新型IDC数据中心电气系统要点Word文件下载.docx

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1）国标A、B级机房技术要求及TIA942标准TierⅡ~Ⅳ级的区别：

1.国标的A级机房相当于TIA942标准TierⅢ+级的技术水平；

2.国标的B级机房相当于TIA942标准TierⅡ+级的技术水平；

3.TIA942标准的TierⅢ和TierⅣ级对“靠近大都市方面”是有要求的（上表第2项），但国标是不作要求；

4.主机房地面的活荷载能力要求有差异的，TIA942标准的TierⅢ和TierⅣ级要求为12KN/㎡，而国标的A,B级要求为8～10KN/㎡；

5.发电机燃料容量（满载）运行时间，TIA942标准TierⅢ和TierⅣ级要求分别为96h和72h,而国标A,B级要求分别为72h和24h，国标有所降低；

6.关于机房温度要求，国标A,B级要求分别为22～24℃，TIA942标准TierⅢ和TierⅣ级要求分别20～25℃，TIA942标准对温差有所放宽；

7.关于空调的冷冻水管、冷却水管系统，TIA942标准TierⅢ和TierⅣ级均要求独立双回路，而国标A,B级均无相关要求。

2）国标A级和B级机房的区别：

1.抗震设防分类，A级机房要求不应低于乙类，B级机房要求不应低于丙类；

2.空调冷冻机组、冷冻和冷却水泵以及机房专用空调，A级机房N+X冗余（X=1~N），B级机房N+1冗余；

3.关于不间断电源系统配置，A级机房2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4…），B级机房N+X冗余（X=1~N）；

4.柴油发电机燃料存储量，A级要求为72h，B级要求为24h；

5.后备柴油发电机系统，A级要求配置为N或（N+X）冗余（X=1~N），B级要求（供电电源不能满足需求时）为N；

6.关于电源质量要求，允许断电持续时间不一样，A级要求为0～4ms，B级要求为0~10ms。

国标A级和B级机房除了上述6条，差别较大之外，其他大多数技术指标要求是一样的，或者要求的程度有所不同，如A级是“应”设，B级为“宜”设。

第二章电气设计

一、电气系统设计理念

1.安全性和可靠性

✧高可靠的供电电源：

每套高压系统采用两路独立市电电源、设置N+1的备用柴油发电机组、根据机房等级设置2N或N+1的UPS电源；

✧变压器采用M（1+1）配置，每台变压器负荷率不大于50%，当一台变压器故障时，另一台变压器带起全部负荷；

变压器选用低耗环保型，具有抗谐波能力及较高过载能力的产品，采取上述设计，使低压配电系统的供电既安全可靠又具灵活性,可在线扩容和维护。

✧数据机房设备供电及重要负荷供电均由两回路供电，由两台不同的变压器，不同的保证母线段采取放射式供电，两回路供电线路及出线开关可实现互为备份，可在线扩容和维护。

✧采用技术先进、高可靠性的电源切换装置。

✧每套高压供电系统由两路独立10kV电源供电。

数据中心高压配电系统10kV电源主接线采用单母线分段方式，平时母联断路器断开运行，两路10kV电源分别供电。

当任一路10kV电源停电时，母联断路器自动投入运行，由另一路电源向两段母线供电，每路电源均可带起全部负荷。

2.可扩展性和可维护性

✧变配电房规划预留适当的位置，配电系统在有利于节能及布置的前提下，预留适当的容量，可在线扩容；

✧变配电房规划区域清晰，分区合理，电力线路的路由与通信线路路由分开敷设；

✧采用电力监控系统，便于日常管理维护。

3.简洁高效的模块化供电方案

✧采用高可靠性和灵活性的模块化设计，符合（《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008）A级、B级机房设计标准，可根据装机及使用要求灵活组合分配供电模块，便于分期建设和运行管理。

✧高低压配电系统设计简洁，经济合理，可靠性高、可扩充性强、维护管理方便

✧低压配电房与电力电池室临近布置，减少了低压配电系统的配电级数及缩短配电线路，配电系统简洁、安全可靠。

✧结合数据中心设计的经验及对在用机房的实际测试数据，以及对精密空调运行时的风机、加热器、加湿器等使用功率进行分析，合理配电。

✧根据负荷性质，提出系统谐波的处理方式，减少配电系统运行的损耗及提高供电系统的可靠性。

图6.1.3-1模块化供电方案示意图

4.

