蘇州工業(yè)園區(qū)TierIV標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計

蘇州工業(yè)園區(qū)TierIV標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計傅衛(wèi)東/張瀾（蘇州工業(yè)園區(qū)設(shè)計研究院,江蘇蘇州215021）PowerSupplyandDistributionSystemDesignforTierIVDataCenterofSuzhouIndustrialParkFuWeidong/ZhangYuan摘要對數(shù)據(jù)中心的T:erV標(biāo)準(zhǔn)作「簡單的介紹.并結(jié)合具體設(shè)計對萬州業(yè)園區(qū)的綜合數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)進行了分析和介紹廣項目的實施情況。關(guān)鍵詞T:er：V標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心20kV中樂配電設(shè)計供配電系統(tǒng)AbstractThepaperbrielllyintroducedtheTierIVstandarcfordatacenters,andincombinationwiththeprojectofSuzhouIndustrialPark,itmadeaanalysisonthepowersupplyancdistribulionsystemfordatacenters.Theimplementationofthisprojectwasintroducedaswell.KeywordsTierIVstandard,datacenter.20kVmid-voltagedistribution,design,powersupplyanddistributionsystem房設(shè)計規(guī)范》內(nèi)的最高標(biāo)準(zhǔn)的A級機房標(biāo)準(zhǔn)，而且在某些方面要求更加嚴格。數(shù)據(jù)中心等級認證級別越高，標(biāo)志著數(shù)據(jù)中心成熟度越高，能夠提供的服務(wù)也就越安全稔定，當(dāng)然單位面積的造價也就越昂貴。正是由于TierIV級別在基礎(chǔ)設(shè)施建造上的高要求和高成本投入，全世界能夠成功通過該級別標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)不足10家。在這?點上蘇州工業(yè)園區(qū)綜合數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了我國數(shù)據(jù)中心的一個新突破。作為建設(shè)方聘請的顧問公司和機房區(qū)的承包方，某國際知名IT企業(yè)的全球服務(wù)部全程參與了該項目，而作為項目的設(shè)計方筆者所在的蘇州工業(yè)園區(qū)設(shè)計院完成了除機房以外的所有區(qū)域包括變電所、發(fā)電機房的設(shè)計。在此僅將設(shè)計中的?些體會寫下來供大家參考。2TierIV標(biāo)準(zhǔn)的電氣供電一般要求TierIV認證的數(shù)據(jù)中心要求具有容錯結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計需要避免出現(xiàn)單點故障，所有電力系統(tǒng)，包括備用電源都是全冗余的。允許對重要負荷進行有計劃（不會中斷系統(tǒng)）的操作。容錯功能需要至少能經(jīng)受住?次最重要的意外事故（操作失誤、設(shè)備故障、外電源中斷、維護和檢修等）而不會中斷電J'?信息系統(tǒng)的運行，能提供99.995%的可用性。具體來說對于電氣系統(tǒng)的要求一般有以下幾項：I）市也接入兩路主供2）變壓器容量配置2N，即全冗余3）備用柴油發(fā)電機配置不低于N+14）發(fā)電機燃料儲量不小于96h5）電氣系統(tǒng)允許并行檢修6）單位面積供電密度不小于1.5kW/m27）UPS系統(tǒng)容量配置2N，即全冗余8）獨立雙電源路徑至PDU411項目及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)簡介41近日位于蘇州工業(yè)園區(qū)獨型湖畔的蘇州工業(yè)園區(qū)綜合數(shù)據(jù)中心正式投入運營，成為工業(yè)園區(qū)重要的公共技術(shù)服務(wù)平臺，填補了工業(yè)園區(qū)數(shù)據(jù)中心增值業(yè)務(wù)的空白。