摘 要：隨著(zhù)云服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、大數據等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，現代數據中心正朝著(zhù)大型化、高密度、綠色環(huán)保、模塊化方向發(fā)展；隨著(zhù)IT技術(shù)的發(fā)展，出租機房等商業(yè)模式的興起，機房建設之初機柜密度不確定性大為增加，對機房?jì)饶┒斯┡潆娤到y在經(jīng)濟性、持續性、靈活性、可靠性上提出了新的挑戰。列頭柜加電纜的傳統末端配電方式因其局限性而難以適應當今技術(shù)的發(fā)展。使用1000A以下的靈活小母線(xiàn)來(lái)替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數據中心內機房供配電發(fā)展的一種新方式。靈活小母線(xiàn)可在機桓密度不確定的隋況下進(jìn)行分階段的快速部署，必將成為現今數據中心內供配電的一種發(fā)展趨勢，為客戶(hù)的關(guān)鍵負載提供可靠的保障。新模式帶來(lái)新價(jià)值，新的配電方式將使數據中心降低總體投資，提高設備的用電可靠性，使數據中心加綠色環(huán)保。

關(guān)鍵詞：末端配電；靈活母線(xiàn)；智能母線(xiàn)監控系統；列頭柜

1引言
    隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，云計算、電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融、網(wǎng)絡(luò )游戲、云存儲等網(wǎng)絡(luò )服務(wù)相繼出現，使得當今社會(huì )變成云時(shí)代、大數據的信息化新時(shí)代，數據中心成為信息化的重要載體，承擔著(zhù)對電子信息的傳輸、運算、存儲等功能。為了適應當今網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的快速發(fā)展，以及第三方托管型數據中心的興起，除了建設充足、穩定、經(jīng)濟、可靠的數據中心外，還應追求它的高效、綠色、靈活、低能耗。“高效”體現在應以較小的投資換取收益，比如采用高壓直流供電來(lái)代替傳統的交流供電：再比如數據中心的管理人員會(huì )根據服務(wù)器的使用情況，重新劃定高密區及低密區，以便達到好的制冷效果。“綠色”則體現在數據中心應盡可能多地采用一些可二次回收再利用的產(chǎn)品。“靈活”體現在數據中心內的產(chǎn)品應該盡可能地做到熱插拔、標準化、模塊化、集成化、即插即用，將工程化的工作變成產(chǎn)品化的服務(wù)，即可快速地安裝部署，又可減少人為施工帶來(lái)的失誤，還可在換服務(wù)器的時(shí)候快速做出響應。
 
2數據中心末端配電的界定
    如圖1所示，機房?jì)饶┒伺潆姷姆秶鷳搹腢PS的配電柜引出至機柜內的PDU止，這一段上的電流在800A以下，主要供電對象為IT設備，*數據中心一般采用A、B雙路系統進(jìn)行供電。
 
圖1 監測模塊
3 數據中心采用傳統配電方式分析
3.1機房傳統配電方式
    機房配電系統一般采用雙路市電接入，經(jīng)低壓配電柜分別接入兩組UPS設備，UPS配電柜再分配到各個(gè)列頭柜，經(jīng)列頭柜后接入備機柜PDU，再接入IT設備(見(jiàn)圖2)。
 
