数据中心供配电系统应用白皮书1[1]

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1、 数据中心供配电系统应用白皮书数据中心供配电系统应用白皮书 一一 引言引言 任何现代化的IT设备都离不开电源系统， 数据中心供配电系统是为机房内所有需要动力 电源的设备提供稳定、 可靠的动力电源支持的系统。 供配电系统于整个数据中心系统来说有 如人体的心脏-血液系统。 1.1 编制范围编制范围 考虑到数据中心供配电系统内容的复杂性和多样性以及叙述的方便， 本白皮书所阐述的 “数据中心供配电系统”是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电 路系统，将主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE， Automatic Transfer Switching E

2、quipment）、输入低压配电系统、不间断电源系统（UPS， Uninterruptible Power System）系统、UPS列头配电系统和机架配电系统、电气照明、防雷及 接地系统。如下图： 图 1 数据中心供配电系统示意方框图 高压变配电系统：高压变配电系统：主要是将市电（6kV/10kV/35kV，3相）市电通过该变压器转换成 （380V/400V，3相），供后级低压设备用电。 柴油发电机系统：柴油发电机系统：主要是作为后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供 备用电源。 自动转换开关系统：自动转换开关系统：主要是自动完成市电与市电或者市电与柴油发电机之间的备用切 换。

3、输入低压配电系统：输入低压配电系统：主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给 各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。 UPS系统：系统：主要作用是电能净化、电能后备，为IT负载提供纯净、可靠的用电保护。 UPS输出列头配电系统：输出列头配电系统：主要作用是UPS输出电能分配，将电能按照要求与标准分配给 各种类型的IT设备。 机架配电系统：机架配电系统：主要作用是机架内的电能分配。 此外， 数据中心的供配电系统负责为空调系统、 照明系统及其他系统提供电能的分配与 输入，从而保证数据中心正常运营。 电气照明：电气照明：包括一般要求，照明方案、光源及灯具选择。 防雷及接地

4、系统：防雷及接地系统：包括数据中心防雷与接地的一般要求与具体措施。 1.2 编制依据编制依据 电子信息系统机房设计规范GB 501742008 电子信息机房施工及检验规范GB504622008 1.3 编制原则编制原则 1具有适应性、覆盖性、全面性的特征。 适应性适应当前和未来一段时期数据中心的技术发展状况以及未来新技术、 新产品 的发展，有关数据和资料与新设备、新材料、新技术、新工艺的发展水平相适应；符合现行 的国家标准、行业标准或规定。 覆盖性应覆盖国内各种数据中心的供配电工程设计、施工和检验，纳入成熟的、经 过验证的应用方案、方法及设备等。 全面性内容、体系完整。 2定位于工程设计，具有

5、实施的工程化特征。侧重工程设计方法和原则、系统构成、 重要技术方案的确定、参数计算和确定、设备选型与布置、投资控制及维护机构等方面的内 容。同时避免内容冗杂，通过分类提供相关标准、规范、参考资料的索引，提供深入学习和 研究的途径。 1.4 编制目的编制目的 本白皮书总结最新的数据中心供配电系统的设计/应用理论、方法和实践经验，基于国 内、 国际最新的数据中心供配电系统建设标准， 为中国数据中心供配电系统规划设计提供全 新的理论架构、设计逻辑和方法、评估模型与实践，希望能为中国数据中心供配电系统的建 设有所裨益。 1.5 适用范围适用范围 本书供数据中心建设运营方（包括金融、通信、政府、企业、军

6、队、公共设施、社会机 构等）、各设计院工程技术人员、系统集/智能建筑/IT等行业技术人员参考。也可作为高校 与研究院所的参考用书。 1.6 应遵循的法规、标准、规定应遵循的法规、标准、规定 本白皮书依据国家相关法律、 法规以及设计标准与行业规范为基础， 结合数据中心建设、 运行、维护中的实际情况，经过多位行业专家的共同努力编制。主要参考的相法规、规范、 标准有： 1.6.1 应遵循的法律、法规应遵循的法律、法规 中华人民共和国电力法 中华人民共和国建筑法 中华人民共和国节约能源法 中华人民共和国可再生能源法 中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国计量法实施细则 1.6.2 应遵循的标准、规范

7、应遵循的标准、规范 电子计算机场地通用规范GB 288720000 供配电系统设计规范GB 500522009 10kV及以下变电所设计规范GB 5005394 低压配电设计规范GB 5005495 3110kV高压配电装置设计规范GB 500602008 民用建筑电气设计规范JGJ/T162008 标准电压GB/T 1562007 电能质量 供电电压偏差GB/T 123252008 建筑物防雷设计规范GB 500572000 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB 503432004 电子计算机场地通用规范GB/T 28872000 民用建筑电气设计规范JGJ/T 162008 绿色建筑评价标准

8、GB/T 503782006 智能建筑设计标准GB/T 503142006 电力工程电缆设计规范GB 502172007 建筑照明设计标准GB 500342004 建筑设计防火规范GB 500162006 高层民用建筑设计防火规范GB 500452005 二二 术语术语 2.0.1 数据中心数据中心 DataCenter 数据中心通常是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换、管理， 而计算机设备、服务器设备、网络设备、存储设备等通常认为是网络核心机房的关键设备。 关键设备运行所需要的环境因素，如供电系统、制冷系统、机柜系统、消防系统、监控系统 等通常被认为是关键物理基础设施。

