信息中心机房建设介绍 供配电系统 浙江省邮电工程建设有限公司 2013年6月

目 录 第一章 前言 1 2 第二章 供配电系统介绍 3 第三章 UPS工作原理 4 第四章 UPS选型

机房工程概述 机房建设工程是随着信息化系统对环境的要求越来越高而出现的新兴行业，涉及到电子工艺、建筑结构、空气调节、给水排水、电器技术和消防安全等多种专业，它是为解决诸如温湿度、洁净度、电磁场强度、防静电、供配电、接地与防雷、消防安全等综合技术问题，为电子计算机系统稳定可靠运行和工作人员提供良好的工作环境。 2

机房工程概述-电源分级标准 A级 B级 C级 1 电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失； （容错型） 1 电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失； 2 电子信息系统运行中断将造成公共场所秩序严重混乱。 B级 （冗余型） 1 网络运行中断将造成较大经济损失； 2 网络运行中断将造成公共场所秩序混乱。 C级 （基本型） 不属于A级或B级的电子信息系统机房为C级。

机房工程概述-建设标准 1.《电子计算机场地通用规范》（GB/T2887-2011） 4. Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers (TIA/EIA–942) 5.《计算机场地安全要求》（GB/T9361-2011） 6.《建筑设计防火规范》（GB50016-2006） 7.《高层民用建筑设计防火规范》 （GB50045-95(2005年版)） 8.《建筑内部装修设计防火规范》（GB50222-95(2001年版)） 9.《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2010） 10.《供配电系统设计规范》（GB50052-2009） 11.《低压配电系统设计规范》（GB50054-2011） 12.《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2011） 13.《建筑照明设计标准》（GB50034-2004） 14.《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2002） 15.《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）

机房工程概述-建设标准 16.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343－2012） 17.《通信机房静电防护通则》（YD/T 754-1995） 18.《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011） 19.《建筑给排水设计规范》（GB50015-2003（2009版）） 20.《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003） 21.《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002） 22.《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006） 23.《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003) 24.《综合布线系统工程设计规范》（GB5031-2007） 25.《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004） 26.《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-2011） 27.《气体灭火系统设计规范》（GB50370—2005） 28.《气体灭火系统施工及验收规范》（GB50263-2007） 29.《火灾自动报警系统设计规范》 (GB50116-2008) 30.《火灾自动报警系统施工及验收规范》( GB50166-2007) 31.《电信专用房屋设计规范》（YD/T5003-2005）

目 录 第一章 前言 1 2 第二章 供配电系统介绍 3 第三章 UPS工作原理 4 第四章 UPS选型

供配电系统-指标 机房的供配电系统是机房工程中的关键项目，是一个综合性供配电系统，在这个系统中不仅要解决计算机设备的用电问题，还要解决保障计算机设备正常运行的其它附属设备的供配电问题，如计算机机房专用恒温恒湿器（空调器），机房照明系统用电，安全消防系统用电等。下表为机房供配电的指标，分为三级。 项目 指标 A级 B级 C级 稳态电压偏移范围（%） -5～+5 -10～+10 -15～+10 稳态频率偏移范围（Hz） -0.2～+0.2 -0.5～+0.5 -1～+1 电压波形畸变率（%） 5 7 10 允许断电持续时间（ms） 0～＜4 4～＜200 200～1500 7

供配电系统-供电等级 设计一个符合计算机运行要求的供配电系统，首先应确定供电等级。计算机机房的供电等级是根据计算机的工作性质及其重要性来划分，分为三级 A级负荷计算机房。此类机房是指如国防建设、生产、交通运输、金融财政、航空管理等部门的机房。这些部门的机房如遇突然断电使计算机中断工作的话，将导致严重的人身伤亡等恶性事故，造成无法弥补的重大损失。所以这类机房应采用一类供电——不间断供电系统。 B级负荷计算机房。此类机房是指如科研单位和一些应用计算机控制系统的生产单位的机房，这些单位的机房一旦突然中断供电将使生产、运输、通信等受到一定程度的影响，给国民经济造成一定的损失。这类机房一般采用二类供电——需建立带备用的供电系统。 C级负荷计算机房。此类计算机房是指应用计算机做些一般的统计、查询、情报检索工作单位的机房。这些机方如突然中断供电虽会使工作受一定影响，但一般不会引起太大的损失。这类机房一般采用三类供电——常规供电系统。 8

供配电系统-市电负载 确定供电等级后，需选择一个切合实际的供电方式。对供电方式的选择应在了解各种供电方式的特点基础上，根据设备、场合、环境和供电条件等实际情况进行设计与施工。 机房供配电系统需要向以下设备提供电源 不间断电源（UPS） 空调、新风（包括机房专用精密空调、普通空调、新风） 照明 维修电源插座及办公等其他电源负载 9

供配电系统-UPS负载 而不间断电源系统（UPS）又需要向以下设备提供电源 小型机（甚至更高级别的计算机） 服务器 存储设备 核心信息设备（交换机、路由器、防火墙等） 应急照明 消防系统 动环监控系统 机房门禁、安防监控等系统 10

