数据中心机房供配电设计要点探究

袁俊梁

摘要：本文对数据中心机房供配电系统设计进行全面优化，结合常见问题，制定有效对策。在网络信息化时代，数据中心机房对整个网络运行具有至关重要作用，一旦数据中心运行中断会导致无法上网数据丢失、设备瘫痪，造成巨大的经济损失。很多企业高度重视数据中心机房的建设、运营与管理，全面提高数据中心机房的控制水平，保障数据中心机房供配电系统设计合理优化。

关键词：数据中心;机房供配电;供配电设计;设计要点

一、数据中心机房供配电系统设计的必要性

供配电系统是数据中心机房稳定运行的重要因素，应该高度重视供配电系统的设计强化，降低能源资源消耗，提高工作水平。数据中心是互联网络运行的关键设备，能够实现网络数据信息交换、传递、展示、计算、存储。大部分数据中心电子元器件都需要通过直流电源驱动，在长时间运行中造成设备温度显著升高，对数据中心机房设备稳定性造成严重干扰。为了确保互联网络技术的稳定，数据中心机房不能实现停运，否则会导致数据丢失。长时间高速运行必然造成巨大的能量能源资源消耗，不符合生态环保建设要求，要高度重视对数据中心机房供配电系统进行全面优化。

在信息设备功能不断强大背景下，数据中心的设备机柜用电负荷也逐渐提高，但是整个机房的单位面积负荷没有明显增加，使得数据中心正常运营造成巨大的困难和挑战无法保障运行的稳定性。在社会发展的新阶段，对信息数据的依赖越来越高。要想确保数据信息传输的连续性与稳定性，应当高度重视数据中心机房供配电系统的稳定性维护，只有确保供配电系统稳定，才能够减少各种意料之外的故障，确保数据中心的稳定运转。

二、数据中心机房供配电系统的主要设备

（一）配电柜设置

在数据中心机房供配电系统设计中要合理优化配电柜的设置，目前常用的配电柜主要以低压配电柜为主。设计人员要充分认识并掌握低压配电柜的具体性能，根据数据中心的实际运营状况以及相关因素进行充分考虑，高度重视计算机用电设备、机房辅助用电设备以及备用供电设备等多方面的相互关系，充分掌握数据信息，增强整个数据中心机房供配电系统设计的稳定性。要针对通电设备在运行过程中的负荷能量进行全面参考与分析，对设备安装位置进行合理优化，保证配电柜内部结构更加清晰、整洁，避免出现线路纠缠不清、乱作一团等情况，以免影响后期维护。在配电柜设计中要尽可能调节不同配电柜之间的控制关系，确保整个配电柜系统的稳定运行。

（二）供电系统配置

一个完整的供电系统的组成，除UPS设备外，还有输入配电柜、ATS转换开关、变压器、瞬态电压浪涌抑制器、负载配电开关柜、柴油发电机、交流稳压器、电池系统、各种开关、断路器、熔断器、转插板，上百乃至几百个连接点和相应的传输线。对于一个复杂的供电系统如何提高其可用性呢？仅仅解决UPS设备的可靠性显然是不够的，根据系统实际运行的故障数据表明，直接由于UPS故障引起系统宕机的比例毕竟是较少的，由于系统中其他设备和环节以及人为事故造成的故障，或者由此引发的UPS故障占大多数。但是模块化、冗余配置、热插拔修复等设计原则还是适用的。当然，系统中各种设备和管理的标准化、统一化和集中化，减少单路径故障点和大面积掉电的隐患，加快建设速度和安装的规范化、对环境和负载变化的适应性和系统的可扩展性、降低维护管理的难度和减少人为事故的几率等问题，也是要研究和解决的重点。

