通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)新思路

劉書

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通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)新思路

劉書

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510630

隨著科技的全面進(jìn)步和發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已非常普及。在我國的各個(gè)地區(qū)中，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用正呈現(xiàn)出爆炸式的增長模式，所以通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)要應(yīng)用全新的思路。對(duì)通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)新思路做了進(jìn)一步探究，對(duì)采用新能源供電方式為未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為負(fù)荷計(jì)算、數(shù)據(jù)中心無功補(bǔ)償?shù)睦斫夂拖嚓P(guān)的措施，以及通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的短路電流計(jì)算給出了詳細(xì)的分析。

通信互聯(lián)網(wǎng)；電氣設(shè)計(jì)；新思路

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)已由之前的幾百平方米，發(fā)展到了現(xiàn)在的幾千平方米、幾萬平方米，并由之前的單棟數(shù)據(jù)中心發(fā)展到了幾百畝的數(shù)據(jù)中心。單機(jī)功率也由之前的1?kW迅速提升10?kW，甚至更高。大部分的數(shù)據(jù)中心均需要建設(shè)110?kV或者220?kV的變電站，所以節(jié)約能源成為通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的關(guān)鍵問題。本文針對(duì)通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)新思路做了分析。

1 采用新能源供電方式為未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢

數(shù)據(jù)中心當(dāng)前應(yīng)用的電力來源于火力發(fā)電，但是應(yīng)用火力發(fā)電會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。所以，新能源在設(shè)計(jì)中心的應(yīng)用還包括其他幾個(gè)方面：一是利用風(fēng)冷發(fā)電；二是利用太陽能發(fā)電；三是三聯(lián)供發(fā)電模式；四是熱聯(lián)制冷模式；五是自然水冷代替中央空調(diào)模式。

在數(shù)據(jù)中心，新能源的進(jìn)入已成為對(duì)電力實(shí)施設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。要深入學(xué)習(xí)新能源的特征。在論證其可靠性和安全性的過程中，要與城市供電進(jìn)行區(qū)分。例如，三聯(lián)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的是內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電，啟動(dòng)性能與柴油中的發(fā)電機(jī)組不同，需要30?min的待載時(shí)間，但要解決啟動(dòng)中產(chǎn)生的供電可靠性問題，就需要應(yīng)用柴油發(fā)電機(jī)，以便使中央空調(diào)的冷水系統(tǒng)能夠連續(xù)不斷地進(jìn)行供電[1]。內(nèi)燃機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，要應(yīng)用點(diǎn)制冷主機(jī)，將其作為備用設(shè)備。這些都需要結(jié)合城市的市電系統(tǒng)進(jìn)行綜合全面地考慮。

2 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為負(fù)荷計(jì)算

數(shù)據(jù)中心的特征為高能效，其中計(jì)算高消耗能源特征是設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵點(diǎn)。如果計(jì)算的結(jié)果比較高，就會(huì)增加投資量，相應(yīng)的變壓器、發(fā)電機(jī)以及高低壓配電柜也會(huì)所增長，導(dǎo)致很多沒有必要的浪費(fèi)。如果計(jì)算的結(jié)果偏低，就會(huì)無法對(duì)系統(tǒng)的安全性給予保障。所以，負(fù)荷計(jì)算的精準(zhǔn)性是設(shè)計(jì)電力的終點(diǎn)和關(guān)鍵。但是當(dāng)前存在的最主要問題是把設(shè)備功率視為計(jì)算功率，對(duì)同時(shí)系統(tǒng)有所忽視[2]。

第一，一切計(jì)算的基礎(chǔ)都要以負(fù)荷計(jì)算為主；第二，在設(shè)計(jì)階段，負(fù)荷計(jì)算采用的方式是需要系數(shù)法。在計(jì)算負(fù)荷的過程中，要結(jié)合用電設(shè)備的相關(guān)性質(zhì)，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分類：IT負(fù)荷類、空調(diào)和相應(yīng)動(dòng)力類。

3 數(shù)據(jù)中心無功補(bǔ)償?shù)睦斫庖约跋嚓P(guān)的措施

在數(shù)據(jù)中心，相關(guān)的設(shè)計(jì)工作需要供電部門的審批，其中存在的最突出的一項(xiàng)問題便是無功補(bǔ)償容量的問題。結(jié)合《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》當(dāng)中制定的原則，要先提升系統(tǒng)中的自然功率，不需要在部分應(yīng)用人工補(bǔ)償設(shè)備。但是，在當(dāng)前的IT設(shè)備中，相關(guān)的設(shè)備通過不斷優(yōu)化，功率因素已經(jīng)達(dá)到了0.99。針對(duì)這樣的高功率因素，在低壓系統(tǒng)中，并沒有應(yīng)用真實(shí)的補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算，而是過多地對(duì)變壓設(shè)備的30%進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償，有時(shí)甚至?xí)_(dá)到60%，導(dǎo)致了投資的嚴(yán)重浪費(fèi)[3]。