供配电系统-A级机房 A级机房配电系统框图 市电配电柜 UPS输入配电柜 UPS2 UPS1 UPS3 UPS输出配电柜 列头配电柜 变压器1 ATS 配电总柜 市电配电柜 UPS输入配电柜 UPS2 UPS1 UPS3 UPS输出配电柜 列头配电柜 STS配电柜 切换柜 UPS4 发电机1 变压器2 发电机2 双回路负载 单回路负载 供电设备：精密空调、新风机、市电照明等市电设备

供配电系统-B级机房 在设计时需要做出配电图，再根据需要配置配电柜、电力电缆、电源插座、走线路由等。以下是一个B级机房的基本配电图，大型机房还要复杂的多。 变压器1 变压器2 ATS 配电总柜 市电配电柜 UPS输入配电柜 UPS2 UPS1 UPS3 UPS输出配电柜 列头配电柜 STS配电柜 切换柜 发电机 供电设备：精密空调、新风机、市电照明等市电设备 12

供配电系统-机柜末端配电 末端精密配电示意图 机架式STS方案 机架式PDU （同一网络机柜内） 双路电源 单电源电子设备 精密配电柜 双电源电子设备 精密配电柜 防溅防尘工业接插件 （安装于机柜下方）

供配电系统-案例照片 市电配电柜、UPS配电柜

目 录 第一章 前言 1 2 第二章 供配电系统介绍 3 第三章 UPS工作原理 4 第四章 UPS选型

后备式UPS基本原理（一） 功率等级0.25-3KVA左右 220±4％～±10％V 市电 负载 175～264V 充电器 逆变器 电池组

后备式UPS基本原理（二） - 市电正常时，它向负载提供的是抽头变压器稍 加稳压处理的“低质量”交流电，逆变器不工 作，蓄电池由独立的充电器充电。 - 当市电超出规定范围时，负载由继电器转为电 池逆变供电。

互动式UPS基本原理（一） 功率等级0.7-20KVA左右 264～276V 降压绕组 150～175V 升压绕组 175～264V 市电 低通滤波器 负载 逆变器/充电器 电池组

互动式UPS基本原理（二） 在线互动UPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电器合二为一，输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压。

Dalta变换式UPS基本原理（一） 功率等级10-480KVA左右 220±4％～±10％V 市电 负载 补偿变压器 175～264V Delta变换器 主变换器 电池组

Dalta变换式UPS基本原理（二） － 市电正常时，85％能量有市电直接提供，15％能 量有一个逆变器提供， － 当市电异常时，100％能量有电池提供。 － 无法解决市电上的谐波污染，比如：频率 异常、浪涌、噪声等，将直接输入到重要负载。 AC DC 3 phase input output Main inverter Delta inverter Neutral Battery

在线式UPS基本原理（一） 功率等级0.7-1500KVA左右 维修开关 旁路输入空开 市电输入空开 输入EMI 整流 逆变 输出EMI 2 3 4 市电输入空开 输入EMI 整流 逆变 输出EMI 切换开关 负载 市电 充电器 电池组

在线式UPS基本原理（二） 不管电网电压是否正常，输出交流电压都要经过 逆变器，即逆变器始终处于工作状态。

四种架构UPS性能对比

在线式UPS市电逆变工作模式 在主路市电正常时，UPS一方面通过整流器、逆变器给负载 在线提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将 能量储存在电池中 ，如图：

在线式UPS电池逆变工作模式 当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池 工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供 电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式 ，如图：

在线式UPS静态旁路工作模式 旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。 在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。 在逆变器恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。 当用户关机，或主路市电掉电（或不正常）且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机，如图：

在线式UPS维修工作模式 需要对UPS电源及电池等进行全面检修或设备故障需维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对UPS不停电维护。维修需要断开UPS内部的主路、旁路输入电源和电池输入开关以及输出开关，实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式，如图：

UPS高可靠性供电方案 方案一：主从机串联“热备份”方案 主路 负载 市电 从机输出 从机 适用范围：中小功率机型 优点： 价格便宜，安装方式简单可靠。 缺点： 从机电池寿命缩短。 对单机抗阶跃负载能力要求高。 没有扩容能力。 主路 负载 市电 AC/DC----DC/AC 旁路 AC/DC----DC/AC 从机输出 从机

UPS高可靠性供电方案 方案二：直接并机型冗余供电 主机 市电 负载 从机 从机输出 适用范围：大功率机型 缺点： 控制电路复杂。成本高。 形式较多：直接并机（N+1)、并机柜方式(并机旁路柜） 、导航型方式、热同步方式。 主机 市电 AC/DC----DC/AC 负载 并机逻辑控制 从机 从机输出 AC/DC----DC/AC

