淺析數(shù)據(jù)中心電氣設計中易被忽視的問題

孫浩

摘要：隨著我國科技水平的不斷提高，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和范圍在逐漸地增加，在十四五新基建規(guī)劃中也明確指出了發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)的工作思路。為了避免對數(shù)據(jù)中心的運行造成影響，在實際工作中需要加強對電氣設計模式優(yōu)化的重視程度，并且還需要分析容易被忽視的問題，優(yōu)化當前的設計模式，從而為數(shù)據(jù)中心的正常運轉提供重要的基礎?；诖吮疚恼撌隽藬?shù)據(jù)中心電氣設計中容易被忽視的問題，旨在為實際工作提供重要的幫助。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心;電氣設計;設計問題

一、數(shù)據(jù)中心中主要的電氣設備分析

（一）電子信息設備

數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)的信息中心樞紐，承載著關系企業(yè)核心信息的服務器。在進行數(shù)據(jù)中心電氣設備設計工作中，需要加強對數(shù)據(jù)中心常見電氣設備的深入性了解，以此來優(yōu)化當前的設計模式，從而使電氣設計效果能夠得到全面提高。在數(shù)據(jù)中心中電子信息設備為常見的組成，電子信息設備指的是對電子信息進行采集、加工、運算、存儲、傳輸、檢索等處理的設備，包括服務器、交換機、存儲設備等。在實際設計的過程中需要搭建高性能的單元模塊，考慮整個系統(tǒng)運行本身的可靠性及穩(wěn)定性，之后再建立不同的電氣模塊，使資源能夠得到合理的分配。另外也可以融入控制器以及變頻器等等，配合著不同的技術方案實現(xiàn)資源的有效利用，避免對系統(tǒng)運行造成一定的影響，從而使數(shù)據(jù)中心運行效率能夠得到全面的提高。

（二）電源設備

為了滿足數(shù)據(jù)中心的正常運行的供應需求，做好資源的科學調配，避免對系統(tǒng)運行造成一定的影響。數(shù)據(jù)中心主要設置了變壓器、柴油發(fā)電機組、UPS（不間斷電源）等電源設備。

在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運行過程中設備功率較大，設置了專用的變壓器末端。變壓器采用M（1+1）配置，每臺變壓器負荷率不大于50%;當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器帶起全部負荷，通過這一設計方式完成資源的有效配置，使系統(tǒng)運作能夠具備較強的穩(wěn)定性。

A級數(shù)據(jù)中心，通常設置柴油發(fā)電機組作為備用電源。柴油發(fā)電機組的控制邏輯主要是柴油發(fā)電機組電源與市電電源不同時工作。在自動狀態(tài)下，當同組的兩路10kV市電電源均失電（無壓、無流）時，向柴油發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)出啟動信號，經(jīng)延時5S（可調）后，柴油發(fā)電機自啟動，并機成功，并機母線可向10KV配電母線輸出柴油發(fā)電機組電源。市電恢復后，確認市電穩(wěn)定后，柴機電源開關手動斷開，恢復市電供電狀態(tài)，柴油發(fā)電機組繼續(xù)運行5分鐘（可調）自動停機（即自投手復）。在實際設計中，需要合理的考慮柴油發(fā)電機組的容量及功率，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的后備電源。

UPS（不間斷電源）也是數(shù)據(jù)中心中常見的動力設備組成部分，在輸入電源正?；蚬收蠒r，輸出交流或直流電能，在一定時間內，維持對負載供電的連續(xù)性。在系統(tǒng)運行的過程中配備了不同的動力設備，根據(jù)實際運行的特點來提供相對應的控制功能，從而使數(shù)據(jù)中心運行能夠具備較強的穩(wěn)定性，由于設備功率較大并且間隔時間較短，所以要根據(jù)實際的應用要求來進行有效的設計，從而使能源損耗率能夠有所減緩，為系統(tǒng)后續(xù)的運行提供重要的基礎。

