數據中心是全球互聯網業務的基礎設施，當代我們熟知的政府機構、教育機構，金融機構，電子商務機構等都離不開數據中心的支持，可以說數據中心推動著當代經濟的發展、社會的進步，云計算、大數據、VR等的普及也離不開數據中心的支持可以認為數據中心將與人類未來的生活息息相關。數據中心的電氣系統是保證其可靠運行關鍵系統之一，電氣系統的合理性，可靠性，穩定性，節能性等是衡量一個數據中心的重要指標，下文將以北方某數據中心為例簡析數據中心的電氣系統。
1、項目概況
本項目位于華北較為寒冷地區，機房等級按《電子信息系統機房設計規范》GB50174-2008 A級機房設計，數據中心為兩棟建筑，一棟為數據機房，一棟為動力中心（主要放置中壓柴油發電機，空調冷水機組等）。
2、電氣設計原則
（1）變配電房的規劃布置盡量靠近負荷中心，減小供電半徑，有利于節能及節約投資；
（2）結合工藝及建筑的規劃設置變配電房，變配電房的規劃充分考慮“可靠性”、“經濟性”、“可擴充性”、“便于管理維護”等原則，使機房PUE值達到最 優；
（3）所有配電柜及相應的配電線路，均以用電峰值為其設計負荷；
3、供電可靠性保證
本項目按《電子信息系統機房設計規范》GB50174-2008 A級機房設計，采取以下措施保證機房設備供電系統的可靠性：
（1）采用兩路10kV市電為主用電源、柴油發電機作為備用電源以及UPS作為不間斷電源供電；
（2）變壓器及供配電系統采用M（1+1）方式的配置共5組（10臺）10kV/380V變壓器；
（3）重要回路由兩回路供電，由兩臺不同的變壓器，不同的保證母線段采取放射式供電，兩回路供電線路及出線開關均可實現互為備份。
4、設計范圍
（1）10kV高壓配電系統；（2）10/0.4kV配電系統；（3）備用發電機配電系統；
（4）動力系統；（5）照明系統；（6）防雷保護、安全措施及接地系統。（7）電源分界點為高壓配電房電源進線柜內進線開關的進線端。高壓開關房屬城市供電部門負責設計，高壓開關房內設備由供電局負責選型。
5、變、配電系統
（1）負荷分級：
一級負荷中特別重要負荷：機房IT設備用電負荷；
一級負荷：消防負荷：消防中心用電、消防水泵、消防電梯、防排煙風機、消防應急照明等消防用電，機房專用空調負荷，機房保證照明等；
二級負荷：機房配套用房照明，普通排風風機，普通空調風柜等；
三級負荷：不屬于一、二級負荷的其他負荷。
6、柴油發電機系統
（1）本工程采用柴油發電機組作為應急電源，發電機采用N配置；共須安裝5臺1800kW/2000kVA高壓柴油發電機組，為本工程一級、二級負荷提供用電保證。
（2）柴油發電機在市電故障停電后，能在15秒內自動啟動，向本工程保證高壓母線段供電。采取有效措施防止市電與發電機并列運行。
（3）并機總技術要求
發電機主要為機房 IT 負荷、空調制冷系統、消防供電系統以及應急照明提供應急電源保障容量。發電機組的并機容量首先應滿足以下三個條件：
a發電機的連續運行額定功率大于或等于穩定負荷計算功率；
b發電機的備用運行功率大于或等于負荷的尖峰功率；
c在最大的電動機起動時，發電機的瞬時電壓降不大于 15%～20%。
其次，數據中心配置有大量的不間斷電源，它的特性是非線性負載，在供電線路上會產生諧波，使發電機輸出電壓波形產生失真。由于發電機組相對電網是有限容量系統，多臺發電機并機系統除了滿足穩定負荷需求外，還需考慮負載特性(電能質量)、啟動性能、沖擊負載（冷凍機組和水泵的啟動電流、變壓器投入時的激磁電流）對發電機使用的影響。
（4）中壓ATS系統要求：
中壓ATS根據設定的各負荷出線重要等級，由重要性由最低向重要性最高的順序，逐次跳開母線各負載出線斷路器；然后，合油機進線斷路器，根據接收到的并網發電機數量，按照負荷出線重要性等級，由重要性最高向重要性最低順序逐次合上允許數量的出線斷路器。
7、高、低壓供電系統及運行方式
（1）高壓供電系統設計
a 本工程高壓供電系統采用兩路10kV專線市電電源，采用單母線運行方式，正常供電時，兩路電源同時供電。
b 10kV斷路器采用真空斷路器短路電流為31.5kA，在10kV出線開關柜內裝設氧化鋅避雷器作為真空斷路器的操作過電壓保護。
c 當市電失電后，啟動高壓柴油發電機組，保證重要負荷用電。
d 高壓斷路器校驗
【動穩定校驗】
已知：
三相短路沖擊電流ich ＝ 6.23(kA)
額定峰值耐受電流imax ＝60(kA)
校驗：
Ich≤Imax，動穩定校驗合格！
【熱穩定校驗】
已知：
額定短時耐受電流It ＝ 31.5(kA)
額定短時持續時間t ＝4(s)
短路電流熱效應Qt =0.5(kA2.s)
校驗：
Qt≤It×It×t，熱穩定校驗合格！
（2）低壓配電系統
a 變壓器低壓側采用單母線分段方式運行。T1、T3、T5、T7、T9分 別 與 T2、T4、T6、T8、T10變壓器之間設母聯開關。
b 低壓配電系統采用AC 380V，AC 380V配電系統采用放射式與樹干式相結合的方式，對于單臺容量較大的負荷或重要負荷采用放射式供電；對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式。
配電系統接線示意圖
8、設備選型如下
（1）戶內式變壓器按節能型干式變壓器設計，設強制風冷系統；接線為 D，Yn11，保護罩由廠家配套供貨，防護等級不低于IP30.