該數(shù)據(jù)中心建筑面積約4.2萬分兩期進行建設(shè)。第?期建筑面積L8萬其中機房區(qū)域LOE萬nF,設(shè)施配套區(qū)域7200nr,最大可配置標(biāo)準(zhǔn)機柜1694個。難能可貴的是該綜合數(shù)據(jù)中心投運之前已經(jīng)順利通過由國際正常運行時間協(xié)會(TheuptimeinstituteUI)組織的關(guān)于數(shù)據(jù)中心的設(shè)計等級認證，據(jù)報道該中心是亞洲首個獲得TierIV級別設(shè)計等級認證證書的數(shù)據(jù)中心。Tier標(biāo)準(zhǔn)指的是(ANSI/TIA-942-2005數(shù)據(jù)中心用遠程通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)是世界上第?部較為全面地以數(shù)據(jù)中心為對象的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中以數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的“可用性(Availability)'和""安全性(Securily)、為主要指標(biāo)，將數(shù)據(jù)中心由高到低分為以下4個等級，分別為TierIV,HI,H,I。其中的TierIV標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于國內(nèi)的GB50174-2008《電廣信息系統(tǒng)機

9）空調(diào)設(shè)備供電2N，9）空調(diào)設(shè)備供電2N，即全冗余鱉延卜N+110）冷水主機配置二11）精密空調(diào)窄端F早用動藐頤$上要；瓜工程中安裝的網(wǎng)絡(luò)機柜及服務(wù)借機柜總用電量為6314kW,考慮到80%的負載率及0.8的功率因數(shù)，IT公司選擇的為機柜服務(wù)的UPS的實際需要容量為1OOOOkVA,UPS按照2N的原則配置，即總配置容量為20000kVA0為機房區(qū)服務(wù)的冷凍機、冷凍水循環(huán)泵、冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵、機房空調(diào)箱、機房精密空調(diào)等設(shè)備的總負荷為2385kW,其中冷凍水循環(huán)泵、機房空調(diào)箱、機房精密空調(diào)設(shè)備由于與機房溫度密切相變H；.及配置 3.242考慮至UUPS的性價比,IT公司最終選擇了500kVA/臺的UPS來搭建整個UPS供電系統(tǒng)，為機柜區(qū)服務(wù)的20000kVAUPS按照2000kVA?組分成了IC組，10組里又按照100%冗余原則分為A、B兩路，每路五組共lOOOOkVA。因為在選擇UPS時已經(jīng)考慮/負載率，因此在選擇變壓器時容量不再放大，每組UPS足TierIV標(biāo)準(zhǔn)里的發(fā)電機96h運行的要求。3.520kV市電接入設(shè)計按照TierIV標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)從兩個獨立的電網(wǎng)變電所的專用輸出回路上分別引入?路市電電源，以專線方式沿不同的敷設(shè)路由引接至數(shù)據(jù)中心。每?路市電電源的供電容量應(yīng)能滿足全部負荷的需求，即應(yīng)為全冗余，并且兩路市電應(yīng)同時供電運行。本項目?期安裝/14臺變壓曙，兩路市電每路需要連接7臺變壓器，安裝容量14500kVA。當(dāng)然由于在變壓器的配置上已經(jīng)采用了2N的形式，故高壓側(cè)不再需要聯(lián)絡(luò)。14500kVA的變壓需裝機容量已經(jīng)超過了常規(guī)10kV系統(tǒng)單路供電的上限，對于這樣的供電容量在國內(nèi)絕大多數(shù)地區(qū)是需要以35kV及以上電壓供電的，大多數(shù)情況下均需要建造一所35kV或UOkV降壓站。