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数据机房对柴油发电机组的供配电要求 |
摘要：数据中心持续功率(DCC)在柴油发电机组行业内的应用持续增长。DCC应用作为数据处理中心(DPCs)电源的一种可替代电源,它的特性使它能满足数据中心设施对可靠性和可用性的需求。Uptime Institute规定应急电源需满足TierⅠ或TierⅡ,替代电源需满足TierⅢ或TierⅣ要求。要被认为是可替代电源,并满足Uptime Institute Tier Ⅲ和Tier Ⅳ的要求,则该发电机组必须在主电源发生故障时能提供持续电力。这意味着发电机组容量能在要求的负荷水平下提供持续电力而不受时间限制。
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数据机房的柴油发电机组系统图 |
数据中心机房供配电系统是一个交叉的系统，涉及到市电供电、防雷接地、防静电、UPS不间断供电、柴油发电机等，每个系统互相交叉，互有影响，这就使我们在布置时必须考虑多方面的因素，机房的供配电系统就是这基础工程的心脏和大动脉，供配电系统的稳定，能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行，下面了解一下机房供电需求及系统的布置方案。
一、供配电要求
1、柴油发电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》GB 50052 及本规范附录 A 的要求执行。
2、电子信息设备供电电源质量应根据柴油发电机房的等级，按本规范附录 A 的要求执行。
3、供配电系统应为电子信息系统的可扩展性预留备用容量。
4、户外供电线路不宜采用架空方式敷设。当户外供电线路采用具有金属外护套的电缆时，在电缆进出建筑物处应将金属外护套接地。
5、柴油发电机房应由专用配电变压器或专用回路供电，变压器宜采用干式变压器。
6、柴油发电机房内的低压配电系统不应采用 TN—C 系统。电子信息设备的配电应按设备要求确定。
7、电子信息设备应由不间断电源系统供电。不间断电源系统应有自动和手动旁路装置。确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。不间断电源系统的基本容量可按下式计算：E≥2P (7)式中 E——不间断电源系统的基本容量(不包含备份不间断电源系统设备)[(kW／kV·A)]；P——电子信息设备的计算负荷[(kW／kV·A)]。
8、用于柴油发电机房内的动力设备与电子信息设备的不间断电源系统应由不同回路配电。
9、电子信息设备的配电应采用专用配电箱(柜)，专用配电箱(柜)应靠近用电设备安装。
10、电子信息设备专用配电箱(柜)宜配备浪涌保护器、电源监测和报警装置，并应提供远程通信接口。当输出端中性线与 PE 线之间的电位差不能满足电子信息设备使用要求时，宜配备隔离变压器。
11、电子信息设备的电源连接点应与其他设备的电源连接点严格区别，并应有明显标识。
12、A 级柴油发电机房应配置后备柴油发电机系统，当市电发生故障时，后备柴油发电机应能承担全部负荷的需要。
13、后备柴油发电机的容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全等需要的负荷容量。
14、并列运行的柴油发电机，应具备自动和手动并网功能。
15、柴油发电机周围应设置检修用照明和维修电源，电源宜由不间断电源系统供电。
16、市电与柴油发电机的切换应采用具有旁路功能的自动转换开关。自动转换开关检修时，不应影响电源的切换。
17、敷设在隐蔽通风空间的低压配电线路应采用阻燃铜芯电缆，电缆应沿线槽、桥架或局部穿管敷设；当配电电缆线槽(桥架)与通信缆线线槽(桥架)并列或交叉敷设时，配电电缆线槽(桥架)应敷设在通信缆线线槽(桥架)的下方。活动地板下作为空调静压箱时，电缆线槽(桥架)的布置不应阻断气流通路。
18、配电线路的中性线截面积不应小于相线截面积；单相负荷应均匀地分配在三相线路上。
三、数据中心机房供配电系统的布置
