数据中心机房亦称电子信息系统机房。建设数据中心机房，主要为数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理提供一个物理空间，让计算机、服务器、网络、通讯、存储、机房内部监控、机房门禁安防等数据中心关键设备在机房内安全可靠的运行，不因意外事故而导致停机或损坏。数据中心机房的供配电系统，是机房核心支撑系统之一，只有保证机房供配电系统的设计及施工质量，才能为数据中心关键设备持续供电，确保数据中心关键设备安全可靠稳定的运行。
本文旨在全面探讨数据中心机房的供配电系统设计，通过分析供配电系统的组成、设计原则、架构设计、用电容量规划、各子系统的设计要点，希望能够为数据中心机房的设计者和建设者提供参考，助力构建更加安全、可靠的数据中心机房供配电系统设施。
1 数据中心机房供配电系统的组成
数据中心机房供配电系统主要由以下4 个子系统组成主供电源、备供电源、机房配电、不间断电源（uninterrupted power supply, UPS）。
主供电源系统是机房电力供应的基础，通常采用市政电网供电，它为整个机房提供主要的电力支持；主供电源原则上需从项目配电房的低压馈电柜引出，采用独立回路专供机房用电，以避免因与机房无关的电气设备故障或损坏而造成机房断电。
备供电源系统是在主供电源故障或失效时提供紧急电力支持，确保在主供电源中断时能够迅速接管供电任务。
机房配电系统是连接电源和电子信息设备等核心用电设备的桥梁，它负责将电力安全、可靠地分配到机房的各个用电设备。
不间断电源系统是数据中心机房供配电系统的最后一道防线，在主供电源和备供电源都失效的情况下，它能够为数据中心关键设备提供短时间的电力支持，确保系统能够切换到备供电源运行或安全关闭，以避免系统突然断电造成业务损失或机房设备损坏。根据现行的《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）规定，电子信息设备宜由不间断电源系统供电，而空调、排风、新风、照明插座等机房辅助设备则不需纳入不间断电源的供电范围。
2 数据中心机房供配电系统的设计原则
设计应遵循合规性、可靠性、实用性、安全性等原则。具体如下。
（1）合规性。设计必须满足现行的《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）、《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）、《低压配电设计规范》（GB 50054—2011）等现行的国家规范标准要求。
（2）可靠性。设计应具备长期、可靠和稳定的工作能力。
（3）实用性。应结合项目设备用电功率、用电性能要求等实际情况，进行针对性设计，以达到实用条件。
（4）安全性。线缆设备应满足现行的《建筑设计防火规范（2018 版）》（GB 50016—2014）等国家规范要求，并设置系统防雷措施等，以保证设备安全运行。
3 数据中心机房供配电系统的架构设计
根据现行的GB 50174—2017，结合项目实际情况及需求，确定机房等级；根据不同机房等级对供配电系统的性能要求，进行供配电系统的架构设计。
例如，某项目数据中心机房的供配电系统架构设计步骤如下。
（1）根据GB 50174—2017 中机房分级标准，符合下列情况之一的数据中心为B 级：①电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失；②电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序混乱。考虑到该项目电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失，可确定该项目的机房等级为B 级。
（2）根据GB 50174—2017 中针对B 级机房的供配电要求“B 级数据中心宜由双重电源供电，当只有一路电源时，应设置柴油发电机组作为备用电源”，及“电子信息设备宜由不间断电源系统供电”，结合项目实际情况，可确定该项目供配电系统架构应为主供电源+备供电源（柴油发电机备供）+不间断电源。
（3）根据GB 50174—2017 中针对B 级机房的不间断电源系统配置要求，应采用N+1 方式冗余，不间断电源主机采用N+1 套主机，其中1 套不间断电源主机故障检修时，可不影响电子信息设备运行。
（4）绘制该项目供配电系统架构图。
4 数据中心机房供配电系统的用电容量规划
4.1 主供电源及备供电源的用电容量规划
（1）电子信息设备的用电负荷：按项目实际需求统计出电子信息设备的负荷清单，进行汇总计算。
（2）空调、通风的用电负荷：按项目实际需求统计出空调、排风、新风的负荷清单，进行汇总计算。
（3）照明灯具、办公插座的用电负荷：按项目实际需求统计出负荷清单，进行汇总计算。
（4）预留用电负荷：一般考虑20%容量作为预留用电负荷，供后期调整或新增设备的拓展需要。
（5）项目主供电源及备供电源总用电负荷=（电子信息设备的用电负荷+空调通风的用电负荷+灯具插座的用电负荷）×120%。
（6）上述用电负荷计算时，可参照现行的国标图集《建筑电气常用数据》（19DX101-1），从中选取需要系数等参数。
4.2 不间断电源的用电容量规划
根据GB 50174—2017 规定“电子信息设备宜由不间断电源系统供电，确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量（20%）”，则不间断电源总用电负荷=电子信息设备的用电负荷×120%。
5 数据中心机房供配电系统的各子系统设计要点
5.1 主供电源系统设计要点
主供电源系统是机房电力供应的基础，通常采用市政电网供电。主供电源系统设计步骤如下。