高可用性数据中心供电系统结线示意图

图6.1.4-1数据中心供电系统结线示意图

5.完善易用的能源管理系统

✧建设电力监控系统，为变配电系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供基础平台。

通过监视数据中心内部电能消耗和系统电气参数，减少电能成本，实现最优的电气设备管理和更高的生产效率；

✧建设动力环境监控系统，对机房动力环境设备以及计算机主机和网络系统进行自动化实时监视和有效管理，降低机房场地设备维护和管理专业人员的工作量，提高用户的维护管理效率。

✧采用具有安全管理功能、运营管理成本功能、灵活配电功能的PDU（电源分配单元）。

6.采取有效措施提高电能质量

数据中心对供电电能质量要求高，为消除照明设备及UPS设备等谐波源对变压器有效容量的影响，降低对IT设备可靠运行的干扰，采取以下有效措施进行谐波治理：

✧对于变频设备采用IGBT整流，或加装消谐装置，防止谐波涌入电力系统；

✧对于UPS等根据后期通信工艺的要求，采用IGBT整流或就地设置谐波吸收装置，使谐波含量符合电网的要求；

✧对于照明等设备加装三次消谐装置；

✧变压器的绕组采用D,Yn11接法；

✧尽量做到三相负荷平衡；

✧结合工艺的要求增设一定的消除谐波的设备（消谐器）以尽量减少谐波对通信设备的影响；

✧对气体放电灯及通信设备供电的回路采用相、零等截面的供电线路。

7.配置可靠的应急发电机配电系统

✧发电机组选用具有较高过载能力及较强带非线性负载能力，并具有一定抗谐波能力的产品；

✧发电机供油保证：

在发电机机房为每台发电机设置1m3的日用油箱，后期根据72小时的供油时间需要，与当地消防部门协商建设储油库或其它解决供油的措施；

✧采用具有延时功能的双电源自动切换装置（ATS），发电机供电时，先投入空调等负荷，再投入UPS负载，减少对发电机及配电系统的影响；

✧合理布置发电机，节省建筑面积，充分考虑进排风和排烟方式，保证发电机的安全可靠地启动、带载、运行、稳定输出功率。

8.积极采用新能源

数据中心功率密度高且需要连续不间断的运行，能源消耗量巨大，因此绿色节能是数据中心的一大主题。

设计中，我们在建筑、电气、制冷等各个专业的各个环节都采用了最先进的节能环保设计理念，真正做到节能高效，确保该数据中心的PUE值符合LEED（领先能源与环境设计）标准，全力打造一个黄金级的LEED数据中心。

后期可根据需要，采用分布式能源、三联供能源系统等实现数据中心的绿色节能，极大的降低运营成本，在响应国家号召的同时，提高企业的投资效益。

9.先进合理的动力负荷配电与控制系统

1）正确匹配电动机特性与负载特性

在电动机的使用上，电动机特性与负载特性不匹配等是造成能源浪费的重要原因，应根据负荷特点选取和改进电动机的使用条件，避免电动机长时间轻载运行。

2）提高电动机的功率因数

提高电动机的功率因数也是电动机节电的重要方面，包括提高自然功率因数和人工补偿无功功率两种方法：

3）提高自然功率因数

✧合理选择异步电机；

✧避免电力变压器轻载运行；

✧合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的运行状况；

✧在生产工艺条件允许的情况下，采用同步电动机代替异步电动机。

4）采用人工补偿无功功率。

常用方法是使用电力电容器为电动机进行无功功率补偿。

5）电动机变频调速

电动机可以采用变频调速的方法节电。

当电机在通过调速在额定转速的80%运行时，节能效率可以达到40%。

变频调速器还可以实现大型电动机的软启动和软停机，避免了电动机启动时对电力系统的电压冲击，降低了运行电流，不仅减少了电动机、机泵和阀门设备故障率，延长其使用寿命，而且节约电能效果显著，可以取得较好的经济效益，从而实现了电动机、风机、泵类设备的经济运行。

