数据中心配电场所应对火灾的配置探讨.pdf

C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.4.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)数据中心配电场所应对火灾的配置探讨王凤瑛中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京2 1 0 0 1 9摘 要：针对数据中心在应对不间断电源系统发生火灾时的能力设计进行了深入的探讨和详细的分析，就现阶段情况下，关于数据中心不间断电源系统设计存在的一些具体问题提出了相应的指导意见和具体的解决措施。关键词：数据中心；供配电系统；供电；电力室探讨中图分类号：T N 9 1 9.5文献标识码：A文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 4-0 0 3 5-0 31 引言数十年来，各行各业已建设和正在建设大量数据中心，且朝着超大型和小型两个规模方向发展，相对而言数据中心管理和维护能力滞后。供配电系统尤其是不间断电源系统(U P S 系统)属于数据中心运行的重要基础设施组成部分，是满足数据中心供电质量的核心，是整个供电系统的“最后一道屏障”。近年来国内外发生多起数据中心不间断电源系统火灾事件，从而引发停电故障和业务中断 1-3 。在数据中心管理和维护能力滞后的情况下，应尽可能在设计阶段考虑如何尽量缩小不间断电源系统发生火灾后的影响范围。2 数据中心对供配电系统的要求数据中心供配电系统包括电源、变压器、后备柴油发电机系统及U P S 系统等。A 级数据中心要求供配电系统“容错”配置，可靠性和可用性等级最高。“容错”指的是：具有两套或两套以上的系统，在同一时刻，至少有一套系统在正常工作。要求容错配置的变配电设备应分别布置在不同的物理隔间内，相互备用的管线宜沿不同路径敷设。按容错系统配置的基础设施，在经受住一次严重的突发设备故障或人为操作失误后，仍能满足电子信息设备正常运行的基本需求团。B 级数据中心要求“冗余”配置，即重复配置系统的一些或全部部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此延长系统的平均故障间隔时间4 。3 不间断电源系统发生火灾的原因探讨3.1 电池自燃或者爆炸目前大多数数据中心采用阀控铅酸蓄电池，占地面积多，对机房楼板活荷载要求高，多以双列四层架式或者多层柜式安装，电池外观多被遮挡，因此若发生鼓包、漏液等现象，肉眼难以察觉，且不能在电池监测系统中得到告警提示，若不能及时处理可能会导致自燃或者爆炸 5 。建成后的电池架之间多半空间狭窄，空气流通不充分，当火灾报警系统的烟感和温感探测到火灾信号时，燃烧现象已持续一段时间，若气体灭火系统的控制方式为手动或者响应不及时，则极有可能会引发明火火灾。再加上电池互相紧挨布放，当一只电池出现燃烧或者爆炸时，会迅速引发整组电池燃烧和邻组电池升温，继而引发更大范围的事故。另外铅酸蓄电池的工作环境温度应保持在一定范围，其最佳工作温度为2 5,若环境条件长期不良会导致电池性能下降，循环寿命缩短。电池故障还包括电池生产时密封胶质量不达标、电池连接条选型过小等，以上隐患或者故障均可能导致在浮充状态或者在放、充电过程中发生燃烧引发火灾间。3.2 U P S 设备发生电气火灾U P S 设备电气火灾多发生在与外部设备连接时因电缆接头虚接引起的打火或者因后端负载短路引起U P S 内部起火或大功率元器件爆炸。电缆接头虚接发生情况有：U P S 主机与电池组之间的电缆接头虚接，在电池组大放电时因接触电阻过大，温度升高后接触面氧化严重，进而造成接触电阻继续变大，最终会引起电气打火甚至拉弧，引燃附近可燃物造成起火四。收稿日期：2 0 2 2 年1 1 月2 5 日；修回日期：2 0 2 3 年6 月1 6 日3 5通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)U P S 主机与输入柜、输出柜之间的电缆接头未拧紧，3.3 电力电缆引发的火灾长期运行，导致温度过高而引发火灾。数据中心基本采用阻燃型电力电缆，引发火灾原因包括表1 三种U P S 系统布局方式的比较项目占用空间适用场景投资机房事故的影响范围方式一U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放较大B 级机房、C 级机房较大较大方式二方式三U P S 设备与蓄电池组独立布放 U P S 系统与I T 设备在同一物理隔间布放大小A 级机房C 级机房大小大小设计时电缆选型偏小，或者长期运行载流量超过设计值等。