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01 概述
《上海市数据中心建设导则（2021版）》要求上海市新建大型数据中心PUE值不高于1.3，新建边缘数据中心PUE值不高于1.5，而2021年全国数据中心平均PUE值为1.49，按照1742号文件，2025年降到1.25以下，数据中心能效管理指标任重而道远。
2.1 用户痛点
③数据中心对环境要求比较严格，需要对温度、湿度、可燃气体、烟雾、安防等环境参数综合管理，提高管理效率；
④数据中心IT设备、UPS等设备产生谐波较大，对无功补偿和谐波治理有一定要求；
⑤数据中心空调系统用能较大，需要尽量减少空调、照明环节用能占比，降低单柜平均能耗，提高数据中心PUE值，适应政策减排要求；
2.2 用户需求
②记录日月年负荷和电能消耗报表；
③监测中压配电回路接点温度，包括断路器触头或触臂、母排、线缆连接处等；
⑥对大型UPS运行状态、蓄电池温度、电压、电流、内阻、进行监测，对蓄电池室可燃气体浓度监测和报警并启动排风；
⑧采集高精度配电柜运行状态和电能消耗数据，或智能小母线电气数据、接点温度；
⑨监测机房内部温湿度、浸水积水、烟雾、视频、门禁状态；
⑩对数据中心消防设备电源回路进行监测和异常报警；
⑪数据中心消防疏散通道、安全出口有明显的指示灯具，并可以通过不同应急预案控制疏散方案；
03 参照标准
本方案遵循的国家标准有：
GB50174-2017《数据中心设计规范》
GB/T51369-2019《通信设备安装工程抗震设计标准》
GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
GB50052-2016《供配电系统设计规范》
GB50054-2011《低压配电设计规范》
GB50311-2016《综合布线系统工程设计规范》
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》
GB 14287-2014《电气火灾监控系统》
GB25506-2010《消防控制室通用技术要求》
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》
GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》
04 方案设计
以下为一个大型数据中心的典型电气单线示意图，为了提高数据中心供电可靠性，采用2路10kV市电供电，配置10台10kV柴油发电机作为后备电源。在0.4kV侧配置500kVA UPS用于高精度空调和高精度配电柜(智能小母线)供电。
根据数据中心监控系统要求，配置Acrel-8000数据中心能效管理系统，为数据中心提供监测和控制，主要功能有：
电力监控：中低压配电系统、UPS、蓄电池组、ATS/STS、高精度配电柜、电源支路电流、PDU机柜电源、发电机、电气火灾、消防设备电源等数据监控；
环境监控：空调、漏水、温湿度、空气质量、粉尘含量等监测；
安防、消防支持：视频监控、门禁管理、入侵检测、火灾检测；
联动控制：对所有设备设置报警上下限，任何设备数据超出范围，系统能够产生报警信息，并联动控制其他接入设备，例如录像、喷淋、新风机、空调等。
4.1 电气监控
4.1.1 10kV回路保护和监测
10kV回路保护和监测主要针对变电所和柴油发电机10kV回路的保护、遥测、遥信和遥控功能，通过系统图可以实时反馈10kV配电系统的运行状况。
10kV回路微机保护和电能质量监测装置配置如下：
4.1.2 功能介绍
①10kV电能质量监测装置
②10kV进线保护测控装置
10kV进线保护测控装置采用AM5SE-F,10kV变压器保护测控装置采用A具备相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。
③10kV变压器保护测控装置
④10kV母联保护测控装置
10kV母联保护测控装置采用AM5SE-B，具备保护、测控和备自投功能，相间电流速断保护，相间过电流保护，母联充电保护，母联备自投，进线备自投，控制回路异常告警。
⑤10kV柴油发电机保护装置
10kV柴油发电机保护装置采用AM5SE-MD，具备比率差动保护，差动速断保护，两段过流保护，反时限过流保护，两段式负序过流保护，负序反时限过流保护，两段式零序过流保护，热过载保护，过负荷保护，低频保护、非电量保护，低电压保护，过电压保护，零序过压告警，电压不平衡保护，相序保护。
⑥PT监测装置
PT监测装置采用AM5SE-UB，可以监测电压互感器实现过电压告警、零序过压告警、PT断线告警、低电压告警等功能，采集母线三相电压、零序电压、线电压等。
⑦开关柜操控装置
⑧无线测温传感器
无线测温传感器主要用于监测断路器触头、触臂、母排和线缆连接处温度，便于提前发现温度异常导致的事故。
ATE200表带式无线测温传感器：电池供电无线温度传感器，表带式固定，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃，电池寿命5年。
ATE400感应取电无线温度传感器：合金片固定，感应取电，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃，无需电池，回路电流大于5A工作。