10.高效高质的照明系统

1）使用先进的灯具控制方案

合理选择照明控制方式，充分利用天然光的照度变化，决定电气照明点亮范围；

根据照明使用特点，采取分区控制光和适当增加照明开关点；

公共场所照明、室外照明采用集中控制遥控管理或自动控光装置；

采用智能照明调控器，实现智能照明调控，有效保护电光源，降低电能消耗的功能。

2）推广使用高光效光源

减少白炽灯的使用量；

优先使用细管荧光灯和紧凑型荧光灯；

逐步减少高压汞灯的使用量，特别减少使用自镇流高压汞灯；

积极推广高效、长寿命的高压钠灯和金属卤化物灯。

3）采用高效率节能灯具和配件

在满足眩光限制要求下，选择直接型灯具；

根据使用场所不同，选择控光合理灯具；

选用光通量维持率好的灯具；

采用光利用系数高的灯具；

采用照明与空调一体化灯具。

建筑照明配套的镇流器选用电子镇流器或者节能型电感镇流器。

4）照明方式配置合理

选取合理的照度标准，正确决定标准的高、中、低三档照度值；

选用照用方式合适，照度要求较高的场所采用混合照明。

少用一般照明，适当采用分区一般照明；

充分利用天然光及各种集光装置进行采光，如反射镜、光导纤维及光导管；

从建筑结构方面充分获取天然光，如开大面积顶部天窗、利用天井空间与屋顶采光。

5）充分利用天然光

天然光是免费的光源，要充分的利用，因此就要合理的设计照明开关。

充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。

充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，如白色的墙面的反射系数可达70～80%，同样能起到节电的作用。