电力电缆跨房间布放在火灾中可能引发火灾跨房间蔓延。4 火灾对不同U P S 系统布放的影响分析4.1 U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放以电信运营商为代表以及其他部分数据中心项目的U P S、配电柜和蓄电池组经常是布放在一个房间，机房场地比较紧张的数据中心也采取合并房间的设计，合并房间统称为电力电池室。以某次火灾举例，该数据中心设两个电力电池室，为四个数据中心机房供电，其中一个电力电池室内位于电池区域中心点附近的某只电池突发自燃，待消防系统动作并灭火后，放置在电池区域内的4 组电池中的1/4 只电池均有燃烧或者烘烤痕迹，4 组电池及其电池连接线均不能再使用。而气体灭火泡沫覆盖整个电力电池室，所有设备和机柜内铜排、电缆、走线架表面均被泡沫和燃烧灰烬二者混合物附着，房间地面、墙面留下大量污渍。因双冗余设计的2 套U P S 系统均位于该电力电池室，2 套U P S 系统的4 台主机均停止工作，该电力电池室带载的两个数据中心机房设备宕机、业务中断。4.2 U P S 设备与蓄电池组独立布放这种布放方式为U P S、配电柜布放在同一房间，蓄电池组布放在另一个房间，即电力室和电池室独立布置。若电池室发生火灾，则整个供电系统失去最后一道屏障，但在U P S 主机输入、输出正常的情况下，可为抢修工作留下时间，若抢修及时、得当，不至于造成机房设备掉电宕机；若电力室发生火灾，在U P S 设备输出正常工作的情况下，也不会造成设备掉电。且这种布放方式相比U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放，若发生火灾，造成损失的范围较小。4.3 U P S 系统与I T 设备在同一物理隔间布放这种布放方式多见于微模块机房或者微小型机房。对于C 级机房来说，这种布放方式造成的影响在可控范围，但从经济损失角度，还是应尽量避免此类情况。在部分非C 级机房来说，若采用机柜+列间空调+U P S 为组成单元的微模块，当发生U P S 设备电气火灾时，可能会导致不仅设备掉电，而且服务器、存储设备等电子设备很可能受到影响而不得不全部火灾部分更换。4.4 三种布局方式比较典型三种布放方式见图1、图2、图3,为便于表示U P S系统布局方式，略去机房空调等其他机房内的设备。主机房1备、压班的备，E 电电力电池重过道等建算公共设施主机房2主机脚图1 U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放示意图生机房两备、E 电U 责、正电柜电力室为过道等建筑公共设施主机房?主机院图2 U P S 设备与蓄电池组独立布放示意图业务机房q u r微模头C T 机格：一体化P S-间空制知冲通)电图3 U P S 系统与I T 设备在同一物理隔间布放示意图3 6热点技术数据中心配电场所应对火灾的配置探讨5 U P S 系统的布放建议5.1 国标A 级机房根据数据中心设计规范4,容错配置的变配电设备应分别布置在不同的物理隔间内，相互备用的管线宜沿不同路径敷设。A 级机房不间断电源系统配置为冗余备注，即因配置至少2 套不间断电源系统，且互为主备。因此A 级机房互为主备的U P S 系统中的U P S 主机和蓄电池组应分布在不同房间，即互为主备的2 套U P S 系统应设2 个U P S 室和2 个蓄电池室，如图4 所示。数据中心一般按功能区进行布局，所以U P S 室和蓄电池室可放置在同一功能区域的不同房间。另外应尽量缩短连接线缆长度，所以U P S 室和蓄电池室可以紧凑布放在相邻物理空间。各房间进出桥架、管孔的洞口应做好防火封堵，以防止火势蔓延。并为电力电池室。但应将电力电池室和主机房分开设置。各房间进出桥架、管孔的洞口应做好防火封堵，防止火势蔓延。6 结语数据中心的功能区布局需多方面综合考虑，需要丰富的规划设计经验。供电配电系统作为数据中心基础设施的重要组成部分，在具体的实际规划建设过程中，需要考虑多方面的综合因素，以规范标准为基础，尽可能确保供配电系统的可靠性，如果供配电机房发生火灾或者遭受其他物理损坏，必须尽可能地将不良影响控制在最小的范围内，以减少不必要的损失。参考文献电池室-A(主用系统)電池室-B(备用系统)U P S 室-A(主用系统)U P S 室-B(备用系统)图4 A 级数据中心不间断电源系统场所配置示意图5.2 国标B 级机房B 级机房的配置要求是“冗余”配置。