（2）高壓配電柜按金屬鎧裝移開式中置柜進行設計，斷路器額定電流1250A，分斷能力31.5kA；采用直流操作。高壓電纜采用上進上出接線方式。
（3）斷路器最大短路電流計算：
變壓器阻抗電壓百分比：Uk%=6(ST≤2500 KVA)，Uk%=8(ST=2500KVA)；
變壓器電阻忽略不計，電抗：額定電壓：Ur=0.4KV，
采用2500KVA變壓器時，ST=2.5MVA 得到XT=0.01024
短路電流
采用2000KVA變壓器時，ST=2MVA 得到XT=0.00614
短路電流
采用1250KVA變壓器時，ST=1.25MVA得到XT=0.00384
短路電流
低壓配電柜依據標準抽屜柜，落地式安裝進行設計；根據上述計算與2500KVA和2000KVA變壓器配套配電柜斷路器分斷能力65kA以上，與1250KVA變壓器配套配電柜斷路器分斷能力50kA以上，進出線電纜采用上進上出的接線方式。
柴油發電機組為應急自啟動型，應急啟動裝置及相關成套設備由廠家配套供貨
9、10kV繼電保護裝置的設置
（1）進線采用過流、速斷、零序保護；
（2）出線采用過流、速斷、零序保護；
（3）變壓器設置過流、速斷、溫度保護。
（4）發電機設置過流、速斷、零序、溫度、差動保護。
10、電能計量裝置
采用高壓集中計量，在每路10 kV電源進線處設置專用計量裝置，并可根據要求設置低壓電力分表。
11、功率因素補償方式
采用低壓集中自動補償方式，在變配電所低壓側設功率因數自動補償裝置，補償后功率因素達0.96以上。
12、諧波治理
由于諧波分布的多變性和諧波工程計算的復雜性，因此在進行變電所設計時要適當預留濾波設備安裝位置，待系統正式運行后根據對諧波的實測和分析，再采取相應的、有效的諧波治理措施。
對于變頻設備采用IGBT整流，或加裝消諧裝置，防止諧波涌入電力系統；
對于UPS等根據后期通信工藝的要求，采用IGBT整流或就地設置諧波吸收裝置，使諧波含量負荷電網的要求。
13、照明系統
（1）照度標準、主要場所照明功率密度值按現行國家標準《建筑照明設計標準》執行。主要場所照明功率密度值見下表：
其他場所按現行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034-2013執行。
（2）光源、燈具選擇、照明燈具的安裝及控制方式：
a光源：一般場所為熒光燈或節能型光源，有裝修要求的場所視裝修要求而定，但其照度應符合相關要求。
b用于應急照明的光源采用能快速點亮的光源。
14、防雷與接地
（1）防雷措施
a本工程按二類防雷措施設防。建筑物電子信息系統雷電防護等級一級。
b在機樓屋頂設避雷帶作為防直擊雷的接閃器，利用建筑物結構柱子內的主筋做引下線，利用結構基礎內鋼筋網做接地體。
c為防側向雷擊，豎向敷設的金屬管道及金屬物的頂部和底部應與防雷裝置連接。
d為防雷電波浸入，電纜進出線在進出端應將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設備接地相連。
e電子信息系統的箱體、殼體、機架等金屬組件應與建筑物的共用接地網作等電位連接。
f防雷接地、變壓器中性點接地及電氣設備保護接地等共用同一的接地裝置，要求接地電阻不大于1Ω，當接地電阻達不到設計要求時應在室外增設人工接地體。
g本工程采用總等電位連聯結。在各電氣設備房、每層IT機房、衛生間等處設局部等電位聯結。
（3）機房接地保護措施
a 計算機電源系統、有線電視引入端、電信引入端設過電壓保護裝置。
強、弱電系統采用共用接地裝置。
b IT機房、電信機房、監控中心室等弱電設備用房的接地利用大樓的共用接地裝置，獨立設置引下線，采用40x4編織銅帶。穿PVC管保護。
c 防雷電感應措施：
為了保證本工程大樓內的通信設備的安全，對通信設備及弱電設備供電系統，依據設備終端的耐壓水平，分別采用2～4級的多級防雷措施，加裝浪涌保護裝置。
供電系統防雷接地原理圖
d 機房等電位聯結措施
采取聯合接地方式，設置專用直流邏輯接地、交流工作接地、安全保護接地、防雷保護、防靜電接地等；在機房適當位置設置局部等電位接地端子箱，機房交流配電系統接地、計算機設備安全保護接地等采用電纜匯接至機房等電位接地端子箱，再接到大樓接地網；機房內設置銅帶等電位接地網。
機房聯合接地平面示意圖
數據中心在現在設計中的電氣設計方式有很多種，以上只是簡單介紹其中一種比較常見的電氣設計方式。隨著社會的發展數據中心的電氣設計已經不僅僅是一個簡單的項目設計而且是一個社會話題，這個話題背后是人們對能源消耗的憂慮和對日益嚴峻的環境問題的擔心，所以雖然數據中心在今天已經發展的比較成熟但是對于數據中心設計還任重道遠。此文旨在拋磚引玉，希望更多的人關注和探討數據中心在為來電氣設計中更加節能更加高效的方式。
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