二、數(shù)據(jù)中心電氣設計中易被忽視的問題

（一）室外電氣路由設計

目前，普遍數(shù)據(jù)中心園區(qū)設置110KV或者220KV變電站，較多客戶要求室外供電兩路電源線路要物理隔離，再加上數(shù)據(jù)中心配置10KV柴油發(fā)電機組較多。且還有各種通信管路及給排水管路，在實際設計時并沒有做好這些問題的充分重視，導致數(shù)據(jù)中心室外管綜復雜，施工難度大，經(jīng)常出線各種管線碰撞的問題。故在設計過程中，需要結合BIM綜合考慮各種管線交叉，合理規(guī)劃電氣路由設計。

（二）供配電系統(tǒng)設計

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是為機房內所有需要電源的設備提供穩(wěn)定、可靠的動力電源支持的系統(tǒng)。主要包括中低壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)。

在進行數(shù)據(jù)中心電氣設計中需要加強對負荷等級設計的重視程度，嚴格按照系統(tǒng)的后續(xù)使用要求來優(yōu)化當前的設計模式，從而實現(xiàn)設備的最優(yōu)配置。A級機房，由上級變電站引入兩路相互獨立的電源，并設置柴油發(fā)電機組作為備用電源，滿足各個設備對供電方面的需求，從而使系統(tǒng)運行水平能夠得到全面的保障。消防設備和重要設備按照一級負荷供電，且為一級負荷中的特別重要負荷。消防設備包括消防控制室、應急照明、消防電梯、消防風機、消防水泵等，重要的設備包括通信機房工藝設備、機房專用空調;客梯、生活水泵、機房照明等為一級負荷;其他一般場所正常照明、空調等均為三級負荷。智能化系統(tǒng)、冷凍水泵及空調末端系統(tǒng)采用UPS+市電雙電源供電方式，且主供為UPS電源。IT設備采用雙路不間斷電源供電模式。普通照明和普通動力采取的是單電源的供電方式，這樣一來可以滿足實際的供電需要，避免出現(xiàn)資源浪費的問題，使系統(tǒng)運作能夠具備較強的穩(wěn)定性。

數(shù)據(jù)中心的用電設備大多數(shù)是用于儲存和處理重要的信息設備，任何事故會造成不可估量的影響，因此在實際工作中需要嚴格按照供配電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范要求來做好負荷的科學計算，考慮后續(xù)設備的使用要求和使用標準，從而使整體工作水平能夠得到全面提高。在實際設計過程中需要科學劃分和不同的負荷，根據(jù)機房等級要求，在實際設計工作中需要科學確定好設備的安裝容量，負荷計算應充分考慮設備裝機率、實際運行負載率、業(yè)務負荷錯峰等因素，合理設置同時系數(shù)和需用系數(shù)，避免過度冗余造成的配置浪費。在進行負荷設計時需要做好計算的有效重視，反復的核對相關的數(shù)值，必要時可以開展更加科學的實驗，了解在當前負荷設計中所存在的問題以及改進之處，逐漸的調整現(xiàn)有的工作模式，從而使整體設計能夠符合相關的要求。

按照規(guī)范的要求，不間斷電源系統(tǒng)總供電要根據(jù)相關的要求做好靈活性的設計，搭建兩路供電系統(tǒng)，確定好系統(tǒng)的容量，從而使系統(tǒng)運作能夠具備較強的穩(wěn)定性。在不間斷電源系統(tǒng)設計過程中，應根據(jù)機房的等級要求，合理的配置蓄電池后備時間及UPS的負載率。此外，在UPS機柜并聯(lián)處要設置手動旁路柜作為維修的旁路，在系統(tǒng)需要維修時需要合并手動旁路柜之后再保證供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，滿足實施維修的要求減少突發(fā)問題的發(fā)生概率。