然而幸運的是本項目建設(shè)地點正好位于蘇州工業(yè)園區(qū)的核心區(qū)內(nèi)，而該園區(qū)自1994年開始開發(fā)建設(shè)以來?宜采用20kV中壓系統(tǒng)進行供電。對于20kV系統(tǒng)而言，單路專線供電的上限為16000kVA,l4500kVA正好處于單路供電的上限以下，因此兩路20kV專線即輕松地解決了供電的問題。不過為了滿足從兩個獨立的電網(wǎng)變電所引來專用輸出回路的要求，雖然數(shù)百米之外的?座供電局UOkV降壓站內(nèi)兩段不同20kV母線上可以分別提供?路20kV專線，但是經(jīng)過權(quán)衡最終還是只從該降壓站引來了?路20kV專線，另-路20kV專線則是多花了數(shù)百萬投資由數(shù)公里之外的另?座220kV降壓站里引來的。至于數(shù)據(jù)中心的二期供電問題，存在兩種可能，?是極有可能在工業(yè)園區(qū)政府的大力支持下，二期再由供電局的兩個不同的降壓站引來兩路20kV專線，但前提是每路容量不超過】6000kVA。二是一旦二期的專線容量超過單路供電上限，在二期再建設(shè)數(shù)據(jù)中心專用的110kV/20kV降壓站，由降壓站的20kV母線上分別向一期二期的變電所供電。即使是按照最壞的打算最后仍然避免不了HOkV降壓站的建設(shè)，但是畢竟是為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)方贏得了寶貴的經(jīng)營時間和極大地節(jié)約了初期的建設(shè)投資，這也從?個側(cè)面體現(xiàn)「蘇州1：業(yè)園區(qū)20kV中壓配電系統(tǒng)的優(yōu)越性。由1臺2000kVA的變壓器供電，為機柜區(qū)服務(wù)的變壓器總共為10x2000kVA。接下來是為數(shù)據(jù)中心服務(wù)的輔助設(shè)備供電，經(jīng)過計算2N或2（N+1）配置的冷凍機、冷卻塔、冷卻水泵每組運行負荷為l780kW，每組由1臺2000kVA變壓器供電。2N或2（N+1）配置的冷凍水循環(huán)泵、機房空調(diào)箱、機房精密空調(diào)設(shè)備再加上其他負荷每組由1臺2500kVA的變壓/供電。這樣我們得到了總的變壓/安裝功率為10x2000kVA+2x2000kVA+2x2500kVA=29000kVA.14臺變壓器和UPS機組?樣分成100%冗余的A、B兩路，每路7臺，安裝容量為14500kVA。發(fā)電機選擇及配置 3.3按照本文第二節(jié)里提到的TierIV標(biāo)準(zhǔn)里對發(fā)電機配置的要求是不低于N+1,事實上經(jīng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方的要求，最后是按照2N的標(biāo)準(zhǔn)來進行設(shè)計和土建預(yù)留的。發(fā)電機和變壓器??對應(yīng)，?樣分成了100%冗余的A、B兩路，每路7臺。由于發(fā)電機需要100%地承擔(dān)相對應(yīng)的變壓器的荷載，因此每臺按照常用功率2000kVA（備用功率2000kW）來選擇。只不過項目初期考慮到造價的因素，只配了A路的7臺發(fā)電機,B路的7臺發(fā)電機電源配出屏本期才安裝到位，通過聯(lián)絡(luò)母線與A路相應(yīng)發(fā)電機組聯(lián)絡(luò)，并從本路的發(fā)電機電源配出屏向B路負荷供電。將來需要時可以在最短的時間內(nèi)迅速安裝B路的7臺發(fā)電機組。因為建筑空間的限制，發(fā)電機房只能布置在地下?層，考慮到發(fā)電機組散熱時需要的巨大風(fēng)量不可能通過自然進風(fēng)來解決，故采用發(fā)電機散熱器遠置的方案。散熱器均安裝在四層屋面上,通過閉路的冷卻水管路來進行循環(huán)散熱，而地下室發(fā)電機房內(nèi)進風(fēng)量僅需要考慮發(fā)電機燃燒時的新風(fēng)量及少量的機組輻射熱即可。3.4發(fā)電機儲油量計算及室外油罐配置查閱各大柴油機廠家提供的資料，2000kW備用功率的柴油發(fā)電機每小時的耗油量約為500L，A路7臺備用發(fā)電機48h的耗油量總和約16.8萬L，因此需要在室外為A路發(fā)電機建造180m'的地下儲油罐。B路7臺備用發(fā)電機同樣需要180m3的地下儲油罐，并且與A路發(fā)電機的油罐埋地距離保持15m以上的安全距離。