实时监测断路器、母排或线缆接头每相运行温度，每一个温度均可以设置越限报警，并且对报警级别进行分级定义支持对应线缆运行历史温度的查看及导出。
4.1.3 10kV柴油发电机
数据中心柴油发电机作为后备电源，需要在市电失电后15s内启动作为备用电源，这在保证数据中心不间断运行非常重要，由于正常时不需要使用，所以需要定期维护和测试。
4.1.4 电源自动切换开关
电源自动切换开关用于备用电源的自动切换，由于数据中心对供电可靠性要求比较高，用到的电源切换开关比较多。电源切换开关有STS静态切换开关和ATS自动转换开关两种，前者切换速度较快(一般小于8ms)不会导致IT设备断电，一般用在功率较小、切换时间要求高的回路；后者切换速度约100ms，配合后端UPS也不会导致IT设备断电，两者均有大量运用。
系统可以监测转换开关双路电源电压、电流、投切状态、动作信息以及异常报警，及时在系统界面显示并通过语音、文字或APP、短信等多种方式发出告警信号。
4.1.5 变压器监测
系统监测变压器电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、三相绕组温度、三相不平衡等数据，通过数据和曲线实时反馈，异常时及时发出告警信号。
4.1.6 电源自动切换系统
如上图，1#市电和2#市电分别引自不同的网内变电站，2路市电相互独立。正常情况下2路市电分别运行，DL1和DL2处于分位，DL3~DL6均处于分位。
状态1：1#市电失电
1#进线无压，DL1无流，2#市电有压，且无故障闭锁信号，系统跳DL1和I母所有负载断路器，确认DL1断开后合DL3，然后按照预先设定的顺序逐一合负载断路器，若母线故障闭锁则不动作；
状态2：2#市电失电
检测2#进线无压，DL2无流，1#市电有压，且无故障闭锁信号，系统跳DL2和II母所有负载断路器，确认DL2断开后合DL3，然后按照预先设定的顺序逐一合负载断路器，若母线故障闭锁则不动作；
状态3：1#、2#市电均失电
检测1#、2#进线均无压，DL1、DL2均无流，且无故障闭锁信号，系统跳DL1、DL2和两段母线上所有负载,并发出启动柴油发电机指令，1#柴发并机室启动，柴发母线I工作，待母线电压稳定后合DL3和DL4，然后按照预先设定顺序逐一合负载断路器;
状态4：1#、2#市电均失电，且柴发母线I故障
检测1#、2#进线均无压，DL1、DL2均无流，且无故障闭锁信号，系统跳DL1、DL2和两段母线上所有负载,并发出启动柴油发电机指令，2#柴发并机室启动，柴发母线II工作，待母线电压稳定后合DL3和DL6，然后按照预先设定顺序逐一合负载断路器；
柴发II母故障切换策略同状态4，自复逻辑等其它状态可以根据具体项目需求单独编制。
4.1.7 10kV回路多功能仪表
10kV回路配置多功能仪表APM800，可以为回路提供电气数据监测，用于搭建数据中心的能源管理体系。
支持全电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F、Ep、Eq）；
支持复费率计量（历史12月），复费率可设置4个时区、10时段、四种费率（尖峰平谷）；
支持电能质量分析功能:电压电流不平衡度测量、电压电流相角测量、2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量；
支持2路开关量输出（选配MD82模块可扩至8路）及2路开关量输入（选配MD82模块可扩至26路），开关量输出可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容；
支持TF卡存储，可用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等。
支持12路模拟量输出（选配MA84模块），可任意配置对应输出电参量；
技术指标
电压、电流精度：0.2级；
有功电能精度：0.5s级、无功电能精度：0.5S级2级；
u 谐波精度：±1%（2~45次），±2%（46~63次）；
电压规格：AC 3×57.7V/100V(100V)、3×220V/380V(400V)、3×380V/660V(660V)；
电流规格：AC 1A、5A（经互感器接入）；
系统频率：45Hz~65Hz；
工作温度：-25℃~+70℃；
工作温度：-40℃~+85℃；
相对湿度：≤95℅（无凝露）；
海拔高度：≤2000米；
外形尺寸：96*96*87.5；
防护等级：IP54；
4.1.8 0.4kV回路多功能仪表
三相电力参数测量、电压和电流的相角、 四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31 次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出、RS485（MODBUS或 DL/T645-2007 协议）。
系统可以通过图形方式实时显示低压配电回路电气参数、温度数据和报警信息。
4.1.9 UPS监测
