某数据中心电气系统比选分析.pdf

工程设计与应用范鑫（），男，工程师，从事数据中心及产业园区电气设计工作。某数据中心电气系统比选分析范鑫 上海华建工程建设咨询有限公司，上海 摘要：比选分析以某金融行业数据中心电气系统初步设计为起点，评估主要电气系统的优劣性，在分析的过程中，详细描述主要电气系统的特点、功能和优点。通过比选来选择涉及数据中心的核心设施和设备，如变配电所的设置、柴油发电机组的选择、不间断电源的选择、蓄电池组的选择等，以此来最大程度地保障数据中心的电力系统的正常运行和可靠性。关键词：数据中心；柴油发电机；不间断电源；并机系统；蓄电池；比选中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：引言数据中心电气系统的安全可靠性对数据完整性、保密性、运行效率和可用性至关重要。一旦发生故障或失效将导致数据丢失和泄露，引发安全风险和经济损失。数据中心是企业和机构的核心枢纽，故障会影响正常运营，尤其在金融、电商、公共服务等领域安全可靠性尤其重要。此外，电气系统的安全可靠性还影响能源使用效率和环境保护。选择适合项目的电气系统是确保数据中心安全可靠的重要支撑。本文通过某金融行业数据中心项目为例，简述在项目初期对整个数据中心电气系统的比选分析，以此决策出最适合该项目的电气系统，来作为后续数据中心电气系统安全可靠的重要支撑。项目概况本项目数据中心楼建筑地上 层，地下 层，建筑高度 ，地上部分建筑面积为 。能源中心（柴发楼）地上 层，地下 层，建筑高度 ，地上建筑面积为 。配套区总面积为 ，配套区地下室总面积为 。数据中心本次规划 台标准机柜，平均功率按照 计算。机房等级要求：满足国家 级机房标准；满足人民银行 级机房标准；局部满足 机房标准。根据 建筑电气常用数据 要求，金融建筑的辅助区、支持区、办公区的用电指标为 。根据建设数据中心的经验，数据中心配套办公区域的用电量较普通办公支持区域的用电量更大，综合考虑配套区域的厨房、餐厅、建筑泛光照明、园区景观照明、室外升降柱等因素，初步设计阶段配套区域按 的规范上限进行估算，地下室按 估算用电量。配套区总计装机容量约 ，考虑需要系数 ，功率因数 ，变压器负荷率 ，总计变压器预计装机容量为 。因此在配套区域地下室采用台 变压器为配套区域服务。数据中心楼地下一层设置变配电所为公用设备服务，共设置 及 工程设计与应用 容量的变压器；数据中心楼一层至四层共设置 容量的变压器为 机房服务；数据中心楼五层至六层共设置 及 容量的变压器为 机房服务；能源中心（柴发楼）设置 容量的变压器为公用设备服务。能源中心设置 组 级 柴油发电机组（第一组 台 用 备 （），第二组 台 用 备 （），第三组 台 用 备 （）。柴发系统根据数据中心等级及业主要求，采用双母线并机的方案。变配电所位置比选变配电所的位置影响着数据中心的能源效率。选择靠近 电力网络的变配电所，可以减少输电损耗，提高供电效率，节能节耗；减少供电线路的长度，可以减少输电损耗和冷却能耗；变配电所的位置需结合暖通、给排水的设备用房需求统筹考虑；需结合操作方便性、运维连续性、故障冗余性等因素，以此为切入点，分析出变配电所的合理设置。配套区变配电所位置分析如表 所示。表 配套区变配电所位置分析 变配电所 座（）座（）技术可行性设置未深入负荷中心；低压供电半径大于 ，线路损耗高低压线路保护的可靠性较差设置深入负荷中心、损耗较低；低压供电半径小于 ，线路损耗低，低压线路保护的可靠性较好可实施性 台变压器的变电所面积约 ；变压器及高低压柜数量共 台 台变压器变电所面积约 ，总面积约 ；变压器及高低压柜数量（估算）共 台（）可维护性集中监控、方便运维管理；高低压电缆进出线非常集中，路径复杂，受层高影响不利于、检修维护运维检修量较单一变电所增加；本项目 变电所较多（座），故配套区变电所数量不对运维管理产生过多的影响高低压电缆进线分散；深入所带单体楼负荷中心；电能质量好经济性根据经验估算，电缆出线距离长，综合造价高以截面为 的电缆为例，每增加，增加材料成本约 元（综合单价）；设置一座变电所，将增加所有供电电缆近 ，增加投资近 万设置两座变电所，变压器深入负荷中心，电缆出线距离短，综合造价低结合本项目的实际情况，从技术可行性、可实施性、可维护性、经济性等角度综合考虑，配套区采用座 变配电所的配置方案。机房区 变配电所则按常规进行分层设置，减少供电路由，降低管线压力，节约建设成本。柴油发电机系统比选 柴油发电机单机容量比选 数据中心设计规范 中第 条规定：级数据中心发电机组应连续和不限时运行，发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。中规定发电机组连续不限时运行的功率称为 功率；数据中心工况下发电机组连续不限时运行的功率为 功率。两种功率段均能满足规范设计需求。方案对比中的柴油发电机组均以市场几大主流合资品牌的原厂整机产品为例，造价按照几大主流合资品牌的同档次机型计算平均造价。从经济性角度考虑，按照 功率进行设计，后续考虑需求再进行调整。