HPC集群机房的供配电系统要求

4.1.3.1　总体要求

HPC集群机房对供配电系统的要求概括起来是：连续、稳定、平衡、分类。

（1）连续。

是指电网不间断供电。但瞬时断电的情况时有发生，断电是否会影响IT设备的正常运行，可参照ITIC-1100曲线。该曲线是IT设备电源及UPS设计遵循的标准之一。在机房供配电系统中，合适的UPS型号与组网方式可保证机房面对出现从毫秒级至分钟级的市电异常时不会有任何中断，对于长时间（如小时级、天级）的市电异常，则需要备用市电系统或者柴油发电机系统的保护。

（2）稳定。

所谓稳定主要指电网电压频率稳定，波形失真小。GB 50174-2008对于电网稳定性的要求如表4-1所示。

表4-1　GB 50174-2008对于电网稳定性的要求

要求供电电源的质量稳定是为了保证数据和设备的安全。表4-1中各项稳态指标的提出就意味着HPC集群机房必须配置UPS，因为市电电网无法长时间处于上述指标之内，只有UPS的输出才会如此稳定。

（3）平衡。

主要是指三相电源平衡，即相角平衡、电压平衡和电流平衡。要求负载在三相之间分配平衡，主要是为了保护供电设备（如UPS）和负载。

（4）分类。

所谓分类就是对IT设备及外围辅助设备按照重要性分开处理供配电。分类的实质源于各负荷可靠性要求的不一致。为不同可靠性要求的负荷配置不同的供配电系统，能够在保证安全的前提下有效地节约成本。

4.1.3.2　负荷分级及对电源要求

GB 50052-2009对工业企业电力负荷进行了等级划分，按照用电设备对供电可靠性的要求，将工业企业电力负荷分为如下三级：

（1）一级负荷。

符合下列情况之一时，应为一级负荷。

①中断供电造成人身伤亡时。

②中断供电在政治、经济上造成重大损失时。例如，重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

③中断供电影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作时。例如，影响重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷时，应视为特别重要的负荷。

（2）二级负荷。

①中断供电在政治、经济上造成较大损失时。例如，主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

②中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如，影响交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

（3）三级负荷。

不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

HPC集群机房的类型，仍应与工业企业负荷分级相一致。主要取决于其工作性质。

针对计算机系统的工作性质及对供电可靠性的要求，严格区分其负荷性质，是十分必要的。对于那些不允许停电的计算机系统，即使供电属于二、三级的用户，也需要建立不停电供电系统或相应提高供电等级。

在《计算站场地技术要求》（GB 2887-2011）中，依据计算机的工作性质和电力部负荷等级，采取了相应的供电技术，并将其供电技术分为下列三类：

①对于一级负荷采取一类供电，即需要建立不停电系统。

②对于二级负荷采取二类供电，即需要建立带备用电源的供电系统。

③对于三级负荷采取三类供电，即按一般用户供电考虑。

《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-2008）的3.2.8、3.2.9、3.2.10条要求如下：

①一级负荷应由两个电源供电。当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

②对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源。并严禁将其他负荷接入应急供电系统。

③二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。

在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。

GB 50174-2008将机房分为三类，即使是最为基础的C类机房，也需要采用UPS。这显然更符合当今机房（数据中心）建设的现状。就当今的建设实践而言，负荷分级主要会影响场地获取的市电电网电源配置和相应的高压变配电设施设置。

4.1.3.3　电能质量要求

《电能质量供电电压偏差》（GB/T 12325-2008）对各等级电压的误差做出的详细规定如表4-2所示。

表4-2　GB/T 12325-2008对于各等级电压的误差的要求

额定频率：50Hz（国外为50或60Hz）。

频率偏差：±0.2Hz（≥3000MW系统），±0.5Hz（＜3000MW系统）。

国外：±（0.1～0.2）Hz或±0.5Hz。(www.xing528.com)

质量标准：正弦波电压（三相电压不对称度不应超过额定电压的5%）。

HPC集群机房的供配电应满足《计算机场地通用规范》（GB/T 2887-2011）的规定，其供配电系统的电源频率为50Hz，单相电压为220V或三相电压为380V，需要提供的电源相数为三相五线或三相四线制，单相为单相三线制。计算机和网络主干设备对交流电源的质量要求十分严格，对交流电的电压和频率；对电源波形的正弦性；对三相电源的对称性；对供电的连续性、可靠性、稳定性和抗干扰性等各项指标都要求保持在允许偏差范围内。此外，GB 50174-2008中增加了两项重要指标：“零地电压＜2V”和“不间断电源系统输入端谐波电流（THDi）含量（%）＜15”。供配电系统容量应该视机房所配备设备情况而定，同时考虑系统扩展、升级的可能预留备用容量。

