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王海芹
安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801
引言
進入21世紀,也興起了數(shù)據(jù)中心建設(shè)的熱潮,尤其是近幾年來,數(shù)據(jù)中心機房的數(shù)量、規(guī)模都有大幅增長,從幾千平米到上萬平方不等,尤以電信、金融、保險以及政府行業(yè)為,由于數(shù)據(jù)中心機房所在的特殊應(yīng)用領(lǐng)域,其設(shè)計與傳統(tǒng)民用建筑有諸多不同之處,數(shù)據(jù)中心機房是容納計算機房極其支持區(qū)域的一幢建筑物或建筑物的某個部分,主要放置進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換的計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子設(shè)備。數(shù)據(jù)中心是每個單位的核心單元、安全可靠的電氣系統(tǒng)對機房設(shè)備的穩(wěn)定、可靠運行至關(guān)重要。
根據(jù)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計相關(guān)標準,數(shù)據(jù)中心機房的等級可分為*、B級、C級—*為容錯型(系統(tǒng)A+系統(tǒng)B);B級為冗余型;C級為基本型,*等級高,對用電源要求為嚴格,本文就以某*數(shù)據(jù)中心機房為例,對該數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)設(shè)計進行詳細介紹。
1 數(shù)據(jù)中心機房概況
改數(shù)據(jù)中心機房為6層建筑,面積約為8400㎡,是當?shù)匾?guī)模大、級別高的數(shù)據(jù)中心及相應(yīng)研發(fā)配套的公共服務(wù)設(shè)施。
改數(shù)據(jù)機房建成后將以銀行、保險、通信、軟件、服務(wù)外包企業(yè)為服務(wù),集辦公、機房服務(wù)為一體,是具有良好基礎(chǔ)設(shè)施條件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、技術(shù)支撐平臺和管理服務(wù)體系的高標準綜合服務(wù)外包基地,根據(jù)GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,該數(shù)據(jù)中心機房劃定為*:容錯級。
2 供配電系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的機柜按一級負荷中的特別重要負荷供電,機房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng),環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),消防設(shè)備及應(yīng)急照明、安防系統(tǒng)用電、電梯等按一級負荷供電,數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)圖如圖1所示。
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)采用2+2冗余,分別為兩路10kv高壓+UPS蓄電池組+柴油發(fā)電機。3路互為熱備+1路冷備(柴油發(fā)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(fā)電機組為一級負荷中特別重要負荷的三電源,數(shù)據(jù)中心設(shè)UPS,額定輸出功率按不小于各設(shè)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(shù)為7臺,總?cè)萘繛?750kvA,其中數(shù)據(jù)機房部分6用1備,6臺變壓器中任何一臺故障,備用的一臺自動投入,柴油發(fā)電機房內(nèi)設(shè)7臺1250kw的柴油發(fā)電機,數(shù)據(jù)機房部分6臺發(fā)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(shù)據(jù)機房部分采用“超級”放射式布線。數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)遠高于GB 50174-2008要求的*(兩路互為熱備)標準。
圖1 數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)圖
2 數(shù)據(jù)中心機房配電解決方案
在數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)圖中,我們根據(jù)高低壓配電特別區(qū)別為高壓供配電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng),針對不同配電系統(tǒng),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(tǒng)對應(yīng)配備相應(yīng)的應(yīng)用方案。
2.1 高壓配電系統(tǒng)解決方案
根據(jù)對計算機系統(tǒng)主機停止運行的統(tǒng)計數(shù)據(jù),近一半計算機系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計對提高數(shù)據(jù)中心機房供電可靠性起到十分重要的作用。