三、数据中心机房供配电系统的设计优化思路

（一）设计理念

要想提高数据中心机房供配电系统设计的安全性和稳定性，应当针对供配电系统的特点进行分析。目前大部分的供配电系统需要动力配电包括空调设备、照明通风设备、维修设备、一般动力等。计算机设备包括网络交换设备、存储设备、安全设备，要想控制突然停电引发的故障问题。在设计过程中设计人员要认真详细考慮不同数据中心的具体功能，实际耗电

量确保科学合理划分。数据中心机房容量非常大。如果机房容量比较小，可以将UPS更换为低压馈电线供电。在配电系统设计中要严格根据数据中心机房的具体运行情况和功率数据，选择合适的配电技术，减少能源资源消耗，降低运营成本。如果数据中心规模较大可以将UPS设备靠近中心机房或者采用总供电电源独立，分别由不同的变压器控制提高系统的运行效率。在机房内部其他电力负荷不得与UPS供电连接，要加强对计算机设备接入的非线性负荷有效限制确保供电质量，维持数据中心的正常运转，如图1所示：

（二）动力供配电系统设置

在动力供配电设计中设计人员应该仔细对数据中心的状况进行深入排查，统计不同环节的具体耗电量。在总配电柜汇出的动力供配电系统中需要利用TN-s接地方式，为保护电力安全采用50Hz交流电，380V或220V三相五线电源。电力配电柜照明配电柜需要直接与用电设备连接，采用放射式配电。在配电柜中要安装火灾自动报警器，对动力配电柜内部的温度和运行故障进行及时检测，如果发现温度异常偏高或者有火花事件的情况，可以及时发出警报，有效减少火灾隐情。为了提高动力配电柜的整体运行安全性与可靠性，通过在值班室内安装手动电源切换装置，在发生故障时通过人为切断来增强整个系统的安全性。

（三）计算机网络设备

电子设备的配电设计在数据中心机房内部，通常利用UPS配电引至数据机房PDA。如果机房电源的中性线和PE线之间产生的电位差与电子信息设备的具体使用要求不相符时，要及时对数据机房的实际状况进行分析。要合理隔离变压器，避免中性线和PE线在连接时超出规范的电位差，产生比较强的输送电流，导致硬件设备发生烧毁等故障。机房电源中线和PE线电位差不能够满足电子信息设备正常使用要求，导致计算机设备无法稳定运行。在实际设计中，设计人员要严格按照机房的级别以及其他因素，对整个配电系统进行严格判断，如果属于A级，则需要采用2N的配电系统级别，即采用双路冗余线路。设计人员还要确保PDU通过智能通信接口和监控妥善连接，实现PDA远程监控，减少人为因素的干扰，也能够加强对PDU系统的运行稳定性严格控制，及时发现异常问题，并采取有效措施加以解决。在实际设计中需要确保每一个出线开关与机柜内部的电源有效对应，如果UPS完全相同也能够分别为计算机和网络设备电子设备进行分别供电，有效避免同一线路发生故障而造成整个数据中心机房陷入瘫痪，如图2所示：

（四）系统可靠性

数据中心机房供配电系统的设计最主要的目标是维护整个系统的稳定运行，设计人员需要深入分析影响供配电系统可靠性的相关因素，增加在线维护功能，通过对市电和柴发电的初始位置进行更换，在UPS输入端之前放置切换装置来减少系统故障影响的范围，也能够提高配电的可靠性，而为了防止系统切换过程中发生的ATS故障造成系统瘫痪，保证整个系统 的稳定运行与维护。

结束语：

在网络时代，数据中心机房对网络系统的运行与维护具有十分重要的作用，任何一次停电事故都有可能导致数据丢失，严重的还会造成硬件损坏、系统故障，造成巨大的不良影响。高度关注数据中心机房的供配电系统设计与维护，采取先进的设计理念，结合数据中心的实际情况，对供配电系统进行妥善设计与优化，提高整个供配电系统的稳定运行效果，减少能源资源消耗和浪费，为国民经济的发展做出突出贡献。

参考文献：

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