數(shù)據(jù)中心是全球互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，當代我們熟知的政府機構(gòu)、教育機構(gòu)，金融機構(gòu)，電子商務(wù)機構(gòu)等都離不開數(shù)據(jù)中心的支持，可以說數(shù)據(jù)中心推動著當代經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，云計算、大數(shù)據(jù)、VR等的普及也離不開數(shù)據(jù)中心的支持可以認為數(shù)據(jù)中心將與人類未來的生活息息相關(guān)。數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)是保證其可靠運行關(guān)鍵系統(tǒng)之一，電氣系統(tǒng)的合理性，可靠性，穩(wěn)定性，節(jié)能性等是衡量一個數(shù)據(jù)中心的重要指標，下文將以北方某數(shù)據(jù)中心為例簡析數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)。
1、項目概況
本項目位于華北較為寒冷地區(qū)，機房等級按《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》GB50174-2008 A級機房設(shè)計，數(shù)據(jù)中心為兩棟建筑，一棟為數(shù)據(jù)機房，一棟為動力中心（主要放置中壓柴油發(fā)電機，空調(diào)冷水機組等）。
2、電氣設(shè)計原則
（1）變配電房的規(guī)劃布置盡量靠近負荷中心，減小供電半徑，有利于節(jié)能及節(jié)約投資；
（2）結(jié)合工藝及建筑的規(guī)劃設(shè)置變配電房，變配電房的規(guī)劃充分考慮“可靠性”、“經(jīng)濟性”、“可擴充性”、“便于管理維護”等原則，使機房PUE值達到最 優(yōu)；
（3）所有配電柜及相應(yīng)的配電線路，均以用電峰值為其設(shè)計負荷；
3、供電可靠性保證
本項目按《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》GB50174-2008 A級機房設(shè)計，采取以下措施保證機房設(shè)備供電系統(tǒng)的可靠性：
（1）采用兩路10kV市電為主用電源、柴油發(fā)電機作為備用電源以及UPS作為不間斷電源供電；
（2）變壓器及供配電系統(tǒng)采用M（1+1）方式的配置共5組（10臺）10kV/380V變壓器；
（3）重要回路由兩回路供電，由兩臺不同的變壓器，不同的保證母線段采取放射式供電，兩回路供電線路及出線開關(guān)均可實現(xiàn)互為備份。
4、設(shè)計范圍
（1）10kV高壓配電系統(tǒng)；（2）10/0.4kV配電系統(tǒng)；（3）備用發(fā)電機配電系統(tǒng)；
（4）動力系統(tǒng)；（5）照明系統(tǒng)；（6）防雷保護、安全措施及接地系統(tǒng)。（7）電源分界點為高壓配電房電源進線柜內(nèi)進線開關(guān)的進線端。高壓開關(guān)房屬城市供電部門負責(zé)設(shè)計，高壓開關(guān)房內(nèi)設(shè)備由供電局負責(zé)選型。
5、變、配電系統(tǒng)
（1）負荷分級：
一級負荷中特別重要負荷：機房IT設(shè)備用電負荷；
一級負荷：消防負荷：消防中心用電、消防水泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機、消防應(yīng)急照明等消防用電，機房專用空調(diào)負荷，機房保證照明等；
二級負荷：機房配套用房照明，普通排風(fēng)風(fēng)機，普通空調(diào)風(fēng)柜等；
三級負荷：不屬于一、二級負荷的其他負荷。
6、柴油發(fā)電機系統(tǒng)
（1）本工程采用柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源，發(fā)電機采用N配置；共須安裝5臺1800kW/2000kVA高壓柴油發(fā)電機組，為本工程一級、二級負荷提供用電保證。
（2）柴油發(fā)電機在市電故障停電后，能在15秒內(nèi)自動啟動，向本工程保證高壓母線段供電。采取有效措施防止市電與發(fā)電機并列運行。
（3）并機總技術(shù)要求
發(fā)電機主要為機房 IT 負荷、空調(diào)制冷系統(tǒng)、消防供電系統(tǒng)以及應(yīng)急照明提供應(yīng)急電源保障容量。發(fā)電機組的并機容量首先應(yīng)滿足以下三個條件：