因為每路發(fā)電機的室外油罐均能滿足100%的負荷運行48h的要求，故兩個室外油罐的總儲量可以滿供電設(shè)計具體分析 4 13數(shù)據(jù)中心整體供電的系統(tǒng)框架圖如圖1所示。44444444?5KS：S：傕建琪電氣技術(shù)47颯用條ffl3囹codnsl?。畫46.KDMA的V，肚龜”電桿上冷。3W)20geA約W小制』111」2?&〃200<VAKDMA的V，肚龜”電桿上冷。3W)20geA約W小制』111」2?&〃200<VA?Ok\*XOOcVA翻后嫡停與20tM巨柳IJtKM英蟆■下,Q?1W4?粗HJ?紳幺對和嵋解?<o<xd(xK6R<ct?mar*?1uun“@&2AE?■UU9OTMTMXUW???■csm“澧5Uk?9J*Ycam*te??n-5■及■他出Q電a0?a??iiag?3U■3“■Ae??1n>3Qr?MAmwQj■MA?嶺a??mnw尊?xa，”?40KA?MTntmaMOte‘ywriTHS?3rwnsumuriai■n?3mwTVWm*TT?叁H-1W1r'“03nwIIM*??3“??*03“uw③<XA■理?CttAiy,?ia?0nwnau?SMtTgM-gSS3變電所平面布五圖□供電至UPS并聯(lián)機組前后的兩段母線上，以滿足旁路開關(guān)合上后可以不停電進行檢修及維護UPS機組的要求。最后結(jié)合變電所的平面布置.簡述對土建設(shè)計上的要求。從圖3可以看到A、B兩路高低壓設(shè)備需要嚴格分開，中間必須設(shè)防火墻及防火門隔開，變電所設(shè)在地面1層，以成品架空地板向上抬高了1m。發(fā)電機設(shè)在地下1層，由發(fā)電機引至ATS的母線及A、B兩路變壓錯間的聯(lián)絡(luò)母線均在1m的架空地板下敷設(shè)，而引至UPS機組的母線及旁路母線均從柜頂出線，從而有效地減少了管線的交叉。由于使用了大量的UPS，盡管各大UPS廠家均聲稱可以將波形畸變率THD%控制在5%以內(nèi)，考慮到將來?旦諧波超標(biāo)會帶來嚴重影響，故仍在變電所里預(yù)留了有源動態(tài)濾波裝置的安裝位置，?旦實測波形畸變率不能滿足系統(tǒng)正常運行的要求，可以有補救的余地。在整個建筑物里設(shè)備機房及管井的設(shè)置上，也依然按照A、B兩路完全分開的原則設(shè)置各自獨立的UPS間、電池間、UPS配電豎井、強電井、電信接入室、網(wǎng)絡(luò)管井，甚至是各自獨立的水管井、氣體消防管井、樓層新風(fēng)管井…直接澆注密封，根據(jù)GA537-200S'母線干線系統(tǒng)（母5線槽）阻燃防火耐火性能的試驗方法,測試，在溫度達至打000℃時，可繼續(xù)供電約60min，同時因為絕緣材料里不含鹵素，即使燃燒也不會發(fā)出有毒、有害的氣體。因此本匚程的2500m母線全部采用「該型母線。除了解決了防火的問題，在母線安裝完畢以后時值蘇州六月份的黃梅天。還發(fā)現(xiàn)了?個意想不到的好處，因為該型母線是完全密閉的澆注母線，防護等級達到了IP68,因此可以絲亳不擔(dān)心黃梅天地下室里正常通風(fēng)系統(tǒng)尚未運行時的潮氣，哪怕是母線表面上已經(jīng)有密密麻麻的?層結(jié)露，也絕不用擔(dān)心母線的絕緣性能受到影響。數(shù)據(jù)中心里其他重要設(shè)備的配電干線電纜大部分采用了礦物絕緣電纜,總的安裝長度超過了3萬m。礦物絕緣電纜的防火能力是目前電纜里最高級別的，大量地在干線系統(tǒng)上的使用給予了整個電力傳輸系統(tǒng)以極高的可靠性。不過這里需要指出的是上述兩種母線和電纜的敷設(shè)難度要較常規(guī)的母線和電纜大得多，施工前需要有足夠的思想準(zhǔn)備。6小結(jié)該數(shù)據(jù)中心項目于2008年6月完成設(shè)計,2010年8月正式投入運營。?期工程僅1?8萬而的建筑面積造價即達到了4.5億，這還是在?半發(fā)電機組和部分樓層UPS機組及服務(wù)借機柜尚未安裝到位的情況下的造價。盡管如此，單位面積的造價也達到了2.5萬元/n￡單位面積的供電密度是1.61kVA/m%這確實是?個高投入的產(chǎn)業(yè)，需要有絕對實力的公司來建設(shè)。不過考慮到它將產(chǎn)生的巨大社會效應(yīng)以及在數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)備