UPS高可靠性供电方案 方案二：直接并机型冗余供电 并联的目的 并联的基本条件：除并机系统各单机必须满足机型和容量相同，软件 1、可以组成很大容量的交流电源系统； 2、可以组成冗余系统以提高系统的可靠性； 3、可以灵活配置系统的容量，便于扩容，并降低用户的初始投资； 4、系统具有很好的可维护性 并联的基本条件：除并机系统各单机必须满足机型和容量相同，软件 和硬件版本需一致外，还需满足以下条件： 电压幅值相等 输出滤波器参数一致 电压频率一致 控制系统稳定 电压相位一致 均流一致

UPS高可靠性供电方案 方案三：双母线供电 电池 UPS AC PPC STS 双电源 负载 单电源 LBS TVSS 母线一 母线二

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UPS国内外主要品牌 UPS品牌主要有： 台达（中达）； 梅兰日兰； 艾默生； APC 爱克赛 山特（中小功率） 科士达

UPS配置 UPS容量的确定 统计本期负载的功耗； 结合发展规划，确定中远期的总功耗； 考虑一些安全余量； 确定扩容方案

UPS配置 1.首先获得负载的总功耗,并统一单位到KW 2. 将需要供电的所有负载功耗相加，获得总功耗P 可通过查询设备铭牌或规格书获得其功耗信息 额定电流I： W=I*220*0.8; 额定功率W：直接使用; 视在功率VA：W=VA*0.8； 2. 将需要供电的所有负载功耗相加，获得总功耗P 3. 服务器等属电容性负载，功率系数取0.8，S=P/0.8 4. 根据GB50174规范要求： UPS基本容量（E）≥1.2x设备计算负荷（S） 5 .根据E寻找最靠近，且额定容量大于E的UPS型号

UPS配置-示例 UPS容量计算 例如：机房内有服务器机柜20架，每架服务器机柜内安装5台服务器，每台服务器400W, Cosø取值为0.9。 P=400*5*20/1000=40KW S=P/Cosø=40/0.9=44.4KVA E≥1.2S=1.2*44.4=53.3KVA

蓄电池国内外主要品牌 蓄电池品牌主要有： 哈尔滨光宇； 广东汤浅； 江苏双登； 绍兴灯塔 杭州南都 德国阳光 沈阳松下

电池组配置 电池后备时间 主要取决于市电供应情况 油机发电机组的配置 维护响应时间

电池组配置 蓄电池容量(AH) 的定义 蓄电池容量(AH) 的计算方式 1、恒流法 2、电源法 蓄电池容量(AH)是指在标准环境温度下（25℃），电池在给定时间指点终止电压时（1.80v），可提供的恒定电流A与持续放电时间H的乘积（I*T） 蓄电池容量(AH) 的计算方式 1、恒流法 2、电源法

电池组配置 恒流法 C=P×T/（Vf×η×K） C —蓄电池容量，Ah E —UPS容量 PF —UPS输出功率因数 P —负载功率，P=E×PF Vf —UPS额定直流电压 η—UPS逆变效率 K—电池放电系数 T—放电小时数 当电池备用时间为30分钟， K=0.45，当电池备用时间为1小时，K=0.55； 当电池备用时间为2小时，K=0.64，池备用时间为3小时，K=0.75； 当电池备用时间为4小时，K=0.79 ,当电池备用时间为5小时，K=0.83; 当电池备用时间为6小时，K=0.88 ,当电池备用时间为8小时，K=0.94

电池组配置-示例 恒流法-蓄电池容量计算 1台80KVA UPS 后备时间30min,选用DCF126-12系列电池.计算电池容量?     台达NT80KVA UPS,直流电压为348V电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6, UPS的功率因数Pf =0.8,逆变器转换效率η=0.95。 C=P×T/（Vf×η×K） =（80*1000*0.8*0.5）/（348* 0.95 * 0.45）=215AH 即选择12v120ah电池2组，即可满足使用

电池组配置 电源法(通信行业标准YD/T5040） 第一步计算出电池放电电流 I= E×PF/（η×U） I —电池放电电流，A E —UPS容量 PF —UPS输出功率因数 U —电池组工作电压 η—UPS逆变效率

电池组配置 第二步将放电电流代入容量公式 标准规范——《通信电源设备安装工程设计规范》（ YD/T 5040-2005 ） 蓄电池容量计算公式 电池放电小时数(h) 0.5 1 2 3 4 6 8 10 ≥20 放电终止电压(V) 1.65 1.7 1.75 1.8 ≥1.85 阀控电池放电容量系数 0.48 0.45 0.4 0.58 0.55 0.61 0.75 0.79 0.88 0.94

电池组配置-示例 电源法-蓄电池容量计算 1台80KVA UPS 后备时间30min,选用DCF126-12系列电池.计算电池容量?     台达NT80KVA UPS,直流电压为348V电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6, UPS的功率因数Pf =0.8,逆变器转换效率η=0.95。 I= E×PF/（η×U） =（80*1000*0.8）/（0.95 * 348）=193.6A C= KIT/ η[1+α(t-25)] = （1.25*193.6*0.5）/0.45[1+0.01(5-25)] =336AH 即选择12v120ah电池3组，即可满足使用

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