浅析数据中心电气设计中易被忽视的问题

孙浩

摘要：随着我国科技水平的不断提高，数据中心的数量和范围在逐渐地增加，在十四五新基建规划中也明确指出了发展高科技产业的工作思路。为了避免对数据中心的运行造成影响，在实际工作中需要加强对電气设计模式优化的重视程度，并且还需要分析容易被忽视的问题，优化当前的设计模式，从而为数据中心的正常运转提供重要的基础。基于此本文论述了数据中心电气设计中容易被忽视的问题，旨在为实际工作提供重要的帮助。

关键词：数据中心;电气设计;设计问题

一、数据中心中主要的电气设备分析

（一）电子信息设备

数据中心作为企业的信息中心枢纽，承载着关系企业核心信息的服务器。在进行数据中心电气设备设计工作中，需要加强对数据中心常见电气设备的深入性了解，以此来优化当前的设计模式，从而使电气设计效果能够得到全面提高。在数据中心中电子信息设备为常见的组成，电子信息设备指的是对电子信息进行采集、加工、运算、存储、传输、检索等处理的设备，包括服务器、交换机、存储设备等。在实际设计的过程中需要搭建高性能的单元模块，考虑整个系统运行本身的可靠性及稳定性，之后再建立不同的电气模块，使资源能够得到合理的分配。另外也可以融入控制器以及变频器等等，配合着不同的技术方案实现资源的有效利用，避免对系统运行造成一定的影响，从而使数据中心运行效率能够得到全面的提高。

（二）电源设备

为了满足数据中心的正常运行的供应需求，做好资源的科学调配，避免对系统运行造成一定的影响。数据中心主要设置了变压器、柴油发电机组、UPS（不间断电源）等电源设备。

在数据中心系统运行过程中设备功率较大，设置了专用的变压器末端。变压器采用M（1+1）配置，每台变压器负荷率不大于50%;当一台变压器故障时，另一台变压器带起全部负荷，通过这一设计方式完成资源的有效配置，使系统运作能够具备较强的稳定性。

A级数据中心，通常设置柴油发电机组作为备用电源。柴油发电机组的控制逻辑主要是柴油发电机组电源与市电电源不同时工作。在自动状态下，当同组的两路10kV市电电源均失电（无压、无流）时，向柴油发电机系统发出启动信号，经延时5S（可调）后，柴油发电机自启动，并机成功，并机母线可向10KV配电母线输出柴油发电机组电源。市电恢复后，确认市电稳定后，柴机电源开关手动断开，恢复市电供电状态，柴油发电机组继续运行5分钟（可调）自动停机（即自投手复）。在实际设计中，需要合理的考虑柴油发电机组的容量及功率，为数据中心提供稳定的后备电源。

UPS（不间断电源）也是数据中心中常见的动力设备组成部分，在输入电源正常或故障时，输出交流或直流电能，在一定时间内，维持对负载供电的连续性。在系统运行的过程中配备了不同的动力设备，根据实际运行的特点来提供相对应的控制功能，从而使数据中心运行能够具备较强的稳定性，由于设备功率较大并且间隔时间较短，所以要根据实际的应用要求来进行有效的设计，从而使能源损耗率能够有所减缓，为系统后续的运行提供重要的基础。

二、数据中心电气设计中易被忽视的问题

（一）室外电气路由设计

目前，普遍数据中心园区设置110KV或者220KV变电站，较多客户要求室外供电两路电源线路要物理隔离，再加上数据中心配置10KV柴油发电机组较多。且还有各种通信管路及给排水管路，在实际设计时并没有做好这些问题的充分重视，导致数据中心室外管综复杂，施工难度大，经常出线各种管线碰撞的问题。故在设计过程中，需要结合BIM综合考虑各种管线交叉，合理规划电气路由设计。

（二）供配电系统设计

数据中心供配电系统是为机房内所有需要电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统。主要包括中低压变配电系统、柴油发电机系统、不间断电源系统。

在进行数据中心电气设计中需要加强对负荷等级设计的重视程度，严格按照系统的后续使用要求来优化当前的设计模式，从而实现设备的最优配置。A级机房，由上级变电站引入两路相互独立的电源，并设置柴油发电机组作为备用电源，满足各个设备对供电方面的需求，从而使系统运行水平能够得到全面的保障。消防设备和重要设备按照一级负荷供电，且为一级负荷中的特别重要负荷。消防设备包括消防控制室、应急照明、消防电梯、消防风机、消防水泵等，重要的设备包括通信机房工艺设备、机房专用空调;客梯、生活水泵、机房照明等为一级负荷;其他一般场所正常照明、空调等均为三级负荷。智能化系统、冷冻水泵及空调末端系统采用UPS+市电双电源供电方式，且主供为UPS电源。IT设备采用双路不间断电源供电模式。普通照明和普通动力采取的是单电源的供电方式，这样一来可以满足实际的供电需要，避免出现资源浪费的问题，使系统运作能够具备较强的稳定性。