系统采集UPS输入、输出端和旁路三相电压、电流、有功功率、功率因数频率，同时监测UPS温度、蓄电池电压、当前负载下的剩余时间等数据，检测到异常时会及时发出告警信号，告警信号也可以根据紧急程度进行分级。
4.1.10 高精度配电柜（和智能小母线二选一）
高精度配电柜也叫智能列头柜，为IT设备提供电源，采用AB双回路进线，馈线回路比较多，配置安科瑞AMC16系列列头柜监测模块，实现对列头柜进线和馈线回路电流、电压、功率、电能、开关状态的数据监测。
高精度配电柜有交流和直流两种类型，交流柜内安装的设备如下：（具体根据馈线回路数量会有变化）
系统可以展示高精度配电柜内进线和馈线回路电气参数，包括电流电压功率电能以及开关状态，并可以对数据进行报警设置和分级，数据取自高精度配电柜测量模块。
4.1.11 智能小母线(和高精度配电柜二选一)
数据中心由于高精度配电柜数量多，占用空间较大，为了节省面积，智能小母线方案由于不占用机房面积受到很多数据中心的青睐，被越来越多的应用。
安科瑞智能小母线监测解决方案包括始端箱、插接箱监测模块，采集三相电流、电压、温度、漏电电流、湿度、中性线电流、零地电压、2~63次谐波、需量等数据，对始端箱、插接箱进行监测和预警。
*始端箱监控：
遥测：输入分路的三相电压、三相电流、频率、有功功率、有功电度、功率因数、谐波含量、温度（线缆/铜排连接处的实时运行温度）；
遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，频率过高/过低,输入分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、频率、功率等参数的越限报警功能。
*插接箱监控：
遥测：输出分路的电压、电流、有功功率、有功电度、插接箱插脚处实时运行温度；
遥信：输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
4.1.12 蓄电池监测
数据中心UPS储能用的蓄电池比较多，而且这也是容易出问题的环节，所以需对蓄电池电气参数和温度、内阻进行不间断监测和预警。
单体电池智能监控模块BABT是专门为单节电池设计的产品，符合ANSI/TIA-942标准要求。具有监测电池的电压、内阻与内部温度功能，安装、维护与接入方便。
数据中心能效管理平台采集电池监测模块数据，展示每块电池电压、内阻、内阻变化率和电池温度，预测电池带载时剩余时间，每个数据均可以设置异常报警，及时发现蓄电池异常。
4.1.13 电能质量治理
●补偿方式灵活：既可补谐波，又可兼补无功，可对 2-51 次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；
●可治理三相不平衡；
●具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也 可以本控；
●标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。
功能特点：
●补偿方式灵活：补偿负载无功，滤除 5、7、9、11、13 次以内的谐波；
●可治理三相不平衡；
●具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也 可以本控；
●采用进口 IGBT，功率密度大，可靠性高；
●采用 DSP 高速检测和运算的数字控制系统；
●监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过 PC 机实时监控；
●标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。
4.1.14 电气火灾监控
电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至数据中心能效管理系统。
4.1.15 消防设备电源监测
数据中心消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。
消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以机房分区设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。
消防设备监控子系统设备选型
4.2 环境监测
环境监测包括机房温湿度、烟雾、积水浸水、电池间可燃气体浓度、门禁、视频、消防数据的采集、展示和预警。
4.2.1 温湿度监测
4.2.2 水浸监测
水浸属于开关报警监测量，可以用开关量检测获得。具体方法是：通过漏水感应线紧贴在空调下面的地板下，传感器检测报警信号接开关量采集装置，然后在监控软件商配置相应的名称和告警阈值，即简单方便地完成了防盗红外、漏水和烟雾检测监控。
4.2.3烟雾报警烟感属于开关报警监测量，可以用ARTU开关量检测模块采集，将烟雾传感器安装在天花板顶上，避免空调直接对准方位，通过烟雾传感器可以感知机房产生的烟雾并提前预警。
4.2.4气体报警
存放储能电池的设备间可能会产生一定的可燃气体，比如氢气，这是一种易爆的气体，达到一定的浓度，启动排风设备及时清除。
可在网关设置自动启动风机逻辑，当网关检测到氢气浓度超过设定值，在发出预警信号的同时可以自动启动排风风机，确保氢气浓度在安全程度内。