a發(fā)電機的連續(xù)運行額定功率大于或等于穩(wěn)定負荷計算功率；
b發(fā)電機的備用運行功率大于或等于負荷的尖峰功率；
c在最大的電動機起動時，發(fā)電機的瞬時電壓降不大于 15%～20%。
其次，數(shù)據(jù)中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線性負載，在供電線路上會產(chǎn)生諧波，使發(fā)電機輸出電壓波形產(chǎn)生失真。由于發(fā)電機組相對電網(wǎng)是有限容量系統(tǒng)，多臺發(fā)電機并機系統(tǒng)除了滿足穩(wěn)定負荷需求外，還需考慮負載特性(電能質(zhì)量)、啟動性能、沖擊負載（冷凍機組和水泵的啟動電流、變壓器投入時的激磁電流）對發(fā)電機使用的影響。
（4）中壓ATS系統(tǒng)要求：
中壓ATS根據(jù)設(shè)定的各負荷出線重要等級，由重要性由最低向重要性最高的順序，逐次跳開母線各負載出線斷路器；然后，合油機進線斷路器，根據(jù)接收到的并網(wǎng)發(fā)電機數(shù)量，按照負荷出線重要性等級，由重要性最高向重要性最低順序逐次合上允許數(shù)量的出線斷路器。
7、高、低壓供電系統(tǒng)及運行方式
（1）高壓供電系統(tǒng)設(shè)計
a 本工程高壓供電系統(tǒng)采用兩路10kV專線市電電源，采用單母線運行方式，正常供電時，兩路電源同時供電。
b 10kV斷路器采用真空斷路器短路電流為31.5kA，在10kV出線開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)氧化鋅避雷器作為真空斷路器的操作過電壓保護。
c 當市電失電后，啟動高壓柴油發(fā)電機組，保證重要負荷用電。
d 高壓斷路器校驗
【動穩(wěn)定校驗】
已知：
三相短路沖擊電流ich ＝ 6.23(kA)
額定峰值耐受電流imax ＝60(kA)
校驗：
Ich≤Imax，動穩(wěn)定校驗合格！
【熱穩(wěn)定校驗】
已知：
額定短時耐受電流It ＝ 31.5(kA)
額定短時持續(xù)時間t ＝4(s)
短路電流熱效應(yīng)Qt =0.5(kA2.s)
校驗：
Qt≤It×It×t，熱穩(wěn)定校驗合格！
（2）低壓配電系統(tǒng)
a 變壓器低壓側(cè)采用單母線分段方式運行。T1、T3、T5、T7、T9分 別 與 T2、T4、T6、T8、T10變壓器之間設(shè)母聯(lián)開關(guān)。
b 低壓配電系統(tǒng)采用AC 380V，AC 380V配電系統(tǒng)采用放射式與樹干式相結(jié)合的方式，對于單臺容量較大的負荷或重要負荷采用放射式供電；對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式。
配電系統(tǒng)接線示意圖
8、設(shè)備選型如下
（1）戶內(nèi)式變壓器按節(jié)能型干式變壓器設(shè)計，設(shè)強制風(fēng)冷系統(tǒng)；接線為 D，Yn11，保護罩由廠家配套供貨，防護等級不低于IP30.
（2）高壓配電柜按金屬鎧裝移開式中置柜進行設(shè)計，斷路器額定電流1250A，分斷能力31.5kA；采用直流操作。高壓電纜采用上進上出接線方式。
（3）斷路器最大短路電流計算：
變壓器阻抗電壓百分比：Uk%=6(ST≤2500 KVA)，Uk%=8(ST=2500KVA)；
變壓器電阻忽略不計，電抗：額定電壓：Ur=0.4KV，
采用2500KVA變壓器時，ST=2.5MVA 得到XT=0.01024
短路電流
采用2000KVA變壓器時，ST=2MVA 得到XT=0.00614
短路電流
采用1250KVA變壓器時，ST=1.25MVA得到XT=0.00384
短路電流
低壓配電柜依據(jù)標準抽屜柜，落地式安裝進行設(shè)計；根據(jù)上述計算與2500KVA和2000KVA變壓器配套配電柜斷路器分斷能力65kA以上，與1250KVA變壓器配套配電柜斷路器分斷能力50kA以上，進出線電纜采用上進上出的接線方式。
柴油發(fā)電機組為應(yīng)急自啟動型，應(yīng)急啟動裝置及相關(guān)成套設(shè)備由廠家配套供貨
9、10kV繼電保護裝置的設(shè)置
（1）進線采用過流、速斷、零序保護；
（2）出線采用過流、速斷、零序保護；
（3）變壓器設(shè)置過流、速斷、溫度保護。
（4）發(fā)電機設(shè)置過流、速斷、零序、溫度、差動保護。
10、電能計量裝置
采用高壓集中計量，在每路10 kV電源進線處設(shè)置專用計量裝置，并可根據(jù)要求設(shè)置低壓電力分表。
11、功率因素補償方式
采用低壓集中自動補償方式，在變配電所低壓側(cè)設(shè)功率因數(shù)自動補償裝置，補償后功率因素達0.96以上。
