數據中心機房供電需求有哪些？供配電系統如何布置？

發布時間：

2025-08-05

數據中心供配電系統是數據中心最重要的基礎設施，應在數據中心建設初期予以統籌考慮和全面規劃，并根據數據中心對供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統布置、供配電系統結構和形式等方面采取相應的技術措施。

前言：

數據中心機房供配電系統是一個交叉的系統，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發電機等，每個系統互相交叉，互有影響，這就使我們在布置時必須考慮多方面的因素，機房的供配電系統就是這基礎工程的心臟和大動脈，供配電系統的穩定，能夠保障其它系統發揮作用和核心業務正常運行，下面了解一下機房供電需求及系統的布置方案。

數據中心電力需求

(1)模擴大、功率密度增高造成供電總容量的提高。 ?單機柜負荷：2kW/臺-3kW/臺-4kW/臺—更高;? 單位面積平均負荷：0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高;

(2)可靠性要求——供配電系統的可靠性要求相應提高。 ? 供配電系統可靠性：99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高;

數據中心機房供配電系統需求分析

隨著數據中心的要求也不斷提高，信息設備功能越來越強，功率密度越來越高。數據中心設備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺，提高到3kVA/臺、4kVA/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高，數據中心用電負荷的統計應分為兩個層次，即：UPS 供電系統負荷(輸出)和市電供電系統負荷。

市電供電系統負荷(輸出)的統計主要包括：UPS 供電系統(輸入)、機房精密空調系統、機房照明及建筑電氣設備等。UPS供電系統負荷(輸入)=供電負荷+充電負荷。機房精密空調系統負荷=N臺主用空調機組額定負荷容量×負荷率。

UPS供電系統負荷(輸出)的統計主要包括：計算機設備、服務器、存儲、網絡設備、小型機等，在負荷設備明確時，按設備數據統計，具體負荷設備不明確時，按設備機柜平均負荷統計。設備機柜數量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

數據中心機房供配電系統的布置

數據中心機房供配電系統主要設備有：UPS、電池、配電柜和柴油發電機等。這些設備單位占地面積、重量大，對于這些設備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對外界的危害。數據中心機房供電系統應有獨立的配電間、變配電所，UPS 電源機房應靠近設備機房(負荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設備之間的壓降和損耗盡可能的小。

UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數據中心等級的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個承重比較好，并且不影響辦公和休息環境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應在滿足功能分區的基礎上，盡可能靠近供電負載。發電機房宜設置在地面一層，當發電機房設置于地下層時，應特別注意進、出風通道能否滿足要求，應注意發電機組儲油裝置(日用油箱、儲油罐)的消防要求。變配電所、發電機房、UPS 電源機房均應留有足夠的面積，可與設備機房同步發展，應對設備機房面積擴展或設備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設計用于數據中心的建筑，應注意其是否滿足設備安裝和線路敷設的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

市電動力配電系統設計

市電動力配電主要用于供給機房精密空調設備、普通照明和給排風、維修插座、一般動力、UPS設備等。市電動力配電一般由大樓總配電柜饋出的動力供配電系統，采用50Hz交電，380/220V三相五線電源，TN-S接地方式，零線和地線分開設置且零地線之間電壓小于1V。

一般可靠性要求數據中心宜引入兩路市電電源，條件受限制時也可引入一路市電電源。引入兩路市電電源時，宜為冗余關系，也可作為供電容量擴展關系，每一路市電電源的供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS電源系統、機房精密空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。兩路市電電源的供電容量應為全冗余，正常時應同時供電運行，兩路電源在負荷設備輸入端自動切換。

市電動力配電柜一般采用放射式配電直接配至各用電設備或電箱，機房內所有動力配電線纜必須設計橋架或鋼管敷設，市電動力配電柜具有火警聯動保護功能，出現火警時可與消防系統聯動及時切斷電源，動力配電柜、照明箱內的開關和主要元器件應設置有效的防雷措施。

自備應急電源系統設計

數據中心一般采用柴油發電機組作為自備應急電源，對于大型、高等級數據中心也可以選擇可靠性高、輸出電源品質好、帶非線性負載能力強、體積小、重量輕的大功率燃氣輪機發電機組。一般可靠性要求的數據中心宜配置一路自備應急電源，供電容量應能滿足全部一、二級負荷的需求，包括UPS 電源系統、機房空調、機房照明、蓄電池充電及建筑設備中的一、二級負荷。

當數據中心條件受限制，且市電電源具有較高可靠性時，也可以部分或全部采用移動式發電機組作為自備應急電源。發電機組燃料儲備量應根據數據中心等級的要求，結合市電電源可靠性、供油可靠性、消防要求綜合決定，一般不宜少于發電機組滿負荷運行8小時的用油量。

UPS供配電系統設計

UPS配電主要用于計算機設備、服務器、小型機、存儲、網絡設備、保安監控設備等。UPS 電源系統輸出一般采用三級配電方式：系統輸出配電柜-機房配電柜-機柜配電單元。 UPS電源系統蓄電池組容量的計算方法有以下兩種：

(1) 按負荷電流計算;

(2) 按負荷功率計算;