数据中心机房供配电系统主要设备有：UPS、电池、配电柜和柴油发电机等。这些设备单位占地面积、重量大，对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求，又要考虑空间和承重的需要，还要考虑对外界的危害。数据中心机房供电系统应有独立的配电间、变配电所，UPS 电源机房应靠近设备机房(负荷中心)布置，这样能保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小。
UPS 电源主机、配电柜与蓄电池组是否需要分隔，按照数据中心等级的要求决定，另外还需要考虑到UPS属于大型设备，重量比较大，噪声大，需要摆放在一个承重比较好，并且不影响办公和休息环境的地方。配电柜位置的选择，主要考虑功能上的需求，配电柜应在满足功能分区的基础上，尽可能靠近供电负载。发电机房宜设置在地面一层，当发电机房设置于地下层时，应特别注意进、出风通道能否满足要求，应注意发电机组储油装置（日用油箱、储油罐）的消防要求。变配电所、发电机房、UPS 电源机房均应留有足够的面积，可与设备机房同步发展，应对设备机房面积扩展或设备机房功率密度上升引起的供电需求。于非专门设计用于数据中心的建筑，应注意其是否满足设备安装和线路敷设的要求，包括楼面荷载、净高、抗震等级、耐火等级等方面。
四、市电动力配电系统设计
市电动力配电主要用于供给机房精密空调设备、普通照明和给排风、维修插座、一般动力、UPS设备等。市电动力配电一般由大楼总配电柜馈出的动力供配电系统，采用50Hz交电，380/220V三相五线电源，TN-S接地方式，零线和地线分开设置且零地线之间电压小于1V。
一般可靠性要求数据中心宜引入两路市电电源，条件受限制时也可引入一路市电电源。引入两路市电电源时，宜为冗余关系，也可作为供电容量扩展关系，每一路市电电源的供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求，包括UPS电源系统、机房精密空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。两路市电电源的供电容量应为全冗余，正常时应同时供电运行，两路电源在负荷设备输入端自动切换。
市电动力配电柜一般采用放射式配电直接配至各用电设备或电箱，机房内所有动力配电线缆必须设计桥架或钢管敷设，市电动力配电柜具有火警联动保护功能，出现火警时可与消防系统联动及时切断电源，动力配电柜、照明箱内的开关和主要元器件应设置有效的防雷措施。
五、自备应急电源系统设计
数据中心一般采用柴油发电机组作为自备应急电源，对于大型、高等级数据中心也可以选择可靠性高、输出电源品质好、带非线性负载能力强、体积小、重量轻的大功率燃气发电机组。一般可靠性要求的数据中心宜配置一路自备应急电源，供电容量应能满足全部一、二级负荷的需求，包括UPS 电源系统、机房空调、机房照明、蓄电池充电及建筑设备中的一、二级负荷。
当数据中心条件受限制，且市电电源具有较高可靠性时，也可以部分或全部采用移动式发电机组作为自备应急电源。发电机组燃料储备量应根据数据中心等级的要求，结合市电电源可靠性、供油可靠性、消防要求综合决定，一般不宜少于发电机组满负荷运行8小时的用油量。
1、主电网的可靠性、数据中心所存数据的敏感度
如果主电网足够可靠,或数据中心处理的数据敏感性要求较低,或不严格要求数据的实时可读取性,那么数据中心设施的有效性百分比将降低,它们会被归类为Uptime Institute Tier I或Tier II.这时会根据发电机组的备用功率来选择发电机组作为备用电源,以减少安装费用。
2、发动机及发电机的选择
作为电力供应的动力源,发动机的重要性不言而喻;不但要考虑通用的环境因素(温度、海拔)、启动冗余(双启动马达、双启动蓄电池,或气动、弹簧启动)、通风散热、发动机水加热等;还要结合数据中心的要求来选择发动机及发电机。发电机组行业主要的发动机制造商新发布了一个新的功率定义——数据中心持续功率(DCC)。发动机生产商用DCC定义来保证发动机运行不受时间和平均功率百分比限制。发电机组的连续负载能力、可靠性、突加载能力是最核心的要求。
3、智能冗余控制系统
控制系统作为发电机组运行的大脑,肩负着自动开关机、同步并联带载、负载分配(有功、无功功率均分)、功率管理、保护、数据传输等功能。所以控制系统要做到充分可靠及冗余控制(控制冗余、通讯冗余)。
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