圖2 采用列頭柜的機房配電模式
 
    機房傳統配電方式采用電纜從UPS出線(xiàn)柜至機房?jì)鹊拿總€(gè)列頭柜的方式；經(jīng)列頭柜配電后，再采用電纜接至各機柜PDU的方式。列頭桓是一列機柜設備頂端的一個(gè)機柜，主要功能是對這一列機柜的交流或者直流負載提供電源，起到配電、監控、測量、保護、告警等作用。配電列頭柜的內部主要由5根母排(L1、L2、L3、N、PE)以及斷路器組成，從端的UPS配電柜引出的電纜首先會(huì )通過(guò)機柜內的塑殼斷路器(MCB)，之后從塑殼斷路器上引出3根相線(xiàn)接入3根母排。母排壓接導線(xiàn)后接入每個(gè)斷路器，再與N排及PE排引出的導線(xiàn)匯成1根電纜為機柜供電。
3.2機房傳統配電監控模式
    配電列頭柜的監控方式是通過(guò)CT、PT及各種輔助觸點(diǎn)測量出每一路的電壓、電流，之后通過(guò)計算機主板內自帶的公式算法演算出各種電參量：再通過(guò)RS485等通信線(xiàn)與機桓上的人機交互界面進(jìn)行傳輸，之后人機顯示器再通過(guò)RS485等通訊線(xiàn)將各列頭柜的監控信息統一收集后上傳至網(wǎng)關(guān)：用戶(hù)從主控室或移動(dòng)式電子設備上讀取數據
3.3機房傳統配電方式的點(diǎn)
采用列頭柜加電纜的傳統配電方式有以下點(diǎn)：
    1)技術(shù)成熟，適用于事先已確定容量的機柜配電；
    2)采用放射式結構，可減小故障的影響范圍；
    3)集中監控，便于運維人員在現場(chǎng)獲取數據：
    4)當“零地”電壓不滿(mǎn)足IT設備使用要求時(shí)，可在配電列頭柜中安裝隔離變壓器，降低“零地”電壓。
3.4機房傳統配電方式的缺點(diǎn)
    列頭柜加電纜的配電方式雖然還在沿用，但已不符合當今數據中心對靈活性和可靠性的要求，其缺點(diǎn)如下：
    1)列頭柜占用的面積約占機房地板面積的7％，即機桓數量減少7％；
    2)由于線(xiàn)纜較多，電能損耗較大：
    3)電纜占據地板下大量空間，對地板下的氣流形成干擾，導致空調的效率降低：
    4)故障率高，由于電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良，造成電阻增大，產(chǎn)生過(guò)熱或打火而引發(fā)建筑火災事故：
    5)配電設計受到限制，需要在確定功率密度后確定配電柜的數量和位置；
    6)由于線(xiàn)路復雜、IT設備又不能斷電，因而造成線(xiàn)路和設備維護檢修困難：
    7)由于列頭柜的容量和出線(xiàn)路數已固定，無(wú)法滿(mǎn)足新增機柜和容量。  
 
4數據中心采用小母線(xiàn)配電方式的分析
4．1機房小母線(xiàn)配電方式
    采用小母線(xiàn)配電方式是為了減少傳統配電方式的缺點(diǎn)，利用小母線(xiàn)及配電接插箱來(lái)完成對每一個(gè)機柜的精準配電，其基本結構如圖3所示。
    1)電力端口箱(Power Feed)：負責UPS配電桓與小母線(xiàn)的連接，電纜在電力端口箱中通過(guò)塑殼斷路器后分別接入對應的母線(xiàn)端子排上。
    2)母線(xiàn)槽主體(Housing Section)：是傳導電力的主體，內部基本結構為4根銅排(L1、L2、L3、N)或5根銅排(L1、L2、L3、N、PE)。
    3)配電接插箱(Plug—in Units)：是插于母線(xiàn)槽主體上的小型配電箱，一般由監控設備、輸出端口、保護設備等組成，主要用于為每一個(gè)用電設備提供精準的電力，有的接插箱還配有相位選擇旋鈕，以保證三相負載平衡。
    4)連接的輔件：拐彎件(Elbow)、連接件(HousingCoupler)、T型件(Te)、末湍蓋(End Cap)等，用來(lái)完成母線(xiàn)槽主體連接。
    5)配電的方式為：從端UPS配電柜引出電纜連接至母線(xiàn)槽端的電力端口箱，通過(guò)母線(xiàn)槽主體進(jìn)行電力傳輸，再根據每一個(gè)機柜的功率密度選擇相應規格的接插箱，與機柜內的PDU連接后即完成了對一個(gè)機柜的配電工作，圖4為靈活母線(xiàn)現場(chǎng)效果圖。
 