在本系統(tǒng)中,上文我們介紹了采用的是2+2冗余,分別為兩路高壓+UPS蓄電池組+柴油發(fā)電機,3路互為熱備+1路冷備(柴油發(fā)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(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供電電源,在具體應(yīng)用方案中我們采用的是電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000,該系統(tǒng)可實現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備進行數(shù)據(jù)監(jiān)控,在本系統(tǒng)中,主要采用的是電能質(zhì)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(shù)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(xié)議可滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要,帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)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(tǒng)提供不間斷保護,一旦有故障發(fā)生、裝置能在40ms內(nèi)斷開故障回路,保護一次設(shè)備和非故障回路正常運行,避免事故擴大。
圖2 高壓配電系統(tǒng)解決方案圖
2.2 低壓配電系統(tǒng)解決方案
由數(shù)據(jù)中心機房供配電系統(tǒng)圖中可見,我們采用的為放射式供電與樹干式供電相結(jié)合的配電方式,對于重要負荷:如機房、消防監(jiān)控中心等設(shè)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(jié)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(guān)設(shè)備用電末端互投,特別重要的負荷除雙路供電外,還應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機組作為備用,后備柴油發(fā)電機的容量應(yīng)包括不間斷電源系統(tǒng),機房用空調(diào)和制冷設(shè)備的基本容量及應(yīng)急照明和消防等關(guān)系到生命安全等需要的負荷容量。
根據(jù)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(tǒng)Acrel-2000(該系統(tǒng)可同時實現(xiàn)對高低壓同時監(jiān)控),低壓配電系統(tǒng)主要采用的是ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表,其主要是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設(shè)施、智能大夏的電力監(jiān)控需求而設(shè)計,它能測量所有的常用電力參數(shù),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(lián)網(wǎng)功能,非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng),該表具有很高的性能價格比,可以直接取代常規(guī)電力變送器及測量儀表。
圖3 低壓配電系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)圖
2.3 精密配電柜系統(tǒng)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(shù)比較多等用電特點,配備了準備針對精密配電柜開發(fā)的多回路監(jiān)控裝置AMC16MH作為主體模塊的數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng),本系統(tǒng)可通過實現(xiàn)對服務(wù)器末端的IT設(shè)備精細化管理,包括了對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源的全方面的管理,可實現(xiàn)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(shù)、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(shù)、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(jiān)控,并可通過RS485通訊連接到顯示終端和后臺配電管理系統(tǒng)進行遠程管理。
3 照明系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心主機房和輔助區(qū)一般照明的照度標準值應(yīng)符合表1的要求。
采用T5熒光燈配節(jié)能型整流器,各組燈具有序設(shè)置,相鄰燈具電源由不同相序的L線供電,以降低低頻閃效應(yīng),提高照明質(zhì)量。
備用照明按95%設(shè)計,高于GB 50174-2008所要求的50%標準。
電子信息系統(tǒng)機房應(yīng)設(shè)置通道疏散照明及疏散指示標志燈,主機房通道疏散照明的照度值不低于5 lx。其它區(qū)域通道疏散照明的照度值不應(yīng)低于5 lx。