12、諧波治理
由于諧波分布的多變性和諧波工程計算的復(fù)雜性，因此在進行變電所設(shè)計時要適當預(yù)留濾波設(shè)備安裝位置，待系統(tǒng)正式運行后根據(jù)對諧波的實測和分析，再采取相應(yīng)的、有效的諧波治理措施。
對于變頻設(shè)備采用IGBT整流，或加裝消諧裝置，防止諧波涌入電力系統(tǒng)；
對于UPS等根據(jù)后期通信工藝的要求，采用IGBT整流或就地設(shè)置諧波吸收裝置，使諧波含量負荷電網(wǎng)的要求。
13、照明系統(tǒng)
（1）照度標準、主要場所照明功率密度值按現(xiàn)行國家標準《建筑照明設(shè)計標準》執(zhí)行。主要場所照明功率密度值見下表：
其他場所按現(xiàn)行國家標準《建筑照明設(shè)計標準》GB50034-2013執(zhí)行。
（2）光源、燈具選擇、照明燈具的安裝及控制方式：
a光源：一般場所為熒光燈或節(jié)能型光源，有裝修要求的場所視裝修要求而定，但其照度應(yīng)符合相關(guān)要求。
b用于應(yīng)急照明的光源采用能快速點亮的光源。
14、防雷與接地
（1）防雷措施
a本工程按二類防雷措施設(shè)防。建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護等級一級。
b在機樓屋頂設(shè)避雷帶作為防直擊雷的接閃器，利用建筑物結(jié)構(gòu)柱子內(nèi)的主筋做引下線，利用結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)做接地體。
c為防側(cè)向雷擊，豎向敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂部和底部應(yīng)與防雷裝置連接。
d為防雷電波浸入，電纜進出線在進出端應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設(shè)備接地相連。
e電子信息系統(tǒng)的箱體、殼體、機架等金屬組件應(yīng)與建筑物的共用接地網(wǎng)作等電位連接。
f防雷接地、變壓器中性點接地及電氣設(shè)備保護接地等共用同一的接地裝置，要求接地電阻不大于1Ω，當接地電阻達不到設(shè)計要求時應(yīng)在室外增設(shè)人工接地體。
g本工程采用總等電位連聯(lián)結(jié)。在各電氣設(shè)備房、每層IT機房、衛(wèi)生間等處設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)。
（3）機房接地保護措施
a 計算機電源系統(tǒng)、有線電視引入端、電信引入端設(shè)過電壓保護裝置。
強、弱電系統(tǒng)采用共用接地裝置。
b IT機房、電信機房、監(jiān)控中心室等弱電設(shè)備用房的接地利用大樓的共用接地裝置，獨立設(shè)置引下線，采用40x4編織銅帶。穿PVC管保護。
c 防雷電感應(yīng)措施：
為了保證本工程大樓內(nèi)的通信設(shè)備的安全，對通信設(shè)備及弱電設(shè)備供電系統(tǒng)，依據(jù)設(shè)備終端的耐壓水平，分別采用2～4級的多級防雷措施，加裝浪涌保護裝置。
供電系統(tǒng)防雷接地原理圖
d 機房等電位聯(lián)結(jié)措施
采取聯(lián)合接地方式，設(shè)置專用直流邏輯接地、交流工作接地、安全保護接地、防雷保護、防靜電接地等；在機房適當位置設(shè)置局部等電位接地端子箱，機房交流配電系統(tǒng)接地、計算機設(shè)備安全保護接地等采用電纜匯接至機房等電位接地端子箱，再接到大樓接地網(wǎng)；機房內(nèi)設(shè)置銅帶等電位接地網(wǎng)。
機房聯(lián)合接地平面示意圖
數(shù)據(jù)中心在現(xiàn)在設(shè)計中的電氣設(shè)計方式有很多種，以上只是簡單介紹其中一種比較常見的電氣設(shè)計方式。隨著社會的發(fā)展數(shù)據(jù)中心的電氣設(shè)計已經(jīng)不僅僅是一個簡單的項目設(shè)計而且是一個社會話題，這個話題背后是人們對能源消耗的憂慮和對日益嚴峻的環(huán)境問題的擔心，所以雖然數(shù)據(jù)中心在今天已經(jīng)發(fā)展的比較成熟但是對于數(shù)據(jù)中心設(shè)計還任重道遠。此文旨在拋磚引玉，希望更多的人關(guān)注和探討數(shù)據(jù)中心在為來電氣設(shè)計中更加節(jié)能更加高效的方式。
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