4.1.3.4　HPC集群机房动力供配电系统工程的规定

·机房内用电设备供电电源均为三相五线制，采用双回路供电。

·用电设备作接地保护，并入土建大楼配电系统。

·机房用电设备、配电线路装置过流过载两段保护，同时配电系统各级之间有选择性地配合，配电以放射式向用电设备供电。

·机房配电系统所用电线为阻燃聚氯乙烯绝缘导线。

·机房的设备供电和空调照明供电分为两个独立回路，其中设备供电由UPS提供并按设备总用电量的1.3倍进行预留，而空调照明用电由市电提供并按空调设备的要求供配。

·机房内照明装置应采用机房专用无眩光灯盘，照明亮度大于300 LUX，事故照明亮度应大于60 LUX。

·机房内的配电系统应考虑与应急照明系统的自动切换。

·机房电源进线正常时由市电供电，市电故障时由UPS供电，进线直接引入机房专用配电柜总输入开关。

·机房设计了一个市电配电箱，对机房的市电进行配电，配电箱为机房专用标准配电箱配备低压开关。柜内配有市电备用回路，安装防雷保护器。

·机房设计了一个UPS配电箱，对机房的UPS进行配电，配电箱为机房专用标准配电箱，箱内配有UPS电源备用回路。

·机房所有插座均采用普通电源插座和弹起式电源插座，普通电源插座安装在墙壁上，弹起式电源插座安装在防静电地板上，美观、大方。

·根据国家有关标准，考虑到机房安装的计算机及通信系统的工作性质和任务进行分级供电。机房供电按计算机及辅助设备，机房环境设备（空调系统设备）及照明灯具分别采用一、二、三类供电。

·A级电子信息系统机房的供电电源应按一级负荷中特别重要的负荷考虑，除应由两个电源（市电电源、UPS电源）供电外，还应配置柴油发电机作为备用电源。

·B级电子信息系统机房的供电电源按一级负荷考虑，当不能满足两个电源供电时，应配置备用柴油发电机系统。

·C级电子信息系统机房的供电电源应按二级负荷考虑。

·机房的户外供电线路不应采用架空方式铺设的目的是为了保证户外供电线路的安全，保证机房供电的可靠性。户外架空线路易受到自然因素（如台风、雷电、洪水等）和人为因素（如交通事故）的破坏，导致供电中断，故户外供电线路应采用埋地、排管埋地或电缆沟铺设的方式。当采用具有金属外护套的电缆时，在进出建筑物处应将电缆的金属外护套与接地装置连接。当户外供电线路采用埋地铺设有困难，只能采用架空铺设时，应采取措施，保证线路安全。

·由于电子信息系统机房供电可靠性要求较高，为防止其他负荷的干扰，当机房用电容量较大时，应设置专用配电变压器供电；机房用电容量较小时，可由专用低压馈电线路供电。

·低压配电不应采用TN-C系统，不采用TN-C系统的主要原因有两个，一是干扰问题，二是安全问题。

·供配电系统容量应该按照机房所配备设备情况确定，同时考虑系统扩展、升级的可能，预留备用容量。

关于动力供配电系统工程方面：

（1）电源部分。

①机房负荷计算：

·设备用电。

·空调、新风设备用电。

·照明及辅助用电。

·机房扩展备份用电。

②机房总用电量应保障计算机设备、空调、新风设备的用电。

③在机房配电间设置动力配电柜、照明配电箱。

·动力配电柜负责空调、照明、机房内设电源插座及机房扩展备份用电控制。

·照明配电箱负责机房内所有区域照明。

④配电柜结构：配电柜进线采用上进下出方式。

⑤配电线缆：采用阻燃型电缆或交联阻燃电缆。

（2）辅助供配电系统。

机房辅助供配电系统包括机房专用精密空调系统、机房新风系统及排风系统等。由于机房辅助动力设备直接关系到设备以及机房其他用电设备和工作人员的正常工作和人身安全，所以要求配电系统安全可靠，因此该配电系统按照一级负荷考虑进行设计。

（3）照明系统。

①照明方式：工作区域采用3×20W格栅灯具照明，照度在400lx。

②照明控制：灯具照明控制选用开关箱，翘板开关控制。

③应急照明灯：应急照明照度不小于30lx。