4 靜電防護、防雷與接地、電磁屏蔽系統(tǒng)
4.1 靜電防護
主機房和輔助區(qū)地面采用防靜電地板。機房內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、管道、線槽、建筑物金屬結(jié)構(gòu)進行SM型等電位聯(lián)結(jié)接地。活動地板隔塊用金屬編織帶跨接成網(wǎng)絡(luò)格式的靜電接地網(wǎng)絡(luò),并與靜電泄放接地線接通;吊頂、龍骨板、輕質(zhì)隔墻和護墻層的龍骨,門窗的金屬框均以金屬導(dǎo)線接通,并與靜電泄放接地線接通。
4.2 防雷與接地
該工程建筑屬類防雷建筑,設(shè)防直擊雷、防雷電波侵入和防雷擊電磁脈沖措施,盡量利用建筑物的金屬構(gòu)件及鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)中的鋼筋作為防直擊雷裝置,利用建筑基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為接地極,數(shù)據(jù)中心屬*雷電防護,設(shè)不少于三級浪涌保護,進入機房的強、弱電電纜均配置相應(yīng)的浪涌保護器,進出機房的信號電纜通過信號濾波器進行屏蔽處理。
該工程電氣系統(tǒng)接地,保護性接地和功能性接地、防靜電和電磁屏蔽接地、防雷接地等采用共用接地系統(tǒng)。
4.3 電磁屏蔽系統(tǒng)
化建筑物內(nèi)的平面布置,將設(shè)備級線路盡可能設(shè)置在院里電磁發(fā)生源的地方,化布線結(jié)構(gòu),電源線路和信號線路交叉時采用直角交叉方式,為避免電源線路和信號線路形成環(huán)狀而加大電磁感應(yīng)的影響,進入同一機房的線路,配置在房間的同一側(cè),電源線路和信號線路分別敷設(shè)在不同位置,并穿金屬線槽保護,對信息系統(tǒng)機房采用屏蔽和接地措施,使機房內(nèi)無線電干擾場強和磁場干擾環(huán)境場強不大于規(guī)范要求。
5 機房布線系統(tǒng)
根據(jù)規(guī)范及業(yè)主要求,該機房布線滿足以下要求:采用的符合ISO 11801-2002標準和EIA/TIA 568B標準的布線系統(tǒng);由于該數(shù)據(jù)中心有安全保密要求,所有布線采用屏蔽電纜(包括線纜、配線架和信息出口)、光纜1+1的冗余布線系統(tǒng),機房內(nèi)機柜區(qū)域線纜全部采用機柜上方T型橋架走線方式鋪設(shè),其它區(qū)域采用地板下暗敷方式走線,機房主配線架使用19英寸標準機柜,以便將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與配線架合成一體,提高整個系統(tǒng)的可靠性。
6 機房監(jiān)控與安全防護系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)在IF共用監(jiān)控中心,機房主機的集中控制和管理采用KVM切換系統(tǒng)、該系統(tǒng)實現(xiàn)了機房設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控,減輕了機房維護人員的負擔,提高了系統(tǒng)的可靠性,實現(xiàn)了機房的科學(xué)管理。
為保證數(shù)據(jù)中心運行的可靠性,選用機房場地設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),部分重要開關(guān)和現(xiàn)場設(shè)有傳感器。位于現(xiàn)場的的傳感器將采集的信號傳至IF監(jiān)控室,若回傳信號超出設(shè)定范圍則報警,并自動或手動切除或投入備用設(shè)備。該系統(tǒng)設(shè)計遵循可靠性、擴展性、方便性,并具有遠程監(jiān)測功能的原則。
設(shè)計監(jiān)測對象包括:
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由監(jiān)控主機、智能模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、局域網(wǎng)絡(luò)等組成,用戶還可根據(jù)需要選擇無線通信等設(shè)備。
安防系統(tǒng)由視頻監(jiān)控,入侵報警和出入口控制系統(tǒng)組成,技防等級達到*,以上標準均高于GB 50174-2008所要求的*標準。
7 電氣火災(zāi)自動報警系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心是有著巨額設(shè)備投資的重要工程,一旦發(fā)生火災(zāi),損失巨大,因此合理設(shè)計火災(zāi)自動報警系統(tǒng),是數(shù)據(jù)中心火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計的,在某些工程的要害區(qū)域,應(yīng)結(jié)合工程具體情況設(shè)置多重火災(zāi)探測設(shè)備,以確保探知火災(zāi)隱情,為人員及設(shè)備提供極其安全可靠的保障。
