数据中心基础设施测试技术

本书详细讲解了数据中心基础设施产品级测试(供电系统、制冷系统、储能系统和备电系统)、数据中心整体测试、故障测试、维护测试等四个等级的测试技术。

本人自2007年毕业于北京邮电大学以来至今工作于中国信息通信研究院。高级工程师，中国信息通信研究院泰尔系统实验室能源部主任工程师。国际电信联盟ITU 第5研究组（ICT 环境、气候变化与循环经济）副主席，本人自2007年毕业于北京邮电大学以来至今工作于中国信息通信研究院。

，IEC SC22H（不间断电源委员会）专家，IEC SEG4 （低压直流技术推进组）专家。长期从事信息通信领域基础设施基础性、前瞻性研究和标准化研究工作，并牵头编写国际标准近10篇，国内标准20余篇。曾参与的项目获得中国通信学会科学进步一等奖以及中国通信标准化协会科学技术二等奖。曾发表EI检索、核心期刊等论文十余篇。

目录

第1章数据中心概述

1.1数据中心定义

1.1.1数据中心基础设施发展历程

1.1.2数据中心基础设施发展驱动力

1.1.3数据中心基础设施发展趋势

1.2数据中心基础设施构成

1.2.1供电系统

1.2.2制冷系统

1.2.3监控管理系统

1.2.4机柜系统

1.3数据中心基础设施测试的意义

1.3.1产品测试的重要性

1.3.2系统测试的重要性

1.3.3整体测试的重要性

1.3.4维护测试的重要性

第2章数据中心供电设备测试技术

2.1数据中心供电系统概述

2.2柴油发电机组测试

2.2.1设备原理

2.2.2主要参数

2.2.3测试用仪器仪表

2.2.4测试方法

2.3变配电设备测试

2.3.1变压器测试

2.3.210kV高压开关柜测试

2.3.30.4kV低压开关柜测试

2.4低压补偿装置测试

2.4.1投切电容器补偿装置测试

2.4.2静止无功发生器、有源滤波装置和综合补偿设备测试

2.5不间断电源设备测试

2.5.1交流不间断电源设备测试

2.5.2240V/336V直流不间断电源设备测试

2.6储能设备测试

2.6.1铅酸蓄电池测试

2.6.2锂离子电池测试

2.7机房配电设备测试

2.7.1机房内配电柜(箱)及配电列头柜测试

2.7.2机房内电源分配单元测试

第3章数据中心制冷设备测试技术

3.1数据中心空调原理

3.1.1控制方法

3.1.2空调机组

3.2主要参数

3.3测试用仪器仪表

3.4测试方法

3.4.1额定工况下的制冷特性测试

3.4.2整体特性测试

3.4.3安全性能测试

3.4.4监控性能测试

第4章数据中心监控系统设备测试技术

4.1传感器测试

4.1.1传感器原理

4.1.2传感器关键参数

4.1.3传感器测试方法

4.2仪表测试

4.2.1仪表原理

4.2.2电能表主要参数

4.2.3测试方法

4.3智能设备接口测试

4.3.1数据传输原理

4.3.2主要参数

4.3.3测试方法

第5章机柜测试技术

5.1网络机柜测试

5.1.1网络机柜原理

5.1.2主要参数

5.1.3测试用仪器仪表

5.1.4测试方法

5.2服务器机柜测试

5.2.1整机柜服务器机柜结构

5.2.2主要参数

5.2.3测试用仪器仪表

5.2.4测试方法

第6章数据中心供电系统测试技术

6.1变配电系统测试

6.1.1系统结构

6.1.2主要项目

6.1.3中压柜测试方法

6.1.4变压器测试方法

6.1.5低压柜测试方法

6.2柴油发电机系统测试

6.2.1系统结构

6.2.2主要项目

6.2.3测试方法

6.3交流不间断电源系统测试

6.3.1系统结构

6.3.2主要项目

6.3.3测试方法

6.4直流不间断电源系统测试

6.4.1系统结构

6.4.2主要项目

6.4.3测试方法

6.5机房配电系统测试

6.5.1系统结构

6.5.2主要项目

第7章数据中心制冷系统测试技术

7.1数据中心冷冻水型空调系统基本原理

7.2主要项目

7.3测试用仪器仪表

7.4测试方法

7.4.1综合性能参数测试

