随着我国经济的快速发展，人们日常生活越来越依靠信息的处理和存储，使得数据中心在生活中的地位日渐重要。2016年10月，中共中央政治局第3 6 次会议首次提出要建设全国一体化的国家大数据中心，以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手，以数据集中和共享为途径，建设全国一体化的国家大数据中心，推进技术融合、业务融合和数据融合，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门及跨业务的协同管理和服务。在政策利好的驱动下，以互联网为平台，信息技术与传统生产组织和制造流程深度结合，网络空间与物质世界趋向融合，工业互联网、网络制造、众包生产和工业4 . 0 等以数字化、网络化、智能化和服务化为核心的新一轮产业变革已经到来，云计算、大数据等技术应用前景广阔。由于市场巨大需求，再加上国家政策上的支持，近年来，大型数据中心建设如雨后春笋般地在全国各地呈现。电力供应犹如数据中心业务运营的命脉，它也从某种程度上决定了数据中心的安全运营及可用性。目前，在全国主要经济发达省份，特别是新建工业园区或多或少地出现了2 0 kV供电电压等级。而大型数据中心普遍采用10 kV柴油发电机并机系统作为备用电源，由于两者电压等级不同，需采取一定的措施使二者有效地匹配起来。本文将结合某数据中心项目来进行具体分析，供大家参考。某数据中心项目，建设规模为46 370 m2，含两栋IDC机楼（每栋20 420 m2）和一栋动力中心（5 530 m2）。数据中心地上四层，房屋高度22.80 m；动力中心地上二层，房屋高度11 . 70 m。每栋数据中心规划配置3 016个IT机柜，按国标A级数据中心标准进行建设。IT机柜规划如表1所示。Tab. 1 IT cabinet planning for each data room
根据各专业提供的用电设备功率，每栋数据中心总的设备安装功率为21 007 kW。电气负荷计算书如表2所示。Tab. 2 Electrical load calculation book
根据上述计算结果，在每栋数据中心配置8 套低压配电系统，每套系统配置两台互为备用的2500kV·A变压器及配套低压柜，每台变压器负载率维持在46%左右。低压配电系统采用单母线分段方式运行，两段母线之间设母联开关，两台变压器出线总开关与联络开关之间设机械与电气联锁，任何时候只能有两台开关处于合闸状态。当一台变压器失电后，另一台变压器带起故障变压器一级、二级等重要负荷。当失电电源恢复供电后，自动恢复正常状态。经过和当地供电部门沟通，本工程所在的区块只提供20 kV外市电，且每路容量最大可以达到20 000 kV·A。业主要求尽可能多排机柜，且把外市电容量用足，本工程采用模块化设计，每两套低压配电系统（每套系统配置两台互为备用的变压器）采用同层供电的方式向4个数据机房供电。每台变压器容量选择为2 500 kV·A，与机柜功耗及外市电容量有比较好的匹配。根据GB 50174—2017《数据中心设计规范》第8.1.12条规定“A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源”。如选用0.4 kV柴油发电机组作为备用电源，则需配置持续功率约为2 300 kW（常用功率约为2500 kW，备用功率约为2800 kW）的柴油发电机组。目前市场上常用的0.4 kV柴油发电机组常用功率基本上维持在2000 kW及以下，常用功率达到2000 kW以上需整机进口。数据中心行业主流的柴油发电机品牌，常用功率1 800 kW价格约为250万元；常用功率2000 kW价格约为360 万元；常用功率2 200 kW价格约为550万元；常用功率2 500 kW价格约为830万元。常用功率达到2 500 kW的柴油发电机组，后期运维欠缺便利性和增加的投资（本项目配置20多台）是业主所不能接受的，采用0.4 kV柴油发电机组显然不可行。本工程外市电电压等级为20 kV ，采用20 kV柴油发电机组是一个比较好的选择。但20 kV柴油发电机组在国内外市场几乎没有应用，需要特别定制，造价成倍增加，也不利于后期运行维护。通过综合比较，最终选择目前数据中心行业广泛应用的10 kV柴油发电机组，共配置24台（22主+2备）常用功率为1 800 kW的10 kV柴油发电机组。本工程10 kV柴油发电机组集中设置于室外动力中心内，使数据中心尽可能多排布IT机柜（柴油发电机组设置于数据中心内，进排风占用空间比较大，且影响机房合理布局），充分利用市电容量且便于集中维护管理，同时有效克服了低压柴油发电机组受制于供电距离短的问题。10kV柴油发电机组与市电切换主要有两种方案：①每台10 kV柴油发电机组经过升压变压器将电压由10 kV升为20 kV后，再通过并机的方式与两路2 0 kV外市电进线切换；②将20 kV外市电通过降压变压器将电压由20 kV降为10 kV后，再与10 kV柴油发电机组并机系统进行切换。如采用方案①，需要配置24台10 kV/20 kV升压变压器，不但占用建筑空间，增加比较多的投资，同时增加了故障率（由于柴油发电机组平时不使用，造成变压器长时间处于闲置状态，很容易出现故障）。和甲方技术部门对供电方案进线讨论时，共同否决了此方案，最后选择方案②。最后选择的方案是在动力中心内配置8台单台容量为10 000 kV·A的变压器（20 kV/10 kV），将4 路2 0 k V 市电（每两路为一组，互为备用）先转换为8 路10 kV市电，经过与2套（每套采用10主1备柴油发电机组）10 kV柴油发电机组并机系统切换后，分8 路1 0 kV电源（每两路为一组）送至每栋数据中心一层二级10 kV配电系统。每栋数据中心配置8 套低压配电系统，每套系统配置2台互为备用的2 500 kV·A变压器（10/0.4 kV）及配套低压柜，每台变压器负载率维持在46%左右。目前市电柴油发电机切换中压ATS设备价格也在下降，考虑到数据中心保证等级，本工程在大型园区采用成套ATS产品来实现柴油发电机和市电切换。每栋数据中心20 kV/10kV配电系统与柴油发电机并机系统切换架构如图1所示。
图1 20kV/10 kV配电系统及与油机并机系统切换架构Fig. 1 20/10 kV power distribution system and oil machine parallelsystem switching architecture diagram经过以上不同方案优缺点比较后，确定了每栋数据中心电气系统整体架构及设备配置，如图2所示。
Fig. 2 Overall architecture of the electrical system of each datacenter数据中心对安全运营及供电可靠性要求比较高，一旦中断供电，必然造成IT设备宕机、数据丢失或网络中断，从而会造成重大的经济损失和比较大的社会影响。所以对于数据中心项目，在论证电气系统构架方案时，除考虑设备可用性、设备初期投资及后期运营费用外，还应充分考虑设备的可靠性、后期设备运维的便利性。[ 1 ] 中华人民共和国工业和信息化部．数据中心设计规范：GB 50174—2017[S]．北京：中国计划出版社，2017．[ 2 ] 中国机械工业联合会．20 kV及以下变电所设计规范：GB 50053—2013[S]．北京：中国计划出版社，2013．[ 3 ] 中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会．数据中心等级评定标准：T/CECS 488—2017[S]．北京：中国计划出版社，2017．[ 4 ] 中国建筑东北设计研究院．民用建筑电气设计规范：JGJ 16—2008[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．[ 5 ] 张东霞，王继业，刘科研，等．大数据技术在配用电系统的应用[J]．供用电，2015，32(8)： 6-11．
作者：丁雪鹏，华信邮电咨询设计研究院有限公司，工程师，主要从事数据中心工程电气设计工作。