圖3 靈活母線(xiàn)的配電方案
 
圖4 靈活母線(xiàn)現場(chǎng)效果圖
4.2靈活母線(xiàn)配電監控模式
    靈活母線(xiàn)配電方式的中心理念是采用即插即用的模塊化產(chǎn)品來(lái)替代列頭柜及大量電纜，達到簡(jiǎn)化安裝步驟，靈活部署等目的。故為靈活母線(xiàn)所做的監控也應符合這個(gè)理念，即采用無(wú)線(xiàn)通信、模塊化的監控方案(見(jiàn)圖5)。靈活母線(xiàn)電力分配監控系統應具備多重的通訊協(xié)議及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，且可以無(wú)縫集成到建筑管理系統或數據中心基礎設施管理系統中，通過(guò)提供化管理所必須的關(guān)鍵信息，為數據中心電力分配系統的管理奠定基礎。電力信號采集與監控功能通過(guò)每個(gè)接插箱體上的RS485接口或無(wú)線(xiàn)監控模塊來(lái)采集數據，再通過(guò)SNMP協(xié)議或MODBUS協(xié)議傳輸至上行端環(huán)控系統，從而簡(jiǎn)化了監控的過(guò)程。在監控電力信息的同時(shí)，通過(guò)傳感器可監測到每個(gè)機柜內的溫度及濕度，且與電力監控信息集成，通過(guò)統一網(wǎng)關(guān)收集所采集到的電力和環(huán)境數據，實(shí)現對電力、環(huán)境數據的統一管理。
    每一個(gè)監控模塊不僅是一個(gè)信號的發(fā)送端，應是一個(gè)信號的傳送者。因為現在的機房總面積越來(lái)越大，且會(huì )有很多的遮擋，如果所有的無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)來(lái)的信號只能靠一個(gè)網(wǎng)關(guān)來(lái)接受，勢必會(huì )影響信號傳輸，所以每一個(gè)監控模塊都應能對相鄰的幾個(gè)模塊發(fā)出的信號進(jìn)行中轉，以保證距離網(wǎng)關(guān)遠處的那些模塊所發(fā)出的信號可以完整、同步地傳輸給網(wǎng)關(guān)。對于處在不同房間里的網(wǎng)關(guān)，監控網(wǎng)絡(luò )應能支持自動(dòng)負載均衡，使得每一個(gè)網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)關(guān)形成佳的帶寬利用率以及線(xiàn)性的可擴展性。系統可以自動(dòng)使用所有可用的網(wǎng)關(guān)，為多個(gè)網(wǎng)關(guān)的安裝提供冗余設備。
 
