数据中心机电方案设计思路

时间：2022.03.14

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数据中心机电方案设计的优劣直接影响数据中心的安全性及运维本钱,尤其是现在业务需求多样化,业务发展情况瞬息万变,需求调整频繁,外部资源情况也在数据中心生命周期范围内不断变化,一个在知足安全性,经济性,可延展性等因素的数据中心机电方案设计显得尤为重要。

一，数据中心机电背景

跟着近年互联网工业发展，建立在计算机技术基础上的游戏、云计算、金融、大数据、智能家居等等领域发展蓬勃，对大规模的计算资源需求极大，这就要求建设一系列相配套的大规模数据中心。一般的数据中心用于存储提供平台服务的设备，诸如服务器、存储硬盘、网络线缆等，这对电力供给的要求非常之高，耗电量也是巨大的。在进行数据中心机电方案设计工作中，涉及的细节繁杂，除了为巨量的线缆设备提供能够安全不乱工作的物理空间，还需要考虑路由布线、治理和维护等等因素。

二，机电方案设计分级

在进行数据中心设计工作时，通常参考《数据中心设计规范》（GB50174-2017）中的划定，一般将数据中心划分为A、B、C三个等级，分级依据则是综合考虑数据中心建成后的使用性质、碰到突发状况导致数据丢失或网络间断后可能会对经济和社会造成何等损失及影响程度。当数据中心在发生供电间断时，造成重大经济损失或公共场所秩序严峻混乱者定性为A级；运行间断后造成较大经济损失或造成公共场所秩序混乱的定性为B级；其他的属于C级。

而在异地建设的具有备份功能的机房则需要在设计阶段将等级确定为与原机房相同。在进行数据中心供配电系统设计过程中，要依照上述分区和分级的原则，供配电系统在实际功课状态下的不乱性和安全性是首要确保的。同时要考虑泛起故障或发生不可抗力造成损坏后，如何最大程度上缩小故障影响的范围，降低潜伏的重大经济损失或者公共秩序的扰乱。

三，数据中心机电方案设计思路

1，机电系统需求分析

进行数据中心机电方案设计工作，首先需要分析在数据中心的实际业务过程中对供配电系统的功能需求，在以往的实践经验中可以主要概括为四点：连续、不乱、平衡、分类。连续是指数据中心的IT机柜往往是不中断使用的，需要全天候对数据进行处理，这就要求供电系统不中断供电。供电系统在工作状态中存在暂态电能质量的变化，专业上称之为容忍区，在不中断供电的条件下，容忍区对数据中心的设备会带来一定损伤，但是只要在公道范围内，大部门信息设备对容忍区带来的电气损害是有能力承担的，通常供电系统在切换、电压跌落等状态下，控制在20ms以内的容忍区是不会对设备造成过大损害的。

不乱是指为数据中心供电的电源设备需要保证频率不乱，波形失真控制在较小的范围内。稳态电压偏移值的要求比较严苛，需要控制在±3%之内，这对大部门市电供电系统而言要求过高，因此必需配备额外的UPS系统。平衡是要求在数据中心运行过程中三相电源保持平衡，三相平衡的不乱负载不会对供电设备带来太大的压力。分类是指数据中心中涉及的设备类型十分庞杂，这就需要把IT设备及相关辅助设备按照供配电保障要求进行分级布置，公道归置不同种别的设备，以保证整个供配电系统的在可用性不变的条件下降低本钱。

2，数据中心机电系统布置原则

在确定数据中心机电需求之后，设计职员着手布置供配电系统的过程中，首先要对变配电室、电力电池室等电房位置进行规划。结合机房工艺布局，并充分考虑未来业务发展的各种可能性，坚持贯彻“土建通用化、机电定制化”的原则，变配电室深入负荷中央的同时，供电系统采用模块化设计方案，实现供电路由优，大量节省有色金属的消耗量，减小供电损耗，在节省初期建设投资的同时，大大节省未来长期的运行损耗用度。一般情况下，首先在确定数据中心的IT机房位置后，在其四周布置变配电室和电力电池室。公道科学地规划供配电系统，按需求布置电设备房，从而做到在知足机架数目的情况下，更好的进步实际功课状态下供配电系统运行的不乱性和安全性。