不同容量柴油发电机组的主要参数如表 所示。柴油发电机并机系统比选根据数据机房楼机房布置方案 与 为国 标准机房；与 为 标准机房，故设计工程设计与应用表 不同容量柴油发电机组的主要参数单机容量（）单机容量（）单机平均造价 万元每小时用油量（）约 约 约 约 约 约 约 约 考虑将 机房 设备为一组；机房 设备为一组；根据现有建筑体形，设计提出两种不同柴油发电机并机方案。方案一采用每组 台柴油发电机组并机：根据负荷计算，同时变压器损耗 损耗 线路损耗按照 考虑，所有设备用电负载率按 考虑，与 采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 ；与 采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 ；机房配套空调动力设备采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 。总造价估算为 万元。方案二采用每组 台柴油发电机组并机：根据负荷计算，同时变压器损耗 损耗 线路损耗按照 考虑，所有设备用电负载率按 考虑，与 采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 ；与 采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 ；机房配套空调动力设备采用 （）台 为 的柴油发电机并机，负载率为 。总造价估算为 万元。方案一较方案二相比造价节省约 万元，相同技术条件下采用 台柴油发电机方案时造价下降明显，因此采用方案一。不间断电源系统比选当前数据中心行业的机房供电方案一般有如下几种：供电、供电、市电直供。本项目需满足国家 级机房标准及 标准，市电直供方案不具备可行性，可采用 及 供电方案。种常用不间断电源系统分析如表 所示。表 种常用不间断电源系统分析路 方案路 方案路 路 技术可行性系统可靠性高满足规范要求整机效率约 系统可靠性高满足规范要求整机效率约 末端设备需采购交直流一体化设备，该种设备在电流转换时容易发生故障物理空间要求对建筑空间要求与设备数量与 方案接近对建筑空间要求与设备数量与 方案接近两路不间断电源，系统可靠性高可维护性金融企业运维经验较为丰富金融行业运维经验较为欠缺经济性主机设备造价比 方案增加约 主机设备造价比 方案减少约 造价与 方案接近（蓄电池组数较 多、电池连接线与开关费用略多）应用案例应用于绝大多数金融数据中心与部分 数据中心应用于绝大多数 数据中心，金融类数据中心仅有小部分应用案例，并未有大规模使用的项目应用案例较少通过比选，本项目采用双路 方案或双路 方案，考虑 设备选型与运维经验，最后以 方案为主，方案为辅。蓄电池比选为保证市电中断后数据中心重要负荷的不工程设计与应用间断运行，不间断电源必须配置后备电池，按照国家 级机房标准，本项目后备电池配置为满载 。在近几年的数据中心的应用中，后备电池主要有传统铅酸蓄电池与磷酸铁锂电池两类。这两种电池各有优劣，以下是两种电池的对比分析，铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池主要性能分析如表 所示。结合本项目的需求，本项目采用铅酸蓄电池方案。表 铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池主要性能分析铅酸蓄电池磷酸铁锂电池技术可行性满足规范要求；铅酸电池发热量较小，对空调要求低满足规范要求磷酸铁锂电池放电时短时发热量较大，需配置较大容量的空调进行散热可实施性铅酸电池体积较大，占地面积较高磷酸铁锂电池能量密度高，占地面积小，相同容量占地面积约为传统铅酸电池的一半可维护性传统方案，运维模式与其他项目相同需重新进行培训，但锂电池为模块机，可热插拔，运维较传统电池更方便经济性相同容量价格较磷酸铁锂电池更便宜相同容量的磷酸铁锂电池价格约为铅酸蓄电池的 倍应用案例铅酸蓄电池应用案例广泛，市场绝大多数数据中心均采用铅酸蓄电池方案近年 数据中心逐渐开始应用，金融类数据中心仅有小部分应用案例，并未有大规模使用的项目 结语数据中心电气系统的安全可靠性对于确保数据的完整性和保密性至关重要。数据中心一旦发生电力系统的故障或失效，将会给数据中心带来巨大的灾难性后果，不仅可能导致数据丢失，还可能造成数据泄露，进而引发重大安全风险和经济损失。不同类型的数据中心，通过前期的系统比对，从不同维度如价格、系统稳定、技术支持等方面，帮助设计师在设计过程中从众多不同的电气系统中找到最合适该项目的选择，以此来确保后续设计的数据中心更加合理、安全、稳定、可靠。中国建筑标准设计研究院 建 筑 电 气 常 用 数 据：北京：中国计划出版社，中华人民共和国住房和城乡建设部 数据中心设计规范：北京：中国计划出版社，国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会往复式内燃机驱动的交流发电机组 第 部分：用途、定额和性能：北京：中国标准出版社，收稿日期：（，）：，：；