数据中心配电场所应对火灾的配置探讨.pdf
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1、C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.4.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)数据中心配电场所应对火灾的配置探讨王凤瑛中通服咨询设计研究院有限公司,江苏南京2 1 0 0 1 9摘 要:针对数据中心在应对不间断电源系统发生火灾时的能力设计进行了深入的探讨和详细的分析,就现阶段情况下,关于数据中心不间断电源系统设计存在的一些具体问题提出了相应的指导意见和具体的解决措施。关键词:数据中心;供配电系统;供电;电力室探讨中图分类号:T N 9 1 9.5文献
2、标识码:A文章编号:1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 4-0 0 3 5-0 31 引言数十年来,各行各业已建设和正在建设大量数据中心,且朝着超大型和小型两个规模方向发展,相对而言数据中心管理和维护能力滞后。供配电系统尤其是不间断电源系统(U P S 系统)属于数据中心运行的重要基础设施组成部分,是满足数据中心供电质量的核心,是整个供电系统的“最后一道屏障”。近年来国内外发生多起数据中心不间断电源系统火灾事件,从而引发停电故障和业务中断 1-3 。在数据中心管理和维护能力滞后的情况下,应尽可能在设计阶段考虑如何尽量缩小不间断电源系统发生火灾后的影响范围。2 数据中心对供配电系
3、统的要求数据中心供配电系统包括电源、变压器、后备柴油发电机系统及U P S 系统等。A 级数据中心要求供配电系统“容错”配置,可靠性和可用性等级最高。“容错”指的是:具有两套或两套以上的系统,在同一时刻,至少有一套系统在正常工作。要求容错配置的变配电设备应分别布置在不同的物理隔间内,相互备用的管线宜沿不同路径敷设。按容错系统配置的基础设施,在经受住一次严重的突发设备故障或人为操作失误后,仍能满足电子信息设备正常运行的基本需求团。B 级数据中心要求“冗余”配置,即重复配置系统的一些或全部部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此延长系统的平均故障间隔时间4 。3 不间断
4、电源系统发生火灾的原因探讨3.1 电池自燃或者爆炸目前大多数数据中心采用阀控铅酸蓄电池,占地面积多,对机房楼板活荷载要求高,多以双列四层架式或者多层柜式安装,电池外观多被遮挡,因此若发生鼓包、漏液等现象,肉眼难以察觉,且不能在电池监测系统中得到告警提示,若不能及时处理可能会导致自燃或者爆炸 5 。建成后的电池架之间多半空间狭窄,空气流通不充分,当火灾报警系统的烟感和温感探测到火灾信号时,燃烧现象已持续一段时间,若气体灭火系统的控制方式为手动或者响应不及时,则极有可能会引发明火火灾。再加上电池互相紧挨布放,当一只电池出现燃烧或者爆炸时,会迅速引发整组电池燃烧和邻组电池升温,继而引发更大范围的事故
5、。另外铅酸蓄电池的工作环境温度应保持在一定范围,其最佳工作温度为2 5,若环境条件长期不良会导致电池性能下降,循环寿命缩短。电池故障还包括电池生产时密封胶质量不达标、电池连接条选型过小等,以上隐患或者故障均可能导致在浮充状态或者在放、充电过程中发生燃烧引发火灾间。3.2 U P S 设备发生电气火灾U P S 设备电气火灾多发生在与外部设备连接时因电缆接头虚接引起的打火或者因后端负载短路引起U P S 内部起火或大功率元器件爆炸。电缆接头虚接发生情况有:U P S 主机与电池组之间的电缆接头虚接,在电池组大放电时因接触电阻过大,温度升高后接触面氧化严重,进而造成接触电阻继续变大,最终会引起电气
6、打火甚至拉弧,引燃附近可燃物造成起火四。收稿日期:2 0 2 2 年1 1 月2 5 日;修回日期:2 0 2 3 年6 月1 6 日3 5通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)U P S 主机与输入柜、输出柜之间的电缆接头未拧紧,3.3 电力电缆引发的火灾长期运行,导致温度过高而引发火灾。数据中心基本采用阻燃型电力电缆,引发火灾原因包括表1 三种U P S 系统布局方式的比较项目占用空间适用场景投资机房事故的影响范围方式一U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放较大B 级机房、C 级机房较大较大方式二方式三U P S 设备与蓄电池组独立布放 U P S 系统与I
7、T 设备在同一物理隔间布放大小A 级机房C 级机房大小大小设计时电缆选型偏小,或者长期运行载流量超过设计值等。电力电缆跨房间布放在火灾中可能引发火灾跨房间蔓延。4 火灾对不同U P S 系统布放的影响分析4.1 U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放以电信运营商为代表以及其他部分数据中心项目的U P S、配电柜和蓄电池组经常是布放在一个房间,机房场地比较紧张的数据中心也采取合并房间的设计,合并房间统称为电力电池室。以某次火灾举例,该数据中心设两个电力电池室,为四个数据中心机房供电,其中一个电力电池室内位于电池区域中心点附近的某只电池突发自燃,待消防系统动作并灭火后,放置在电池区域内的4
8、组电池中的1/4 只电池均有燃烧或者烘烤痕迹,4 组电池及其电池连接线均不能再使用。而气体灭火泡沫覆盖整个电力电池室,所有设备和机柜内铜排、电缆、走线架表面均被泡沫和燃烧灰烬二者混合物附着,房间地面、墙面留下大量污渍。因双冗余设计的2 套U P S 系统均位于该电力电池室,2 套U P S 系统的4 台主机均停止工作,该电力电池室带载的两个数据中心机房设备宕机、业务中断。4.2 U P S 设备与蓄电池组独立布放这种布放方式为U P S、配电柜布放在同一房间,蓄电池组布放在另一个房间,即电力室和电池室独立布置。若电池室发生火灾,则整个供电系统失去最后一道屏障,但在U P S 主机输入、输出正常
9、的情况下,可为抢修工作留下时间,若抢修及时、得当,不至于造成机房设备掉电宕机;若电力室发生火灾,在U P S 设备输出正常工作的情况下,也不会造成设备掉电。且这种布放方式相比U P S 设备与蓄电池组在同一物理隔间布放,若发生火灾,造成损失的范围较小。4.3 U P S 系统与I T 设备在同一物理隔间布放这种布放方式多见于微模块机房或者微小型机房。对于C 级机房来说,这种布放方式造成的影响在可控范围,但从经济损失角度,还是应尽量避免此类情况。在部分非C 级机房来说,若采用机柜+列间空调+U P S 为组成单元的微模块,当发生U P S 设备电气火灾时,可能会导致不仅设备掉电,而且服务器、存储
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