7.4.2群控功能验证测试

7.4.3机房环境测试

7.4.4末端空调测试

7.4.5冷水机组测试

7.4.6冷却塔测试

7.4.7蓄冷罐及蓄水设备、补水系统测试

7.4.8管道/阀门测试

7.4.9冷却泵、冷冻泵测试

7.4.10新风设备及排风设备测试

7.4.11设备验收表格

第8章数据中心监控和管理系统测试技术

8.1自身功能与性能测试

8.1.1系统冗余性测试

8.1.2全面性测试

8.1.3安全性测试

8.1.4响应时间测试

8.1.5维护功能测试

8.2监控系统功能测试

8.2.1抽样要求

8.2.2实时监测功能测试

8.2.3告警管理功能测试

8.2.4控制功能测试

8.2.5二次计算功能测试

8.3报表和数据管理测试

8.4管理系统功能测试

8.4.1子系统联动功能测试

8.4.2配电管理功能测试

8.4.3热管理测试

8.4.4空间管理测试

8.4.5运维分析测试

8.4.6资产管理测试

8.4.7维修精细化管理功能测试

8.4.8人员管理功能测试

8.4.9作业工单功能测试

8.4.10变更管理功能测试

8.4.11运营管理功能测试

8.4.12展现内容及方式测试

第9章数据中心整体联调测试及能效测试技术

9.1数据中心基础设施概述

9.2测试主要项目

9.3测试用仪器仪表

9.4测试方法

9.4.1整体联调测试

9.4.2能效PUE测试

第10章数据中心微模块测试技术

10.1数据中心微模块概述

10.2主要测试项目

10.3测试用仪器仪表

10.4测试方法

10.4.1整体要求测试

10.4.2通道组件测试

10.4.3监控系统测试

10.4.4供电系统测试

10.4.5制冷系统测试

第11章数据中心维护测试技术

11.1高低压变配电系统维护测试

11.1.1维护要点

11.1.2维护周期

11.1.3检测方法

11.2发电机系统维护测试

11.2.1维护要点

11.2.2维护项目及周期

11.3交流UPS系统维护测试

11.3.1维护要点

11.3.2维护项目及周期

11.4240V/336V系统维护测试

11.4.1维护要点

11.4.2维护项目及周期

11.4.3检测方法

11.5储能系统维护测试

11.5.1储能系统维护要点

11.5.2维护项目及周期

11.5.3电池在线维护检测方法

11.6防雷接地维护测试

11.7制冷系统维护测试

11.7.1基本要求

11.7.2冷冻水型制冷系统维护

11.7.3直接膨胀式空调维护

11.7.4新风自然冷系统维护

11.7.5普通空调系统维护

11.7.6新风机维护

11.7.7加湿机维护

11.7.8制冷系统故障分级与响应要求

11.8常用工具仪器

第12章仪表原理

12.1示波器

12.1.1示波器分类

12.1.2示波器采样方法

12.1.3示波器的控制

12.1.4示波器的触发

12.1.5示波器的探头

12.2功率计

12.2.1单相电路电参数计算法方法

12.2.2三相电路电参数计算法方法

12.3耐压仪

12.3.1升压部分

12.3.2控制部分

12.3.3显示电路

12.4绝缘电阻测试仪

12.4.1直流高压发生器

12.4.2测量回路

12.5接触电流测试仪

12.5.1电流对人体的效应

12.5.2人体的阻抗特性

12.5.3测试原理

参考文献

前言

随着信息通信技术的高速发展，社交网络、人工智能、电子商务和物联网等一系列新兴互联网业务均依赖于大规模、高流量、多功能的数据存储与计算。而数据中心作为大规模服务器集群的组织和互联空间，逐渐成为支撑现代IT产业的基础设施。因此如何保障信息高效、稳定、安全传递就是数据中心未来发展需要解决的问题。数据中心作为数据、网络、能源输入和输出的枢纽，其基础设施的安全性、可靠性、节能性是信息通信架构网络层和平台层成功运行的重要保障，因此研究数据中心基础设施相关测试技术，对数据中心基础设施进行性能改进和提高，以及推动整个产业链健康、绿色发展无疑在根本上有着举足轻重的意义。