9、2.0.2 主机房主机房 computer room 主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间。包括服务器 机房、网络机房、存储机房等功能区域。 2.0.3 辅助区辅助区 auxiliary room 用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、 测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。 2.0.4 支持区支持区 support area 支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所， 包括变配电室、 柴油发电机房、 UPS 室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。 2.0.5 行政管理区行政管理区

10、 administrative area 用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值 班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等。 2.0.6 冗余冗余 Redundancy 冗余是重复配置系统的一些部件， 当系统中某些部件发生故障时， 冗余配置的部件介入 并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间。 2.0.7 N-基本需求基本需求 Base requirement 系统满足基本需求，没有冗余。 2.0.8 N+X 冗余冗余N+X redundancy 系统满足基本需求外，增加了X个单元、X个模块、X个路径或X个系统。任何X 个单 元、模块或路径的故障或维护不会导

11、致系统运行中断。(X=1N) 2.0.9 容错容错 Fault tolerant 容错系统是具有两套或两套以上相同配置的系统， 在同一时刻， 至少有两套系统在工作， 每套系统是(N+M,M=ON)结构。 按容错系统配置的场地设备， 至少能经受住一次严重的突 发设备故障或人为操作失误事件而不影响系统的运行。 2.0.10 保护性接地保护性接地 Protective earthing 以保护人身和设备安全为目的的接地。 2.0.11 功能性接地功能性接地 Functional earthing 用于保证设备（系统）正常运行，正确地实现设备（系统）功能的接地。 三三 概述概述 3.1 一般要求一般要

12、求 数据中心业务对的供配电系统的总体要求概括起来主要是：连续、稳定、平衡、分类。 （1）连续就是指电网不间断供电。但瞬时断电的情况时有发生，断电是否会影响IT设备 的正常运行，可参照ITIC-1100（ITIC, Information Technology Industries Council）的曲线。 在数据中心的供配电系统中， 合适的UPS型号与组网方式保证数据中心面对毫秒级至分钟的 市电异常时不会有任何中断，对于大时间尺度（如小时级，天级）的市电异常，则需要备用 市电系统或者柴油发电机系统的保护。 下图中深灰色的区域为高压可能损坏设备的区域， 而浅灰色的区域为低压导致设备不能 正常工作

13、但不会损坏设备的区域，只有白色的区域才是设备正常工作的区域。 图 2 ITIC-1100 曲线 （2）稳定 所谓稳定主要指电网电压频率稳定，波形失真小，如下表： 表1 GB 501742008对于电网稳定性的要求 要求供电电源的质量稳定的原因是为了保证数据和设备的安全。 上表中各项稳态指标的 提出就实质上意味着数据中心机房必须配置UPS， 因为市电电网无法长时间处于上述指标之 内，只有UPS的输出才会如此稳定。 （3）平衡 主要是指三相电源平衡，即相角平衡、电压平衡和电流平衡。要求负载在三 相之间分配平衡，主要是为了保护供电设备（如UPS）和负载。 （4）分类 所谓分类就是对IT设备及外围辅助

14、设备按照重要性分开处理供配电。分类的 实质源于各负荷可靠性要求的不一致。 为不同可靠性要求的负荷配置不同的供配电系统， 能 够在保证安全的前提之下有效地节约成本。 3.2 负荷分级负荷分级 按照电子信息系统机房设计规范GB 501742008的要求，电子信息系统机房用电负 荷等级及供电要求应根据机房的等级， 按现行国家标准 供配电系统设计规范 GB50052 及 GB 501742008附录A 的要求执行。 GB 5005295将工业企业电力负荷分为如下三级：一级负荷，二级负荷与三级负荷。 数据中心的类型，仍应与工业企业负荷分级相一致。主要取决于其工作性质。 针对计算机系统的工作性质及对供电可

15、靠性的要求， 严格区分其负荷性质， 是十分必要 的。对于那些不允许停电的计算机系统，即使供电属于二、三级的用户，也需要建立不停电 供电系统或相应提高供电等级。 GB 501742008关于负荷分级条文说明如下： A级电子信息系统机房的供电电源应按一级负荷中特别重要的负荷考虑，除应由两个电 源供电(一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏)外，还应配置柴油发电机作为 备用电源。 B级电子信息系统机房的供电电源按一级负荷考虑， 当不能满足两个电源供电时， 应配置备用柴油发电机系统。C级电子信息系统机房的供电电源应按二级负荷考虑。 3.3 电能质量要求电能质量要求 按照电子信息系统机房设计规范

16、GB 501742008的要求，电子信息设备供电电源质 量应根据电子信息系统机房的等级，按GB 501742008附录A 的要求执行。 同时，GB50174-2008第817条规定“电子信息设备应由不间断电源系统供电”，因 此UPS电源的输出质量决定了电子信息设备的供电电源质量，本规范采纳了现行行业标准 通信用不间断电源一UPSYD/Tl095一2008中有关电源质量的指标。 表2 在线式UPS电气性能要求（数据来源：YD/T 10952008通信用不间断电源UPS） 序 号 指 标 项 目 技 术 要 求 备 注 1 输入电压可变范围 165V-275V176V-264V187V-242V 相电压 285V-475V304V-456V323V-418V 线电压 2 输入功率因数 0.95 0.90 3 输入电流谐