4.2.5门禁及红外监测
4.2.6空气质量监测
监测数据机房内空气质量和粉尘含量。
4.3 设备管理
4.3.1 智能照明控制
智能照明控制系统中所有的设备都是通过总线线缆（2×2×0.8四芯屏蔽线）相互连接在一起。
需安装在控制现场的模块主要有传感器和智能面板。其中传感器作为自动控制感应模块，嵌入式安装在机房走廊顶部，有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可嵌墙安装在机房入口处，这样可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。
设备选型
KNX/EIB系统的电流。另外本系列的电源提供一个30V的辅助直流电压，为其他的外设(如触摸屏幕、IP网关等)提供电源。该模块可以为64个设备供电，带总线复位、过流指示和短路保护。
开关驱动器
功能说明：
●0-10V调光驱动器
功能说明：
0-10V调光模块，支持KNX总线协议，用于控制调光回路，具有软开/关功能， 每一回路能同时被8个场景调用，能检测回路状态，还具有开关、场景、状态反馈等功能。
功能说明：
●人体感应和光照度传感器
功能说明：
智能照明传感器，支持KNX总线协议，可感受外界信号、物理条件（如光、红外），并将感应的信息传递给其它KNX模块（如调光器、开关驱动器），实现其功能。主要用于智能照明控制系统中公共走道、门厅、车库等需要自动控制场所。
●智能面板
功能描述：
智能面板，支持KNX总线协议，用于接受按键触动信号，可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能。
●干接点输入模块
功能说明：
干接点信号输入模块，支持KNX总线协议，用于接受外部干接点信号输入，可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、数值发送、计数、调温、报警等功能。
4.3.2 消防应急照明和疏散指示系统
数据中心根据消防要求还需要设置消防应急照明和疏散指示系统，用于火灾状态下人员的疏散指示，一旦发生火灾，通过消防应急照明和疏散指示灯具指引快速疏散。
消防应急照明和疏散指示系统由主机、集中电源、指示灯具和照明灯具组成，可以根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。
4.3.3 高精度空调
系统可监测高精度空调的回风温湿度，出回水温度，并可以设定高精度空调的温湿度，达到更好的控制效果。
05 系统功能
5.1 概况
主页概况：显示数据中心PUE值，总能耗、IT设备能耗、空调能耗和动力能耗。
5.2 变压器分析
显示变压器负荷率、绕组温度、三相不平衡度、功率因数等等，通过曲线显示有功、无功功率曲线，超出设定负荷率或温度值会发出告警信号
5.3 能源分布
通过平面图显示数据中心能源分布，平面图显示数据中心设备分布情况，并显示设备能耗数据，通过点击平面图上设备可以进入具体设备监控界面。
5.4配电系统监测
5.4.1 配电主接线图
可选择查看数据中心的中低压配电系统主接线图，并在一次图显示配电系统当前遥测、遥信数据和状态。
5.4.2 电气历史数据查询
通过图形方式直观显示数据中心所有回路电流、电压、功率等电气参数的历史曲线。
5.4.3 电气运行报表
5.4.4 电能报表
显示电能消耗日/月/年报表，并可对具体回路选择曲线图、饼图进行对比分析。
5.4.5 同环比分析
可对数据中心用电数据进行同比、环比分析比较，查看用电趋势。
5.4.6 电能集抄和电费报表
可选择查询任意时段之间的电能消耗数据，可查看日/月/年电费报表。
5.4.7 电能质量
可以监测特定回路电流、电压2~31次谐波畸变率和总谐波畸变率，通过曲线方式显示。
5.5数据机房监测
5.5.1 高精度配电柜监测
监测高精度配电柜(列头柜)A/B路进线电气参数及所有馈出线电气参数、断路器状态等数据，并可查看历史数据。
5.5.2 小母线
监测数据中心小母线始端箱、插接箱电气参数、插接点温度以及开关状态，并可查看历史数据。
5.6 设备监测
5.6.1 UPS监测
监测UPS旁路电压、电流数据和UPS输出电压、电流、负载率等数据，并可以采集和显示蓄电池电压、电流、内阻、温度等数据。
5.6.2 空调监测
监测空调机组运行情况。
5.7 环境监测
监测数据中心温湿度、浸水、烟雾、门禁、空气质量、蓄电池室H2浓度等数据。
5.8 能效管理
5.8.1 能效看板
显示数据中心PUE值和各类设备能耗数据排名。
5.8.2 分项用能统计
显示数据中心IT设备、空调、动力和照明等各类设备用电报表。
5.9 事件报警
5.9.1 报警分级
报警事件分为四级：预警、一般、重要和紧急报警，避免漏掉重要报警信息。
5.9.2 报警类型
报警类型分为遥信报警、遥测越限报警、操作日志记录、平台运行日志和报警信息查询。
5.9.3 报警分析
通过列表显示各类报警事件数量，通过柱状图显示逐日报警数量，提供报警总数以及增长趋势。
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