数据中心的用电设备大多数是用于储存和处理重要的信息设备，任何事故会造成不可估量的影响，因此在实际工作中需要严格按照供配电系统和数据中心设计规范要求来做好负荷的科学计算，考虑后续设备的使用要求和使用标准，从而使整体工作水平能够得到全面提高。在实际设计过程中需要科学划分和不同的负荷，根据机房等级要求，在实际设计工作中需要科学确定好设备的安装容量，负荷计算应充分考虑设备装机率、实际运行负载率、业务负荷错峰等因素，合理设置同时系数和需用系数，避免过度冗余造成的配置浪费。在进行负荷设计时需要做好计算的有效重视，反复的核对相关的数值，必要时可以开展更加科学的实验，了解在当前负荷设计中所存在的问题以及改进之处，逐渐的调整现有的工作模式，从而使整体设计能够符合相关的要求。

按照规范的要求，不间断电源系统总供电要根据相关的要求做好灵活性的设计，搭建两路供电系统，确定好系统的容量，从而使系统运作能够具备较强的稳定性。在不间断电源系统设计过程中，应根据机房的等级要求，合理的配置蓄电池后备时间及UPS的负载率。此外，在UPS机柜并联处要设置手动旁路柜作为维修的旁路，在系统需要维修时需要合并手动旁路柜之后再保证供电系统的平稳运行，满足实施维修的要求减少突发问题的发生概率。

（三）照明设计

在照明设计中需要严格按照相关的标准和要求来进行方案的科学设计，并且还需要注重细节性问题的有效管理，减少对系统运行所产生的影响。在实际设计的过程中，需要设置普通照明和应急照明，要严格按照数据中心设计规范中的相关要求来进行日常的操作。在实际设计过程中需要合理的划分机房以及支撑区，通过科学的测试来确定本身的照度，避免出现资源消耗的问题。此外，数据中心可采用智能照明系统，来实现对照明设备智能化集中管理和控制，从而有效延长灯具使用寿命、节约能耗、改善光照环境和提高管理效率。在智能照明中需要控制的灯光，按照区域的功能来做好资源的有效配置，并且在模块中要建立分布式的控制模式，模塊和主机之间需要利用总线来进行相互的连接之后再进入到智能灯光控制主机中，从而使系统运行能够具备较强的稳定性。在后续工作中需要通过IP协议进行远程信息的传送，上传到机房中来进行能源的自动化管理。

（四）接地系统设计

数据中心低压配电系统采用TN-S系统，中线和保护导线要进行科学的设计，不应在变压器的中性点或发电机的星形点直接对地连接，应相连后一点接地。备用柴油发电机组采用低电阻接地方式，每台柴油发电机组可以单独接地也可以共用一个接地电阻，从而降低故障电流，为继电保护系统提供延时并避免接地故障导致的过电压。在设计中合理设计四极开关，在保证检修安全的同时，尽量少用，从而减少“断零”的危害。

此外，主机房应设置等电位联结网格，网格四周应设置等电位联结带，并应通过等电位联结导体将等电位联结带就近与接地汇集排、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等进行连接。每台电子信息设备（机柜）应采用两根不同长度的等电位联结导体就近与等电位联结网格连接。

（五）谐波抑制

由于数据中心设置较多的变频水泵及UPS设备，会产生大量的谐波电流。从而产生了附加的谐波损耗，降低了电气设备的工作效率，且会产生谐振、械噪声和过电压，使变压器局部严重过热、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏等危害。

故在数据中心的电气系统设计应合理控制总谐波含量，提高功率因数，应充分考虑各类设备的不同负载特性，通过有机组织，达到抑制谐波的效果。

在变压器低压母线侧装设有源滤波器，待系统正式运行后根据对谐波的实测和分析，再根据实际情况投入相应容量的滤波装置。此外，在变频器前端加装无源滤波器，使总谐波电流畸变率THDI小于5%。

结束语：

在数据中心电气设计中需要严格按照相关的规范以及要求，优化当前的设计模式，突出数据中心本身的独特性特点，按照数据中心电气系统实际运行标准做好合理性的分析，减少各种矛盾问题的发生，逐渐的改进电气设计工作模式，落实精细化的工作原则，消除在以往电气设计中所存在的问题，创新细节设计模式，丰富数据中心的电气功能。

参考文献

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