（1）根据前述的主供电源及备供电源的用电容量规划中已确定的项目总用电负荷，确定所需的变压器容量及型号；若项目数据中心机房的总用电容量不大、不需单台变压器供电，且机房建筑系与其他业态建筑合建，则在满足机房用电需求的前提下，机房主供电源可与其他业态建筑的电源共用变压器。
（2）根据前述的主供电源及备供电源的用电容量规划中已统计的负荷清单，进行主供电源系统的各回路电流计算（同步确定各回路断路器的整定电流）；并结合项目实际情况，确定配电房内所需的低压馈线柜数量（含馈线柜内各回路断路器的壳架电流、整定电流、数量）；根据额定电压、各回路计算电流（含所选断路器的整定电流）、耐火阻燃要求、绝缘等级要求、敷设环境、敷设方式（金属线槽、穿管等）等，确定配电房低压馈线柜出线电缆的截面面积和规格型号。
（3）绘制主供电源电气系统图及电气平面图。
（4）前述主供电源配电系统的电流计算、断路器选型、电缆选型等，均可参照19DX101-1 进行。
5.2 备供电源系统设计要点
备供电源系统是在主供电源故障或失效时提供紧急电力支持，确保在主供电源中断时能够迅速接管供电任务。备供电源有两种方案可选，方案一为在市政电源接入端，采用来自不同变电站的两路10kV 电源接入，一主一备；方案二为自备柴油发电机组作为备供电源。此两种备供电源方案需结合当地市政电网的实际状况，根据备供的10kV 市政电源接入点与机房的距离，核算出备供10kV 电源接入的建设成本，再针对安装柴油发电机组的成本投入，作经济技术比较分析，然后择优选用。备供电源系统设计步骤可参照前述的主供电源系统设计步骤。
5.3 机房配电系统设计要点
机房配电系统是连接电源和计算机及网络等用电设备的桥梁，它负责将电力安全、高效地分配到机房的各个用电设备。机房配电系统由两个部分组成：数据中心关键设备配电系统、机房辅助设备配电系统。为了防止机房辅助设备在启动或正常运行时可能对数据中心关键设备造成干扰，数据中心关键设备配电系统与机房辅助设备配电系统应分别由独立的配电柜控制，数据中心关键设备用电由不间断电源配电柜控制，机房辅助设备用电由市电配电柜控制，设计将上述两种用电设备的配电系统自成体系、相互独立，以提高供电的稳定性及可靠性。
机房配电系统应采用TN-S 系统，为保证电源运行时三相能基本平衡，应尽可能将单相负荷均匀分配在各相上，机房低压配电系统的三相负荷不平衡度应控制不大于20%。
配电系统的线路保护主要包括短路保护、过负载保护。机房内各级配电柜内的低压配电母线上均应装设分级浪涌保护器，用以消除线路上产生的瞬时高压尖峰脉冲，并可将浪涌电流引入接地网络，确保线路及设备安全。
机房电源总进线柜应设置电能计量表，以便能效统计、分析及管理；机房内各级配电柜内均需设置电流表、电压表、频率表，以便检查电源电压、电流、三相间平衡关系和电源输出频率变化。
机房配电系统设计步骤可参照前述的主供电源系统设计步骤。
5.4 不间断电源系统设计要点
不间断电源系统是数据中心机房供配电系统的最后一道防线。在主供电源的交流市电输入正常时，交流市电输入不间断电源主机，主机通过整流及逆变输出交流电给不间断电源配电柜，再由不间断电源配电柜传输电源到配电列头柜给数据中心关键设备供电。不间断电源兼具稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能，则交流市电输入电源在通过不间断电源主机处理后再给数据中心关键设备供电，可有效提高电源质量，为数据中心关键设备提供稳定的高质量交流电。在主供电源的交流市电中断或失效时，由电池间的蓄电池提供直流电源输入不间断电源主机，由不间断电源主机通过逆变输出交流电给不间断电源配电柜，再由不间断电源配电柜传输电源到配电列头柜给数据中心关键设备供电，为数据中心关键设备提供短时间的电力支持，确保系统能够切换到备供电源运行或安全关闭，以避免系统突然断电造成业务损失或数据中心关键设备损坏。不间断电源系统的蓄电池最少备用时间可根据GB 50174—2017 附录1 各级数据中心技术要求中规定，结合机房分级定位确定。不间断电源系统应设置自动和手动旁路装置，当全部不间断电源主机故障检修时，市电电源仍可通过静态旁路向负载供电。不间断电源系统设计步骤如下。
（1）根据前述的不间断电源的用电容量规划中已确定的不间断电源总用电负荷，通过计算确定不间断电源主机容量、型号、数量，蓄电池容量、型号、及数量，各台不间断电源主机输入输出计算电流（含所选断路器的壳架电流、整定电流）等”。
（2）后续设计可参照前述的主供电源系统设计步骤。
5.5 供配电系统的防雷设计要点
为了防范雷电强磁场对机房内部线路和设备的冲击，需设计数据中心机房供配电系统的防雷设施，以满足工作人员人身安全及机房设备正常运行的要求。根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010），结合项目实际情况，可在项目配电房设置第一级防雷设施。例如，在配电房屋顶安装避雷针或避雷带，防止直接雷击；在配电房的进线处安装避雷器，防止雷电波沿线路侵入配电房；设置可靠的防雷接地系统，其防雷接地电阻应小于10Ω，确保雷电流能够迅速导入地下，减少过电压和过电流对线缆设备的影响。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343—2012），结合项目实际情况，可在项目数据中心机房的电源进线柜设置二级电源防雷器，在数据中心关键设备的配电列头柜设置三级电源防雷器。
6 结语
数据中心机房供配电系统设计是一个复杂而关键的工程，它直接关系到机房设备运行的稳定性和可靠性。通过本文的论述，可以了解到，数据中心机房供配电系统设计需要综合考虑系统组成、系统架构、用电容量规划、各子系统的设计要点等。未来，随着信息技术的飞速发展和电能管理要求的提高，数据中心机房供配电系统设计将面临更多新的挑战和机遇，需要不断创新设计理念，采用先进技术，以构建更加安全、可靠、高效的数据中心机房供配电系统，为数字时代的信息基础设施提供坚实的电力保障。
来源：网络 版权归原作者