針對*電子信息系統(tǒng)機房的主機房,可配備我司開發(fā)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-6000,該系統(tǒng)能對配電線路、變配電設(shè)備、重要用電設(shè)備的電流(以線路漏電電流為主)和溫度變化進行檢測,以及對隱患和故障部位的地址進行報警,該系統(tǒng)主要包括兩部分:Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和ARCM系列電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器,該系統(tǒng)是通過剩余電流互感器或溫度傳感器實時監(jiān)測回路的剩余電流和溫度信號,剩余電流互感器或溫度傳感器將采集的信號通過探測器加以顯示,并通過RS485通訊總線上傳到監(jiān)控設(shè)備,以實現(xiàn)對被保護電氣線路的報警、監(jiān)視、控制、管理的運行于計算機的工業(yè)級硬件/軟件系統(tǒng)。
它主要包括以下六個功能:監(jiān)控報警;故障報警;控制輸出;自檢;報警記錄;操作分級。
(1)監(jiān)控報警功能主要包括:被監(jiān)控回路開關(guān)的實時狀態(tài);故障信號指示;聯(lián)動輸入;≤30s的監(jiān)控報警響應(yīng)時間;監(jiān)控報警聲信號指示及操作。
(2)故障報警功能包括:監(jiān)控設(shè)備與探測器之間的連接線斷路、短路故障監(jiān)測;監(jiān)控設(shè)備主電源欠壓(≤80%主電源電壓)或過壓(≥110%主電源電壓)監(jiān)測。
(3)控制輸出功能包括:對個別或全部被監(jiān)控單元的分閘、合閘進行遙控操作;報警控制輸出;脫扣控制輸出。
(4)自檢功能包括:通信線路的斷路、短路檢查;手動檢查或系統(tǒng)自檢。報警記錄功能包括:報警、故障事件類型、發(fā)生時間記錄;根據(jù)記錄日期、故障類型等條件查詢;
(5)報警記錄查詢及打印功能。
(6)操作分級包括:日常值班人員,可進入軟件界面查看實時監(jiān)測情況、報警聲音和查詢報警記錄。
圖4 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)圖
電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案設(shè)備清單 | |||
序號 | 名稱 | 型號 | 計量單位 |
1 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備 | 安科瑞 Acrel-6000 | 可接入多大1024個監(jiān)控探測器,實時監(jiān)測報警,故障報警、時間記錄、參數(shù)遠程修改、消防聯(lián)動 |
2 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器 | 安科瑞 ARCM100系列 | 三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)測量、視在電能、基波電能、四象限電能計量、1回路剩余電流、1回路溫度監(jiān)測、多路繼電器輸出、支持消防聯(lián)動、事件記錄、內(nèi)置時鐘。 |
3 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器 | 安科瑞 ARCM200L系列 | 三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)測量、視在電能、四象限電能計量、1回路剩余電流、1回路溫度監(jiān)測、2路繼電器輸出、2路開關(guān)量輸入、事件記錄、內(nèi)置時鐘。 |
4 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器 | 安科瑞ARCM200BL系列 | 支持單回路或多回路剩余電流溢測,支持溫度檢測,具有1路或多路繼電器輸出。 |
5 | 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器 | 安科瑞 ARCM300系列 | 支持單回路或多回路剩余電流溢測,支持溫度檢測,具有1路或多路繼電器輸出。 |
6 | 剩余電流互感器 | 安科瑞 AKH-0.66L | 1回路剩余電流檢測 |
8 結(jié)語
數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要由資質(zhì)的設(shè)計單位才能進行數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計工作,在設(shè)計中切實做到從數(shù)據(jù)中心機房需要出發(fā),滿足功能需求,為設(shè)備提供一個安全運行的空間,兼顧美觀實用,為數(shù)據(jù)機房工程的順利開展打下一個堅實的基礎(chǔ)。本文分別從供配電、照明、靜電防護、防雷與接地、電磁屏蔽、機房布線、機房監(jiān)控與安全防范、消防等方面,對數(shù)據(jù)中心中要求高的*機房的電氣系統(tǒng)設(shè)計進行了詳細介紹,可為該類型數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)設(shè)計工作提供一些指導(dǎo)和參考。
[1]數(shù)據(jù)中心機房電氣系統(tǒng)設(shè)計.:毋向輝/許桂敏
[2]數(shù)據(jù)中心機房電氣設(shè)計的相關(guān)要點:劉莉馨/楊宏宇
[3]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.08版
[4]20kV及以下變電所微機保護裝置二次電路圖冊 2013.09
[5]能效管理系統(tǒng)設(shè)計安裝圖冊 2013.07
作者簡介:
王海芹,女,大學(xué)本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為數(shù)據(jù)中心配電柜設(shè)計,: 2880157862 :2880157862