）冗余（M=1、2、3…），C级N；后备柴油发电机系统。A级N或（N+X）冗余（X=1…N），B级N、供电电源不能满足要求时，C级时间满足信息存储要求时可不设置柴油发电机；后备柴油发电机的基本容量。A、B级应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容量、应急照明和消防等涉及生命安全的负荷容量；后备柴油发电机燃油存储量。A级72h，B级24h；不间断电源系统配置。2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4…），B级（N+X）冗余（X=1…N），C级N；不间断电源系统电池备用时间。A、B级15min、柴油发电机作为后备电源时，C级根据实际需要确定；空调系统配电。A级双路电源（其中至少一路为应急电源）、末端切换、采用放射式配电系统，B级双路电源末端切换、采用放射式配电系统，C级采用放射式配电系统。

2 IDC数据中心供配电系统建设

2.1 项目概况

该大型电子商务企业发展迅猛，对于IDC需求迅速增加，必须以机房建设标准规定要求为依据，建设符合该企业业务发展需求的IDC机房，保证数据中心在建设和运营等方面的质量和性能能满足该企业业务发展和运营稳定。其中机房的供配电是该企业IDC发挥作用的重要系统之一，数据中心供配电系统包括市电供电、防雷接地、防静电、USP不间断供电和柴油发电机等，机房施工应对电气装置、配线及敷设、照明装置等进行质量控制，所有数据中心建设和运营均按照设计规范要求进行。

2.2 设计布置

根据用户提出的技术要求和实地勘察，根据国家相关标准和规范对数据中心机房供配电系统进行总体设计。该企业为大型IDC机房，服务节点数在10万以上，其构成包括多个不同级别机房，按照高级别IDC机房供电要求配置，即A级/T4级机房，由2个来自不同变电站的2个电源供电，1用1备用或2用互备用，2个电源不应同时损坏；所有模块、系统和路径都设计为2（N+1）配置，各机房楼层都有变压器和配套UPS不间断电源进入，电源模块配置与模块机房相对应。对于重要负荷供电，如空调均采用由两台不同变压器、不同母线段放射式双电源供电，且供电线路与出电开关可互为备份。采用高级别IDC机电供电，要求配置每个电源均要满足整个建筑及IDC机房全部重要负荷的用电要求。

2.3 IDC数据中心供配电系统建设

2.3.1 设备功能区划分

本工程供配电系统设置独立的配电间和变配电所，考虑到UPS、电池、配电柜和柴油发电机等供配电相关的设备占地面积大、重量大，必须对其摆放位置从功能和空间、承重、外界的危害等几方面进行确定，同时为尽可能降低从UPS输出到用电设备间的压降和损耗，UPS电源机房布置在靠近设备机房的位置。以数据中心等级要求为依据，对UPS大型设备重量、噪音等进行综合考虑，将UPS电源主机、配电柜与蓄电池阻分隔，并在承重较好的位置放置。

配电柜满足功能分区的基础上要放置于供电负载较近的位置，但也要保持规定要求的距离。发电机房尽量在地面一层布置，如在地下层设置必须要满足进出风通道要求，尤其对发电机组储油装置的消防要求特别关注。此外，还应综合考虑到设备机房功率密度上升引起的供电需求，即设备机房的扩展要有预留空间。非用于数据中心的建筑要确保楼面荷载、净高、抗震和耐火等与设备安装和线路敷设要求相匹配[4]。

2.3.2 供电系统

传统的UPS供电模式已在可靠性、安全性和经济性方面难以满足IDC业务的快速发展，高压直流供电模式以其方案成熟、扩容方便、效率高和低成本等优势应用越来越多。根据基础物理设施规划的可用性等级、预算范围、IT需求和相应的供电，本工程供电系统规划为高压直流+市电供电系统。市电供电系统负荷包括UPS供电系统、机房精密空调系统、照明设备等。一般可靠性要求引入两路市电电源并宜为冗余关系，以及作为供电容量扩展关系，每一路市电电源容量应满足全部一、二级负荷需求。本工程采用的是IBM机型服务器和华为交换机，该服务器机柜800×600×2000mm，整流模块容量240V/20A，单柜满配20个，监控单元CSU包括交流检测、直流检测、开关量检测和电池检测等四个单元。

