计算机房的电气设计

摘要：文章结合工程实际分析了计算机房在电气设计时应注意的一些问题：包括供配电系统，防雷接地系统，消防报警系统，安防及监控系统等。
关键词: 谐波 冗余系统 信号地和安全地
前言
计算机技术的快速发展，促进了计算机房的工程建设，同时对机房的电气系统提出了更高的要求。
一 .工程概况
本工程为天津市某银行计算机房，为地上四层和地下二层，UPS电源室设置在地下二层，计算机房设置在地上五层由网络机房、存储小型机房、服务器机房、清算机房、外汇国库机房、值班室、监控室、维修间和钢瓶间组成。按照房间使用功能可划分为主机房（放置网络交换机、服务器群、存储器、数据输入/出、配线、通信区和网络监控终端的网络机房、存储小型机房、服务器机房、清算机房和外汇国库机房）；基本工作间（包括值班室和走廊）；第一类辅助房间（包括维修室）；第二类辅助房间（包括低压配电室、钢瓶间）组成。UPS电源室出于安全性的考虑设置在地下一层。
二 .供配电系统：
2.1电源电源及负荷等级
计算机房是银行电子信息资源共享和交换的主节点，由于银行系统的重要性和特殊性，根据《民用电气设计规范》（JGJ16-2008）第3.2.1条第一款之规定，本工程的计算机房电源负荷等级定为一级负荷中特别重要的负荷，故本工程外部电源由室外两个区域变电站（电压在35KV及35KV以上）两路独立的10KV电压，以电缆直埋的形式，引至本工程地下一层的10KV变电站1#和2#变压器。根据《民用电气设计规范》（JGJ16-2008）第3.2.9条：对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源的规定。为保证供配电系统的可靠性，本工程安装应急电源：1）在地下一层设置一台630KVA的柴油发电车作为第三电源，当市电出现停电、缺相、电压超出范围（380V：-15%~+10%）或频率超出范围（50HZ：-5%~+5%）时，延时0~10S机组自动启动，可以作为五层计算机房空调，消防设备的应急电源；2)对于允许中断供电时间为毫秒级的服务器负荷，采用蓄电池频率跟踪的晶闸管逆变器即UPS作为五层计算机房计算机设备的应急备用电源；3）设置EPS作为计算机房应急照明的备用电源。变电站低压配电盘应设置其中五层配电间内配电柜设置浪涌保护装置和远程电量监控设备，以实现防雷击保护，并对总输入电压、电流、频率进行远程监控等功能。
2.2谐波的治理
由于本工程中大量采用了带电子镇流器的荧光灯、变频水泵和不间断电源UPS ,使非线性负荷大量增加，形成了大量的谐波,造成了许多影响和危害：例如过大的谐波电流会使变压器和旋转电机产生附加损耗，引起过热，使绝缘老化，导致绝缘损坏；使并联电容器的容抗随谐波次数增大而减少，是导致电容器发热并导致绝缘击穿；使电子计算机受到干扰，导致误动作，因此有必要在工程中采取如下抑制措施：

选用D,yn11变压器，并适当降低变压器的负载率，为3N次谐波电流提供环流通路。
低压配电回路中，其中性线截面应按照谐波电流的影响进行选择。
在变电站低压配电盘处安装有源滤波装置
对于产生大量谐波的不间断电源UPS采用专用回路供电

2.3配电系统
本工程由室外两个区域变电站（电压在35KV及35KV以上）引来两路独立的10KV电压，以电缆直埋的形式，引至本工程地下一层的10KV变电站1#和2#变压器。10KV高压配电系统采用单母线分段；1#和2#变压器之间的低压母线设置联络开关，低压母线为分段运行，联络开关设自投自复，自投不自复，手动转换开关，主进开关与联络开关设电气和机械联锁；对重要设备设置应急母线段，电源引自柴油发电车；应急照明电源采用EPS集中电源，具体系统详见下图：

三 .UPS电源系统：
设置在地下一层的UPS电源室主要是保证五层计算机房的供配电系统的可靠性，容量按照350~400W/m²考虑，同时根据《民用电气设计规范》（JGJ16-2008）第6.3.3条第二款的规定：对电子计算机供电时，UPS装置的额定输出功率应大于计算机各设备额定功率总和的1.2倍。本工程五层主机房面积大约600平米，根据计算拟在地下一层UPS电源室安装2台300KVA的UPS，由地下一层10KV变电站内1#和2#变压器引至UPS电源室内的UPS电源输入柜，再由UPS的并联输出柜采用封闭母线沿电气竖井引至地上五层主机房配电间UPS输出配电柜，由此引至主机房的用电设备。地下一层的UPS构成并联冗余系统，UPS系统给一级负荷中特别重要的负荷（五层计算机房）供电，采用通过两台变压器为两台UPS供电。两台UPS并联运行，平时各带一半负荷运行，当一台UPS故障，则由另一台UPS带全部负荷运行，供电时间为30min。由两台并联的UPS与公共静态旁路开关组成的冗余系统，两台UPS并列运行，当UPS出现故障时，负载可切换到静态旁路运行。UPS主机采用双变换、在线式，输入端采用12脉冲整流器，输入反馈总谐波量不大于6%，主机切换到旁路时间为0ms。UPS电源系统见附图：