本书从产品测试、系统测试、整体验收及能效测试、微模块测试和维护测试几个维度对数据中心基础设施的测试技术进行解析。包括其原理、测试所需仪表和辅助设备、测试方法、国内国际相关标准要求以及对应的测试方法等。

本书重点内容之一为设备级测试技术。在此部分分析数据中心基础设施各类设备的测试方法。在供电部分涉及的产品有变压器、高低压变配电设备、补偿设备、10kV油机、0.4kV油机、高压配电设备、交流不间断电源、直流不间断电源、列头配电柜、机柜配电单元、铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池等设备； 在制冷设备的测试中解析各类空调末端设备，如恒温恒湿空调、列间空调、背板空调等； 在监控设备的测试中涉及监控系统中的硬件设备，包括各类传感器和采集单元的重点参数与测试方法； 在机柜设备测试章节中重点介绍普通数据机柜和天蝎机柜的测试方法。具体内容参见本书第2~5章。希望该部分内容能够对产品研发人员以及测试人员提供有力的帮助。

本书重点内容之二为系统级测试技术。系统级测试主要包括供电系统测试、制冷系统测试和监控管理系统测试。数据中心基础设施除了上述系统外还包括土建、消防等。其中，供电系统测试包括发电机系统的验收测试、高低压变配电子系统测试、油机系统测试、不间断电源系统测试和机房配电系统测试； 制冷系统的测试包括冷却系统、制冷机组和冷却系统； 监控系统包括软件系统和硬件系统，从整体软件功能和与其相支撑的硬件两个层面进行测试。具体内容在第6~8章中有详细的分析。希望该部分内容能够对数据中心建设后的验收工作提供技术支撑。

本书重点内容之三为数据中心基础设施整体联调测试及能效测试技术，不是从专业技术角度分类，而是在供电、制冷、监控等各系统验收合格的基础上，正常运行数据中心的所有设备，并对数据中心整体进行测试。联调测试包括验证其可靠性、安全性、稳定性及环境条件等，以及各种工况条件下是否能够正常运行。能效测试主要专注于数据中心基础设施整体能效是否达到设计要求。此外，本书还重点介绍数据中心微模块整体测试方法，包括其能效指标、温度场均匀度以及各子系统的参数测试。

本书重点内容之四为维护测试技术，维护测试对象包括高低压变配电系统、交流不间断电源系统、直流不间断电源系统、油机系统、防雷接地系统、管理系统、铅酸蓄电池组等，主要解析设备在网运行时，维护技术人员如何进行简单的测试，以保证设备能长期稳定地工作。希望该部分内容能够为数据中心的维护人员提供平时维护工作的参考。

此外，本书还介绍了常用仪表的原理，如功率计、示波器、谐波分析仪、耐压仪、绝缘电阻测试仪和接地电阻测试仪等。希望对产品研发、测试、验收测试、数据中心维护人员的仪表使用和选型等有所帮助。

在本书的编写过程中，作者的分工如下： 第1章、第2章(除2.3节)、第3章、第6.2节、第9章、第10章、第12章由齐曙光牵头起草； 第5章和第6章(除6.2节)由顾鹏牵头起草； 第2.3节和第11章由李玉昇牵头起草； 第4章和第8章由李孝众牵头起草； 第7章由孙文波牵头起草； 余斌完成了部分审稿工作； 最终由齐曙光完成了全书的审稿和统稿工作。本书还有张瑜、黄娟英、王众彪、吴亚盼、李忠科、王炳林、禹鑫、韩镝、张成莒、贾骏、包乌日吐、王斯日古椤、马凝芳参与编写。

在整个书籍的编写过程中得到了中国信息通信研究院泰尔系统实验室领导的关怀与指导，同时也得到了百度公司各位领导专家、中国移动通信设计院有限公司和中国电信广东研究院的各位专家的热心帮助。此外，深圳市英维克科技股份有限公司陈川副总经理、康明斯(中国)投资有限公司赵德秀经理、双登集团股份有限公司徐东明经理和四川华丰有限公司胡盛经理提供了大量资料，在此一并致谢。

由于作者学识有限，书中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作者

2020年5月