按負荷電流計算的結果是蓄電池組的總容量，然后再選擇單組蓄電池的容量和組數。按負荷功率計算的結果是選定容量規格的蓄電池組數。兩種計算方法的結果可互相校驗。對于單電源輸入設備，即使已采用雙單元冗余UPS 電源系統，也宜將其連接在其中一個單元上。對于雙單元冗余UPS電源系統，可將其每個單元中的部分容量視為并聯冗余性質。對于需要雙回路供電的單電源輸入設備，宜在其輸入端設置靜態轉換開關STS。靜態轉換開關STS 的性能應能滿足其要求，一般轉換時間小于5～10ms。當負荷設備對零-地電壓要求較高時，可在機房配電柜設置隔離變壓器。有時候，為保證UPS故障旁路后輸出高質量電源，往往在UPS旁路輸出端設置隔離變壓器。

數據中心UPS供配電系統一般采用冗余方式供電，很少采用單機供電。冗余方式供電能在一臺UPS設備故障時，仍然能夠滿足機房內重要設備的用電需求，這是單機供電所不能達到的。從冗余式配置方案來看，常用的有以下幾種方式：

熱備份式冗余UPS供電方式

主機帶負載，備機空載或帶非重要負載，備機接入主機的BYPASS(旁路)輸入端。這種方式布置比較靈活，不需要兩臺UPS同品牌，而且不要增加額外輔助電路，不增加購置成本。如果UPS主機發生了故障，那么UPS備機必須接替全部負載，這也就意味著設計時必須計算好UPS主機故障時，UPS備機所需承擔的總負載。此方式的缺陷在于UPS備機得具有階躍性負載承載能力，無法對電源系統進行擴容，兩臺容量不同的UPS相聯，只能按最小的UPS容量輸出。

直接并機冗余UPS供電方式

為克服熱備份式冗余供電系統的弱點，隨著UPS控制技術的進步，具有相同額定輸出功率的UPS可直接并聯而形成冗余供電系統，為保證高質量的并機系統，各電源間必須保持同頻、同相、且各機均流。此供電方式瞬間過載能力強，能夠自動均分功率，系統互為主備，提高供電可靠性，電源系統擴容方便。但是存在著環流，增加無功損耗，降低系統可靠性，需增加額外輔助電路，隨之而來是增加成本，增加故障點。設計時，如2臺互備，每臺按照50%帶載能力考慮，并聯的主機越多，單臺主機的帶載能力就越低。

雙總線冗余供電方式

雙總線供電方式是采用兩條總線對后端設備進行供電，每條總線上具有相同的一套UPS供電方式，消除可能出現在UPS輸出端與最終用戶負載端之間的“單點瓶頸”故障隱患，以提高輸出電源供電系統的“容錯”功能。此供電方式能夠在線維護，在線擴容，在線升級，改善了重要總線的可用性，滿足了雙電源用電設備的需求，真正實現了7×24×365運行的目標。但是雙總線冗余供電方式相當于搭建了兩套前述供電方式的回路，需要增加2倍以上的成本。同時，為滿足單電源設備的供電需求，可在輸出端安裝STS，來保證供電輸出的可靠性。

供配電設備的安裝和線路敷設

機房UPS、精密空調電源系統輸入應設置專用的輸入配電柜。電源系統輸入配電柜應引接兩路電源、自動切換。UPS 電源主機的主電源和旁路電源應分別引入，并宜由不同的輸入配電柜引接。UPS電源系統輸出應采用放射式、雙回路配電方式。UPS 電源系統輸出應采用三相配電，末端分相，以利三相平衡。機房配電柜、UPS電源柜落地安裝，動力配電箱、照明配電箱底邊距地1.4m墻上暗裝，配電柜及其他電氣裝置的底座應與建筑樓地面牢靠固定，并接地，機房內應分別設置維修和測試用插座，且有明顯區別標志，測試用電源插座應由UPS供電，維修插座由市電供電。所有線路的敷設是要以設備布局和設計圖紙為基礎進行，設計時考慮供電距離盡量短，機房內的電源線、信號線和通信線應分別鋪設，不能共走同一線槽，UPS電源配電箱(柜)引出的配電線路，穿鍍鋅鋼管，沿機房活動地板下敷設至各排網絡或服務器機柜，使用插座或工業連接器為機柜供電。

末端PDU

電源分配單元(PDU)，顧名思義PDU應具備電源的分配或附加管理的功能。電源的分配是指電流及電壓和接口的分配，電源管理是指開關控制(包括遠程控制)、電路中的各種參數監視、線路切換、承載的限制、電源插口匹配安裝、線纜的整理、空間的管理及電涌防護和極性檢測。由于數據中心的幾乎所有的IT設備都已經或者將要放置在標準機柜內，所以，PDU作為機柜的必備附件也越來越受到相關各方的重視。

PDU電源分配器和普通電源排插相比，其優點主要表現在設計安排更合理、品質和標準更嚴格、安全無故障工作時間長、各類漏電、過電過載保護更優秀、插拔動作頻繁而不易損壞、熱升溫小、安裝更靈活方便,適合對用電要求很嚴格的行業客戶使用。也從根本上杜絕了普通電源排插的因接觸不良、負荷小而造成的頻繁斷電、燒毀、火災等安全隱患。

總結

數據中心供配電系統是數據中心最重要的基礎設施，應在數據中心建設初期予以統籌考慮和全面規劃，并根據數據中心對供電可靠性的要求，在供電電源選擇、供配電系統布置、供配電系統結構和形式等方面采取相應的技術措施。同時，還應充分運用成熟有效的節能措施，降低供配電系統的損耗。若數據中心中存在不同等級的功能區域，在供配電系統設計中也應區別對待，以減少不必要的建設投資和運營成本。

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