变配电所

一般进行数据中心供配电系统的变配电室布置时，需充分考虑数据中心需配备的变配电房的数目和配电路由的先后顺序，其高压配电相关部门通常设置在首层，供IT负荷使用的变压器及其低压部门、不中断电源配电部门等则通常跨楼层布置。设置变配电所详细位置的同时也要充分考虑数据中心整体建筑的各个功能分区之间的功课需求，公道科学地进行设计规划。在对变配电方案设计时，原则上需要以终局容量作为核算尺度来衡量方案的可扩展性，同时还要在物理空间角度节省本钱。变配电的一部门工作对象是将交流市电线路与发电机组之间进行切换，这之间需要设置自动切换设备，通常采用带有旁路隔离开关型的ATS开关。通过比对数据中心电气工程设计规范，一般采取建设要求进行施工，在处理典质配电系统和后端配电系统时，需要按照物理隔离的方式进行设置，这是为了保证电源发生物理碰撞或线路故障时，至少有一个电源被物理方式保护而不受损害。

发电机房

发电机房通常与数据中心的建筑部门独立开来，这是由于发电机组本身需要较大的物理空间进行归置，而且在功课过程中有大量的热量、震惊和噪声的发散，会对机房精密设备造成一定影响。另外，发电机房的消防工作也是设计重点，需要保证发电机房内良好的透风前提，避免阳光直射，保持干燥阴凉，从而为发电机组的功课环境提供适合的工作温度。另外要备齐足够的消防救援举措措施，有前提的可以配置完善的消防检测预警系统。机房在普通情况下采用两路市电线路进行电力供给，假如碰到两路市电发生故障时，则柴油发电机组自动启动，对市电的配电系统供电，从而避免数据中心间断工作，保证其供电的连续性。根据数据中心的电气工程设计规范，不能采取热电联供系统、风力发电系统以及太阳能发电系统作为数据中心的应急电源，由于上述能源类型不能保证持续可靠的电力供给，会跟着天气地舆等前提的变化而发生变化，另外燃气发电机组由于轻易发生燃气泄漏、气压不稳等情况，也不能作为数据中心信息举措措施的应急电源。

UPS电源机房

UPS电源机房通常相邻于主要设备机房，主机、配电柜以及电池之间保持一定间隔。按A级机房等级为例，通常为数据中心机房区IT设备供电，规划由A/B路相互独立的UPS供电系统组成。规划每套UPS系统由N台UPS并机构成，UPS供电系统规划容量由机房区需要容量算出。UPS电源系统的配置需根据机房等级进行规划设计，如A级机房通常采用2N双总线容错系统向数据中心机房供电。UPS电源的设计额定容量不小于总负载容量的125%。根据相关规范要求，A级机房的大功率UPS应有两个电源输入端口，并应设置旁路系统。若三台及以上UPS系统并机运行时，需设置人工维修旁路。在空间位置足够的情况下，UPS后备蓄电池组设置独立的电池室，A/B系统物理隔离，IT设备UPS供电系统蓄电池后备时间（单台满载）按15min设计。

对数据中心进行严谨分析后，确定了数据中心对于供配电举措措施连续、不乱、平衡、分类的需求。因此在进行数据中心供配电方案设计工作中，变配电所、发电机房、UPS电源机房应按照上述详细设计细节进行考量。除此之外，因为数据中心的设备种类复杂，用电情况很难正确预估，设计职员还需要考虑非IT设备的工作负荷情况，单独为ECC工位、显示屏幕、消防检测系统、应急照明等设备设置UPS电源供电，同时配备相应的冷冻水散热举措措施，空调设备等。在进行照明系统设置时，除了正常工作状态下的照明前提，还要考虑突发情况下的应急照明，以及远程照明控制。而为避免雷暴天色对电子设备的损伤，在考虑防雷和接地系统设计时，数据中心的电源系统需要知足《建筑防雷设计规范》和《建筑物电子信息防雷设计划定》的相关划定，数据中心雷电防护等级为A级，而供配电系统采取三级防雷措施，安装防雷防浪涌保护器。数据中心的接地系统设计要考虑保护接地、工作接地和防雷接地等共用一套接地装置。同时在数据中心机房内铺设防静电地板，同时在下部设置接地铜网格。

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