四 .机房照明：
计算机房灯具应选择亮度高、无眩光、照度均匀、噪声低、深抛物面型荧光灯，因为普通标准型荧光灯灯具光输出效率为65%，而深抛物面型荧光灯光输出效率可达到84%。光源应选择三基色T8,T5直管荧光灯。单管的光通量不低于3000Lm，显色指数不低于80.；此外为防止眩光污染对人的心里和生理的影响，而将眩光限制等级要求为一级。镇流器选用电子镇流器，以确保无频闪，发光稳定。主机房照明的照度标准，参照《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）中的规定重要阅览室和高级办公室的要求，平均照度按照500Lx取值，基本工作间、第一类辅助房间平均照度按照300Lx取值。
五 .防雷系统：
鉴于银行计算机系统的重要性，计算机房安全问题尤为重要，要求建筑物、建筑物内人和设备在该系统中在其电磁环境中能正常工作，且不对环境中任何事物产生电磁干扰。如果在建筑物屋顶处设置避雷针的话，避雷针有引雷问题，如果建筑物屏蔽不好，建筑物内空间电磁场能量没有得到衰减，有可能损坏电子设备，而且避雷针的保护范围是有限的，雷电还有三条通路侵入建筑物，一是电源系统，建筑物内要用电，电源线从外部深入到各楼各层各房间，二是通道系统（电话线、数据线、图像传送线、电传传送线）从外界深入到建筑物内，三是交直流电源的工作地线，保护地线，防雷地线等接地系统，雷击时在接地系统上产生高电位反击。所以本工程雷电防护包括两部分，第一部分即外部防雷—指建筑物防雷，主要防直击雷，通过屋顶明装避雷带、线；第二部分内部防雷—指建筑物内的电子设备和人，主要防雷电感应（即感应雷），雷击电磁脉冲防护，采取措施是划分防雷区域，分区防护，加装电涌保护器,即SPD，做好等电位连接防止地电位反击。综合利用防雷技术进行多级保护。

六 .接地系统：
计算机接地按照种类可分为信号地和安全地。信号地即计算机本身的逻辑参考地，是计算机正常运行所需要的接地，属于功能性接地，可以在五层配电间设置机房的局部等电位，在计算机房的活动地板下安装50X0.5mm的紫铜排网，沿机房四边墙线距地板0.2米处敷设40行mm铜带，并将活动地板金属支撑管脚做多点重复接地，由计算机房内的专用接地端子引出25mm2的铜芯绝缘线穿PC硬质阻燃塑料管至五层配电间的局部等电位的接地母排。由电子设备引出0.5X100mm的薄铜排引至铜排网，以距离最短的方式连接，将计算机房内各信号地接至机房活动地板下与大地绝缘的铜排网上的同一点，使电子设备在工作时有一个统一的公共参考电位（基准电位），避免因浮动而引起信号量的误差，保证电子设备稳定的工作；安全地是为保证人身和设备的安全，防止电子设备在发生接地故障是其外露导电部分上出现超过限值的危险的接触电压，电子设备外露导电部分所接的保护线称为安全接地，也是电子设备的保护性接地，安全地可以通过将电子设备外露可导电部分与PE线相连或接至等电位的方式解决。本工程接地形式采用联合接地的形式，要求接地电阻不大于1欧姆
七 .消防报警系统：
在五层计算机房和地下一层UPS电源室设置火灾自动报警系统，该系统由火灾报警探测器、报警控制器、手动报警按钮、应急广播，声光报警器和气体灭火系统组成。气体灭火系统的自动灭火介质禁止水喷淋而应采用纯净气体七氟丙烷灭火，在吊顶内、地板下、基本工作房间内（吊顶面与地板面之间）设置智能型带地址码的感温和感烟探测器，全方位控制。
在气体灭火防火区对外的出口处设置紧急启停按钮，门口上方设置放气指示灯。当感烟探测器报警后，保护区域内的警铃和疏散指示灯动作；当感温和感烟探测器均报警后，设在保护区域（主机房和UPS电源室）内，外的警笛报警和放气指示灯闪亮，放气指示灯在延时30秒（可调）后，（延时期内停止空调系统工作），消防控制盘将启动气瓶间内的七氟丙烷气瓶组上释放阀的电磁启动器和对应保护区域的区域选择阀，使气体沿管道和喷头输送到保护区域内灭火，同时将报警信号反馈至消防控制室。
八 .安全技术防范系统（保安监视）
计算机房的安全防范系统由闭路电视监控系统、防盗报警系统和出入口控制系统共同组成；并通过内部联网构成安全防范系统，参见附图。