（三）照明設計

在照明設計中需要嚴格按照相關的標準和要求來進行方案的科學設計，并且還需要注重細節(jié)性問題的有效管理，減少對系統(tǒng)運行所產(chǎn)生的影響。在實際設計的過程中，需要設置普通照明和應急照明，要嚴格按照數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范中的相關要求來進行日常的操作。在實際設計過程中需要合理的劃分機房以及支撐區(qū)，通過科學的測試來確定本身的照度，避免出現(xiàn)資源消耗的問題。此外，數(shù)據(jù)中心可采用智能照明系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設備智能化集中管理和控制，從而有效延長燈具使用壽命、節(jié)約能耗、改善光照環(huán)境和提高管理效率。在智能照明中需要控制的燈光，按照區(qū)域的功能來做好資源的有效配置，并且在模塊中要建立分布式的控制模式，模塊和主機之間需要利用總線來進行相互的連接之后再進入到智能燈光控制主機中，從而使系統(tǒng)運行能夠具備較強的穩(wěn)定性。在后續(xù)工作中需要通過IP協(xié)議進行遠程信息的傳送，上傳到機房中來進行能源的自動化管理。

（四）接地系統(tǒng)設計

數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，中線和保護導線要進行科學的設計，不應在變壓器的中性點或發(fā)電機的星形點直接對地連接，應相連后一點接地。備用柴油發(fā)電機組采用低電阻接地方式，每臺柴油發(fā)電機組可以單獨接地也可以共用一個接地電阻，從而降低故障電流，為繼電保護系統(tǒng)提供延時并避免接地故障導致的過電壓。在設計中合理設計四極開關，在保證檢修安全的同時，盡量少用，從而減少“斷零”的危害。

此外，主機房應設置等電位聯(lián)結網(wǎng)格，網(wǎng)格四周應設置等電位聯(lián)結帶，并應通過等電位聯(lián)結導體將等電位聯(lián)結帶就近與接地匯集排、各類金屬管道、金屬線槽、建筑物金屬結構等進行連接。每臺電子信息設備（機柜）應采用兩根不同長度的等電位聯(lián)結導體就近與等電位聯(lián)結網(wǎng)格連接。

（五）諧波抑制

由于數(shù)據(jù)中心設置較多的變頻水泵及UPS設備，會產(chǎn)生大量的諧波電流。從而產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了電氣設備的工作效率，且會產(chǎn)生諧振、械噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞等危害。

故在數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)設計應合理控制總諧波含量，提高功率因數(shù)，應充分考慮各類設備的不同負載特性，通過有機組織，達到抑制諧波的效果。

在變壓器低壓母線側裝設有源濾波器，待系統(tǒng)正式運行后根據(jù)對諧波的實測和分析，再根據(jù)實際情況投入相應容量的濾波裝置。此外，在變頻器前端加裝無源濾波器，使總諧波電流畸變率THDI小于5%。

結束語：

在數(shù)據(jù)中心電氣設計中需要嚴格按照相關的規(guī)范以及要求，優(yōu)化當前的設計模式，突出數(shù)據(jù)中心本身的獨特性特點，按照數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)實際運行標準做好合理性的分析，減少各種矛盾問題的發(fā)生，逐漸的改進電氣設計工作模式，落實精細化的工作原則，消除在以往電氣設計中所存在的問題，創(chuàng)新細節(jié)設計模式，豐富數(shù)據(jù)中心的電氣功能。

參考文獻

[1]董青， 鄒政達， 郝秀云，等. 某數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計[J]. 建筑電氣， 2018， 37（2）：4.

[2]蓋琪彥. 數(shù)據(jù)中心供配電設計簡析[J]. 建筑電氣， 2021， 40（12）：7.

[3]郭利群. 數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)設計切忌"畫蛇添足"[C]// cnki. cnki， 2018：4.

[4]丘華蘭. 關于數(shù)據(jù)中心電氣設計的思考[J]. 居舍， 2018（1）：1.