二、电气方案设计原则

✧为建设一个高可靠性，绿色节能的数据中心，满足其用电密度大，供电可靠性要求高的特征，变配电房的规划布置尽量靠近负荷中心，减小供电半径，有利于节能及节约投资；

✧结合工艺及建筑的规划设置变配电房，变配电房的规划充分考虑“可靠性”、“经济性”、“可扩充性”、“便于管理维护”等原则；

✧所有配电柜及相应的配电线路，以满足用电峰值为其设计负荷；

✧电气工程建设分阶段实施，高低压配电房及供配电系统的规划充分考虑，供配电系统的设计考虑可在线进行扩容及维护；

✧合理规划配电房，既提高设计机房的使用率，又充分考虑“可靠性”、“经济性”、“可扩充性”、“便于管理维护”的原则，使机房PUE值达到最优；

✧根据设计任务书一期工程按机房电量3600KW建设，二期工程按电量机房1440KW建设，预留三期工程按机房电量5760KW容量建设；

✧数据中心的等级根据《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）。

✧电气设计充分体现以上设计原则，在后面作相应论述。

三、供电可靠性解决方案

采取以下措施防止供电系统的单点故障及保证供电的可靠性：

✧数据中心高压配电系统10kV电源。

主接线采用分段母线，平时母联断路器断开运行，两路10kV电源分别供电。

✧建设UPS电源系统，为计算机设备、设备、网络设备、安防监控系统设备及制冷系统中的关键部件供电；

✧变压器及供配电系统采用M（1+1）方式的配置；

✧重要负荷均由两回路供电，由两台不同的变压器，不同的保证母线段采取放射式供电，两回路供电线路及出线开关均可实现互为备份；

✧A级负荷的不间断供电系统采用2N系统，B级负荷的不间断供电系统暂考虑采用N+1系统。

✧设置备用发电机电源：

采用10kV柴油发电机，按N+1冗余配置，负荷全覆盖。

四、经济性解决方案

✧根据机房规划，合理配置用电设备；

✧合理规划变配电房，根据机房的规划采用分区供电的方式，减少导体用量。

五、可扩充性解决方案

✧变配电房规划预留适当的位置，配电系统在有利于节能及布置的前提下，预留适当的容量，可在线扩容。

六、便于管理维护解决方案

✧采用配电室电力自动化系统，便于日常管理维护。

七、负荷分级

1.一级负荷

a）消防负荷：

消防中心用电、防排烟风机、消防应急照明等消防负荷；

b）机房设备用电负荷；

c）机房专用空调负荷。

2.二级负荷：

a）机房保证照明等；

b）机房配套用房照明、动力等。

3.三级负荷：

a）非机房用的动力、空调及照明用电负荷；

八、电气负荷计算（某项目）

1.电气负荷计算依据：

✧为合理规划变配电房及配电系统，电气负荷规划按终期负荷计算。

✧根据工艺提资，一期机房负荷约为3600kW,二期机房负荷约为1440kW。

✧机房空调负荷空调专业提资，一期空调负荷约为2346kW。

✧大楼照明负荷暂按15W/m2计算，一期照明负荷约为165kW。

✧以上负荷不含备用设备的用电负荷。

2.一期负荷计算

一期总用电负荷统计

变压器负荷计算（单个模块化机房负荷）：

注：

每个模块化机房建设800kVA-10/0.4kV干式变压器2台,变压器总容量1600kVA，设计负荷率约为47.04%。

一期总共5个模块化机房，10台变压器，变压器总容量8000kVA。

二期3个模块化机房，6台变压器，变压器总容量4800kVA。

建筑及制冷空调系统变压器负荷计算：

建筑及空调制冷主机配电系统建设2000kVA-10/0.4kV干式变压器2台，变压器总容量4000kVA，设计负荷率约为28.04%，本套变压器预留二期空调主机容量。

九、高低压配电设计方案

1.供电电源情况

一期供电电源由外电引入2路10kV电源至各数据中心高压配电房。

一期变压器安装容量13260kVA。

其中配套办公楼变压器安装容量1260kVA,二期变压器安装容量4800kVA。

2.高压配电系统设计方案

数据中心高压配电系统10kV电源主接线采用分段母线，平时母联断路器断开运行，两路10kV电源分别供电。

10kV母线以放射式向各台变压器供电;

变压器采用M（1+1）配置，每台变压器负荷率不大于50%；

当一台变压器故障时，另一台变压器带起全部负荷。

3.低压配电系统设计方案

数据机房设备、机房空调负荷、消防负荷等一级负荷由低压配电系统不同的母线段采取放射式供电，并在末端切换。

在变压器低压母线侧装设无功功率自动补偿装置，采用干式电力电容器补偿，补偿后功率因数达到0.95以上，电容补偿容量根据实际需求计算量配置，利于节省初期投资。

低压供电电压为380/220V，TN-S系统。

环境特征和配电设备的选择：

✧有触电危险的电气设备、插座专用回路设置漏电电流动作保护，消防设备回路设置漏电信号报警装置。

✧防火灾漏电保护的设置结合数据中心工艺的要求设置，设置信号报警装置，将在施工阶段完善。

✧低压配电各分支回路均装设自动空气断路器作过流保护和短路保护，另外在适当场所的配电线路装设漏电保护。

4.高低压配电房设置方案

✧高低压配电室的规划布置尽量靠近负荷中心，减小供电半径；

节能节资；

且充分考虑“可靠性”、“经济性”、“可扩充性”、“便于管理维护”等原则，利于分期实施建设。

✧本项目在数据中心首层设置高压配电室，一层至三层均设置变压器室和低压配电室，10kV高压直接深入负荷中心，缩短低压配电的线路长度，减少运行损耗。

十、高压发电机系统设计方案

工程柴油发电机组采用10kV油机，使用并机运行方式，所有机组发电均送上10kV油机母线段后集中送往10kV高压配电系统进线端进行切换，由机组自身控制系统根据负荷量的大小调组启停。

油机采用并联运行方式，油机电源与10kV市电电源在高压配电设备进线端进行切换，通信机房配置的每套油机系统均按照N+1原则配置。

综合考虑储油量对园区场地条件的要求和运行维护费用等因素，工程油机储油采用日用燃油箱和地下油库相结合的方式。

总储油量按照满足主用油机满载运行不低于72小时储备。

根据房楼内本期安装的设备机架、机房空调和其他各专业提出的用电需求进行负荷计算，一期所需的柴油发电机组容量保证计算负荷为5491.5kW。

一期机房楼配置4台2000Kw/2500Kva柴油发电机组，并机运行，为3主1备，远期扩容。

发电机负荷计算

十一、照明设计方案

1.根据不同场所选择灯具和光源

✧大面积照明的数据机房选用节能型荧光灯。

✧消防储气室采用防爆灯。

✧机房内灯具高度宜平走线架底，其位置在设备列架中间，具体位置需待机房设备排列及风管、走线架明确后才能最终确定。

✧楼梯、走廊、设备房、控制室及公共场所设应急照明。

✧在楼梯间及公共场所出入口、疏散通路、安全出口，机房等场所设置疏散照明。

2.在适当区域采用智能控制，如公共部分的照明智能控制；

其它各功能区可根据使用单位不同的要求作相应控制设计；

方便管理及节能降耗。

3.采用节能灯具，提高照明质量及功率因数值。

4.在适当场所设置带蓄电池装置的应急照明灯具，能在停电后瞬时点燃并维持90分钟以上，以保证事故照明和疏散安全的需要。

5.照度标准及照明功率密度值：

✧数据机房:

300Lx~500Lx,11~15W/m2;

✧消防安保监控室、接待室、实验室：

500Lx,照明功率密度值：

15~18W/m2;

✧电力室、电池室：

200～300Lx；

7~11W/m2;

✧空调机房：

100Lx,照明功率密度值：

4W/m2;

✧高低压配电室、变压器室：

200Lx，照明功率密度值：

7W/m2;

✧走廊：

50Lx，照明功率密度值：

十二、防雷接地保护措施

工程为第二类防雷建筑物。

1.防直击雷措施

在屋面设置由避雷短针及避雷网混合组成的接闪器，避雷网为暗装，并在整个屋面组成不大于10m×

10m或12m×

8m的网格；

避雷短针及避雷网采用φ12镀锌圆钢。

突出屋面的金属物体与屋面防雷装置相连。

利用建筑物柱内对角主筋作暗装防雷引下线，间距不大于18米；

上端与屋面防雷装置连通，下端与接地网连通，在距地0.5米处设置接地电阻测试点。

2.防雷电感应措施：

为了保证楼内的数据中心设备的安全，对数据中心设备及弱电设备供电系统，依据设备终端的耐压水平，分别采用2～4级的多级防雷措施，加装浪涌保护装置。

✧高压柜的市电进线端电源PT柜；

✧变压器低压侧低压配电柜；

✧UPS分配电柜；

✧UPS输出柜（分区配电柜）；

✧重要设备使用防雷插座；

图6.12-1供电系统防雷接地原理图

由外部进入建筑物的金属管道在进出建筑物处就近与防雷的接地装置相连。

3.防侧击雷措施：

竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。

4.防直击雷接地和防雷电感应、电气设备接地共用同一接地装置，接地电阻不大于1欧姆。

十三、机房等电位联结措施

本期工程采取联合接地方式，在低压配电房设专用接地线（PE）并进行等电位联结，并与大楼预留的总等电位盘连通；

图6.13-1联合接地示意图

机房接地采取联合接地方式，设置专用直流逻辑接地、交流工作接地、安全保护接地、防雷保护、防静电接地等；

在机房适当位置设置局部等电位接地端子箱，机房交流配电系统接地、计算机设备安全保护接地等采用电缆汇接至机房等电位接地端子箱，再接到大楼接地网。

机房内设置铜带等电位接地网。

图6.13-2机房联合接地平面示意图

十四、谐波抑制措施

本项目对供电的可靠性及电源的质量的要求高，且楼内存在大量的谐波源，即空调控制器、气体放电电灯及UPS等非线性负荷设备；

而且数据中心设备大多由UPS供电，用电需求大；

为了提高电能质量,达到输入电流谐波成分小于5％的要求，将采取对应的技术措施，具体在施工图中实施：

✧变压器的绕组采用D,Yn11接法;

✧三相负荷平衡；

✧根据工艺要求，增设消除谐波的设备（消谐器）以尽量减少谐波对数据中心设备的影响；

✧对于机房数据设备如服务器等产生的谐波，进行跟踪治理，本期预留位置；

✧对气体放电灯及数据中心设备供电的回路采用相、中性线等截面的供电线路或根据具体情况适当增加相线及中性线的有效截面；

✧UPS系统谐波处理措施由相关工艺解决。

十五、导线选择与线路敷设方式

室内10KV高压供电线路选用ZR-YJV-15/8.7kV阻燃型高压电缆，配ZQJ系列阻燃电缆桥架敷设。

380/220V低压配电线路以放射-树干式敷设，干线选用密集型插接铜母线槽和ZR-YJV-1kV阻燃型电力电缆，沿墙（或顶板）在电气竖井敷设。

其余支线均以阻燃塑料铜芯导线穿钢管或沿金属线槽敷设。

消防用电负荷配电电缆采用耐火线缆，穿钢管或沿防火金属线槽敷设。

第三章不间断电源系统设计理念

1.数据中心不间断电源系统设计理念的转变

随着IT设备及不间断电源设备技术的发展，作为数据中心重要组成部分的不间断电源供电系统，其设计理念和配置方法也在发生重大改革，主要体现在几方面：

（1）不仅关注单台