为了减少发生火灾或者其他物理损害对不间断电源系统可靠性的影响，在空间位置充裕的情况下，可按A 级机房的容错标准配置。若空间不充裕，则建议将不间断电源主机和蓄电池组分开布放在不同物理空间，因考虑空间功能总体布局和缩短连接线缆长度，U P S 室和蓄电池室可相邻配置布局。各房间进出桥架、管孔的洞口应做好防火封堵，以防止火势蔓延。5.3 国标C 级机房C 级机房U P S 室和蓄电池室可合并设置在同一房间，合 1 中科智道(北京)科技股份有限公司.盘点：近年数据中心十大灾难事件 E B/O L .(2 0 2 2-1 1-2 5)2 0 2 2-1 1-2 5 .h t t p s:/b a i j i a h a o.b a i d u.c o m/s?i d=1 7 5 0 4 4 7 8 3 2 1 9 9 9 1 2 9 6 4&w f r=s p i d e r&f o r-p c.2 徐思萌.网络平台风险应对能力关乎国家安全 N .中国应急管理报，2 0 2 2-1 0-2 1(0 0 7).3 谭学臣.机房火灾事故的原因与措施探讨 J .数字通信世界，2 0 1 9,(4):2 7 5.4 中国电子工程设计院，数据中心设计规范：G B 5 0 1 7 4-2 0 1 7 S .2 0 1 7.5 梁润康.阀控式铅酸电池漏液自动检测技术及应用 C .2 0 2 0 年中国通信能源会议论文集，2 0 2 0:3 2 8-3 3 0+3 3 7.6 王岳.导致蓄电池组失火(爆炸)的原因分析 C .通信电源新技术论坛2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集，2 0 0 8:3 6 3-3 6 5.7 侯福平，蓝郁峰.通信用铅酸蓄电池电气短路故障及漏液隐患分析和检测 J .电信技术，2 0 1 6,(6):5 3-5 9.作者简介王凤瑛，女，高级工程师，从事数据中心规划设计工作。D i s c u s s i o n o n t h e c o n f i g u r a t i o n o f p o w e r d i s t r i b u t i o n p l a c e i n d a t a c e n t e r t o d e a lw i t h f i r eW A N G F e n g y i n gC h i n a I n f o r m a t i o n C o n s u l t i n g&D e s i g n i n g I n s t i t u t e C o.,L t d.,N a n j i n g 2 1 0 0 1 9,C h i n aA b s t r a c t:T h i s p a p e r m a i n l y d i s c u s s e s a n d a n a l y z e s t h e c a p a c i t y d e s i g n o f t h e d a t a c e n t e r t o d e a l w i t h t h e f i r e o f u n i n t e r r u p t i b l ep o w e r s u p p l y s y s t e m,a n d p u t s f o r w a r d c o r r e s p o n d i n g g u i d a n c e a n d s p e c i f i c s o l u t i o n s t o s o m e s p e c i f i c p r o b l e m s e x i s t i n g i n t h ed e s i g n o f t h e u n i n t e r r u p t i b l e p o w e r s u p p l y s y s t e m i n t h e d a t a c e n t e r a t t h i s s t a g e.K e y w o r d s:D a t a c e n t e r,P o w e r s u p p l y a n d d i s t r i b u t i o n s y s t e m,P o w e r s u p p l y,D i s c u s s i o n o n p o w e r r o o m3 7