在數(shù)據(jù)中心，相關(guān)的建設(shè)會(huì)出現(xiàn)不同形式的無功負(fù)荷。但是，很多設(shè)計(jì)人員并沒有對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的探究。所以，在實(shí)施無功補(bǔ)償?shù)倪^程中，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償過多或者補(bǔ)償過少的情況，不僅浪費(fèi)了很多的財(cái)力以及物力，而且效果也沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。因此，針對(duì)無功負(fù)荷要實(shí)施系統(tǒng)的分析和處理。

4 通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的短路電流計(jì)算

在數(shù)據(jù)中心，如果頻繁發(fā)生一些事故，就會(huì)出現(xiàn)宕機(jī)的情況，主要原因是系統(tǒng)出現(xiàn)了短路的情況。第一，在電力系統(tǒng)中，母線和相關(guān)的元件出現(xiàn)了短路的情況。第二，在出現(xiàn)短路的時(shí)候，開關(guān)設(shè)備中的保護(hù)元件沒有任何的動(dòng)作，其根本原因在于沒有將短路電流容量視為重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，其相關(guān)的設(shè)計(jì)處于空白的狀態(tài)。所以對(duì)電流的短路進(jìn)行正確的計(jì)算是確保數(shù)據(jù)中心電力相關(guān)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。第三，在通信設(shè)備中會(huì)存在很多的IGBT，因此整流管產(chǎn)生短路的概率是非常高的，可在UPS、服務(wù)器等當(dāng)中放置IGBT。第四，動(dòng)力設(shè)備空調(diào)冷凍水和末端恒溫恒濕機(jī)，會(huì)存在很多的變頻設(shè)備，這些設(shè)備也非常容易發(fā)生短路。所以，計(jì)算寬度的設(shè)計(jì)非常有特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)中心能夠發(fā)生的短路包括三相短路、兩相短路及單相短路等，其中具體的依據(jù)為《三項(xiàng)交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算》IEC-1外企。

在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行計(jì)算的過程中，高壓的選擇包括：第一，在選擇高壓設(shè)備時(shí)，要計(jì)算開關(guān)短路電流，充分考慮電力系統(tǒng)的短路電流，還要對(duì)高壓發(fā)電機(jī)作為第三電源的時(shí)候，對(duì)其中的短路電流進(jìn)行考慮；第二，在選擇低壓配電開關(guān)設(shè)備的短路電流時(shí)，需要對(duì)市供電系統(tǒng)中的短路電流進(jìn)行考慮，并深入思考低壓發(fā)電機(jī)在并機(jī)當(dāng)中的短路電流情況；第三，要充分考慮低壓開關(guān)中的短路電流以及低壓柜體中的短路電流；第四，在考慮高壓進(jìn)線和高壓出線中的電流時(shí)，不但要對(duì)計(jì)算電流進(jìn)行充分考慮，還需要對(duì)短路電流中的熱穩(wěn)定校驗(yàn)進(jìn)行考慮[4]。例如，在1600?kVA變壓器中，可依照電流校驗(yàn)3×70?mm進(jìn)行計(jì)算，可滿足相關(guān)要求。但是，依照短路電流校驗(yàn)的計(jì)算形式，還要應(yīng)用3×90?mm，所以，要依據(jù)電路電流對(duì)熱穩(wěn)定校驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算。

5 結(jié)束語

總之，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已非常普及。在數(shù)據(jù)中心，對(duì)于電氣的高度設(shè)計(jì)要非常嚴(yán)格和謹(jǐn)慎。針對(duì)容易出現(xiàn)的問題應(yīng)給予高度的重視，如數(shù)據(jù)中心存在的無功補(bǔ)償容量的問題，要結(jié)合《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》中制定的原則，先提升系統(tǒng)中的自然功率，不再部分應(yīng)用人工補(bǔ)償設(shè)備等，并重視基礎(chǔ)計(jì)算工作，以便做好相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。

[1]任嘉競. 通信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計(jì)新思路[J]. 通訊世界，2018（1）：6-8.

[2]譚用書. 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）機(jī)房總體規(guī)劃中的節(jié)能設(shè)計(jì)思路探索[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（5）：81-82.

[3]錢奕舟. 電信級(jí)通信數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建思路——高可用節(jié)能探討[J]. 廣東通信技術(shù)，2015（8）：24-27.

[4]孫麗玫. 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心主機(jī)房面積需求預(yù)測方法研究[C]//中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院新技術(shù)論壇，2014.

New Ideas for Electric Design of Communication Internet Data Center

Liu Shu

Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510630

Due to the comprehensive advancement and development of science and technology, the application of the Internet has become very popular. In all regions of China, the application of the Internet is showing an explosive growth pattern. Therefore, the electric design of the communication Internet data center should be applied to a brand-new Ideas. Therefore, the paper has made further explorations on the new ideas for communication network data center electric design. The trend of adopting new energy power supply methods for the future development of data centers and the design of Internet data centers focuses on load calculation and understanding of new reactive power compensation in data. As well as relevant measures, the short-circuit current calculation of the communication internet data center gives a detailed analysis.

communication internet; electric design; new ideas

TP308

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