根据该服务器类型，采用高压直流供电，标称电压C240V。该数据设备电源具有高频开关电源特点，输入侧没有工频变压器，IT设备开关电源前级为整流桥，输入直流不会有短路阻抗产生，并为后级提供一个波动的高压直流；其次，整流桥半桥导通可采用一定电压值直流电提供能量，高压直流范围为DC154～336V，交流输入为AC110～240V，数据设备电源模块输入直流，直流输入可视为直连；此数据设备电源为恒功率模块，其输入电压提高使整流二极管载流量降低，直流状态下稳定性提高，因此只要合适电压直流电输入IT设备即可正常工作。采用高压直流供电+市电供电系统满足了本项目的经济性要求，同时至今运行情况良好，达到了稳定运行，安全节能的效果[5]。

2.3.3 UPS工程

本工程IDC数据中心UPS供配电系统采用冗余方式供电，分别引入UPS电源主机的主电源和旁路电源，输出采用放射式或双回路配电方式，配电系统输出采用三相配电，末端分相以达三相平衡。UPS部分采用机房专用配电箱来完成，保证UPS安装在通风良好的环境下。在安装时，要注意UPS后面板及侧板要距离墙壁或相邻设备200mm以上，并对前面板进风口用物品遮盖，避免UPS风机排气孔受到阻碍，使UPS内部温度升高，对UPS寿命造成影响。

要特别注意，因UPS在关机状态下也有危险电压的可能，为了防止触电危险，UPS机壳非专业人员不得打开。三相市电向火线输入时必须要安装＞250A三级联动断路器，以此保证紧急情况下能够将电源迅速切断，其零线直接连接UPS输入零线端子，不应通过断路器。按照UPS产品要求连接所组装的电池柜、电池组，连接后进行复查并对整组电池电压进行测量，保证达到要求值。将MCCB与UPS主机电池连线，对UPS系统开机、调试、校正和测试，之后进行市电断电模拟和恢复检测。UPS电源配电箱柜引出的配电线路应由镀锌钢管穿入，敷设沿着机房活动地板至各排网络柜，机柜供电采用插座或工业连接器[6]。2.3.4 电气装置设备

施工过程的电气工程质量控制对于IDC机房设备安全稳定运行十分重要，本工程按照设备开箱检验→设备搬运→设备基架制作与安装→配电柜箱制作与安装→电缆接线→送电试运行的工艺流程进行安装。采用压接端子连接干线、电源盘、柜和UPS，机房电源线、信号线要铺设、排列整齐，且捆扎固定、有长度余量。按照设计将各种不同的线型，包括电源相线、中性线、保护接地线、信号线和通讯线等不同颜色的线型进行编号，可靠连接电缆电线，避免压扁、扭绞和断裂。

整齐、牢固、正确安装电气装置，保证内外清洁，电气接线盒无杂物残留，安装同类电气设备高度要保持一致。特种电源配电装置要有明显标志，标明频率和电压等。电源盘、柜要与其他电气装置台座固定牢固，并固定在建筑楼地面。完成安装作业且质量检查合格后进行送电试运行，由总配电室确定后向本工程进线互投柜送电，进行验电、校相，保证配电柜开关操作正常、电压正常、各指示灯和仪表正常运行，待经过24小时空载试运行没有异象即可等待验收。

综上，互联网数据中心已成为企业信息化技术的核心，IDC机房建设必须要不断完善和创新才能满足不同用户的需求。供配电系统设计和施工的合理性和规范性能为机房运维和数据信息存储提供保障。因此，在供配电系统建设中，应合理规划供配电系统，提高机房设备安装质量达到验收标准，减少因供配电系统不稳定而造成的断电问题；其次，还应对不同的供配电系统进行不同的设置，满足等级要求，满足系统可扩展性要求，以此达到改造升级的能力。只有达到数据中心严格的供电标准要求，才能维持其二十四小时不间断供电，从而满足企业对各类数据的需求。