8.1闭路电视监控系统
在五层计算机房公共走道和连廊处安装8个球形彩色摄像机，通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头，云台）直接观看被监视场所的一切情况，同时与防盗报警等相关系统联动，当异常报警时，系统会联动摄像机开启，将该警点内所监视区域的画面切换到楼内监控室的主监视器或屏幕墙上。摄像机应选用适应室内环境的监视用彩色电视摄像机（具有红外功能），摄像机为全半导体集成电路型，并装设高密度CCD电荷耦合器件的光电转换装置，以确保其灵敏度和图像质量，并配以自动光圈镜头。摄像机应具有电源同步或外同步功能，以确保图像切换时不发生图像滚动，获得良好的同步切换效果。当摄像机所处的区域内有异常情况报警信号（如门禁、防盗报警系统的红外微波双鉴探测器报警）发生时，选择器应自动使监视器优先显示该区域摄像机所摄画面而不受显示顺序的限制，直至报警信号解除止。
8.2 防盗报警系统
五层计算机房防盗报警系统主要由报警探测器(包括双鉴式报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动探测器报警等)、传输系统和报警控制器三部分组成。报警探测器具有智能防区功能，并具有微波、红外、智能电路分析功能。报警探测器根据不同的设防区域，单独设防或撤防，互不干扰；采用总线型控制网络结构，单个探测器出现故障时不影响其它设备和整个系统的正常运行；当探测到非法侵入后进行声光报警，将入侵探测器信号变成能在信道内传输的电信号。信道（即传输信号的媒介）将由探测器发出的携有报警信息的电信号及时准确地传至监控室的报警控制器。
8.3 出入口控制系统
在五层特别重要的出入口或关键机房处设置该系统。通过个人识别技术和智能卡(IC卡)来管理以上重要场所的出入，确保系统和人身安全。同时要求与消防系统进行联动。出入口控制系统由非接触式IC卡读卡器、控制器、电磁锁扣、电控锁、感应式IC卡、电脑及管理软件等组成。兼容多种射频感应读卡技术，联网控制，采用TCP/IP网络结构，提供外部接口，可与其它相关系统联动。各通道门锁的启/闭与火灾报警系统联动，火警发生时，打开相关区域的通道门锁等；与防盗报警系统联动，接到防盗报警信号后，封锁相关区域的通道门等。
8.4 电子巡更系统
保安巡查人员在夜间或公休日按预先设定的巡查路线图对五层进行巡查。可采用离线式巡查系统。系统可记录巡查人员的巡查状况。
九 .机房监控系统
9. 1泄漏检测定位系统
五层主机房设计施工时对预防泄漏虽然已经考很多，但这并不能保护泄漏不会发生。无人值守机房内使用设备众多，种类繁杂，各种供水管道（包括空调系统，消防系统，生活水系统）都是漏水事故的潜在隐患，所以设置漏水检测系统很必要。泄漏检测定位系统由一条检测液体泄漏的感应线缆和一个控制器构成。当泄漏发生时，感应线缆将信号通过控制器输送到监控室内的监控主机，经微处理器处理后，显示泄漏位置同时报警。维护人员可以通过主机画面显示的位置，方便地找到机房内的漏水点。
9.2温湿度检测系统
目前机房内的各种大型仪器及精密设备对环境温湿度的要求越来越高，根据需要安装温湿度检测系统。该系统由温湿度传感器、数字变送器（带LCD显示）、通讯总线（中继器）和监控主机四部分组成。可以根据机房实际面积在机房的各个重要位置，安装温湿度传感器，传感器将信号传送给监控主机，记录温湿度曲线供管理人员查询。一旦温湿度超出范围，即刻启动报警，提醒管理人员及时调整空调的工作设置值或调整机房内的设备分布情况，可能让机房整体的温湿度趋向合理，确保机房设备的安全稳定运行。
十 .其它
主机房内应分别设置维修和测试用电插座。测试用电源插座应由计算机主机电源系统供电，维修用电源插座可取自楼内照明配电箱。

参考文献：
1.中国航空工业规划设计研究院组编。《工业与民用配电设计手册》第二版北京：中国电力出版社，1999: 736~740
2.建设部科技委智能建筑技术开发推广中心中国建筑业协会智能建筑专业委员会组编。《机房工程》北京：中国电力出版社，2007: 1，32