圖5 靈活母線(xiàn)配電監控模式
4．3靈活母線(xiàn)配電的點(diǎn)
    1)提高配電的可靠性
    即插即用的小母線(xiàn)替代了傳統的電纜，可避免電纜所帶來(lái)的諸如電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良等問(wèn)題，提高了機房里的可靠性和安全性。
    2)增強配電的靈活性
    配電方式的靈活性：在機柜容量事先無(wú)法準確確定的時(shí)候，可以采用這種母線(xiàn)，電容量可隨時(shí)調整。母線(xiàn)槽和接插箱可根據實(shí)際情況分期部署，即針對現在數據中心里出現的白空間及測試機房，小母線(xiàn)槽可做到供配電分離，在機柜的容量和位置不確定的時(shí)候先期部署母線(xiàn)槽主體，之后等機柜一旦確定容量和位置，即可選擇接插箱進(jìn)行配電。
小母線(xiàn)可帶電熱插拔：在數據中心正常運行情況下，小母線(xiàn)可在帶電的隋況下隨時(shí)加載或卸載，即可隨時(shí)增加或減少機桓數量或容量而不影響其他設備的運行。機柜容量可從16A到63A，單相、三相任意選擇，有的放矢地為用電設備提供準確的電力供給。
    安裝方式的靈活性：支持多種安裝方式，可在機柜頂部安裝，地板下安裝，嵌入天花板安裝等。母線(xiàn)槽式樣和接插箱單元可以按照客戶(hù)的需求定制，例如，采用2N系統、單獨接地或者接地，選擇不同的插座或懸垂電纜。
    隨業(yè)務(wù)發(fā)展的可擴展性：整體架構既能支持初始電力需求，又可在使用過(guò)程中根據需求的變化快速擴展，達到一種“隨需而建”的效果。
3)采用小母線(xiàn)可降低機房配電的綜合成本
    降低運行維護成本：采用小母線(xiàn)方式規避了傳統方式所帶來(lái)的后期運維工作量大、運維周期不可控及人為干預帶來(lái)的安全性降低等問(wèn)題，同時(shí)小母線(xiàn)方式可任意插拔、拼接，可實(shí)現多次重復使用，提高資金效率3倍以上。母線(xiàn)槽方式可隨時(shí)根據客戶(hù)需要調整配置，在25年中可隨時(shí)遷移、復用，減少重復投資。
增加數據中心營(yíng)運收入：采用小母線(xiàn)可省掉列頭柜，為機房騰出多的空間放置機柜，平均可增加7％的機柜數量，對于機柜出租業(yè)主來(lái)說(shuō)會(huì )是一筆不小的收入。
4．4靈活母線(xiàn)配電的缺點(diǎn)
    1)母線(xiàn)配電方式是將列頭柜集中配電方式改變?yōu)殡S機柜 的分散配電方式，對機柜中各種電參數(電流、電壓、頻率等) 的檢測采用分散測量、控制室集中顯示的方式，因此不方便 在機房現場(chǎng)對各機柜的電參數進(jìn)行集中顯示，故對運維人員可能會(huì )造成不便。
    2)由于靈活母線(xiàn)槽外殼大量采用鋁合金型材，故對機柜功率密度低的機房來(lái)說(shuō)，在成本上會(huì )有所增加。
    3)如果采用在兩列機柜間布置母線(xiàn)槽，從接插箱上引出的工業(yè)連接器可能會(huì )影響機房美觀(guān)。
 
5配電方式對比
    列頭柜+電纜與靈活母線(xiàn)配電方式的對比如表l所示。
 

表1 兩種配電方式的對比
6安科瑞ANDPF列頭柜介紹
6.1產(chǎn)品介紹
    隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，高效可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。
AMC系列數據中心精密配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供的電參量信息，并可通過(guò)通訊將數據上傳到動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現對整個(gè)數據機房的實(shí)時(shí)監控和有效管理，為實(shí)現綠色IDC提供可靠保證。
 
6.2安科瑞精密配電產(chǎn)品解決方案
1）交流系統
功能要求
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相，過(guò)流，頻率過(guò)高/過(guò)低，輸入分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、頻率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖6，
 
圖6 交流系統配置方案
 
2）直流系統
功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
配置方案如圖7，
 
圖7 直流系統配置方案
 
6.3產(chǎn)品選型
 
 
表3 產(chǎn)品選型表
7安科瑞智能小母線(xiàn)監控系統介紹
7.1產(chǎn)品介紹
    針對數據中心智能小母線(xiàn)的監控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線(xiàn)監控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監控系統,能對母線(xiàn)運行過(guò)程中的各種參數進(jìn)行監控，發(fā)生故障則進(jìn)行告警，以保證系統穩定運行。
    AMB檢測單元是針對數據中心智能小母線(xiàn)插接箱/始端箱的監控要求新設計的產(chǎn)品，該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內部，插接箱/始端箱采用*的方式與母線(xiàn)連通，它集成全部電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率因數)以及全面的電能監測和考核管理。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監控母線(xiàn)接口溫度，配合2路Rs45通訊接口（1進(jìn)1出）或LORA無(wú)線(xiàn)通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監測數據上傳至主控箱和后臺系統，保證系統安全可靠運行。
7.2產(chǎn)品選型
安科瑞智能母線(xiàn)測控儀表選型如表2，

表4 產(chǎn)品選型規格
注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統、D-直流系統可選配AMB10顯示器，顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數。
 
8結束語(yǔ)
    數據中心建設和運維注重可靠性、可維護性、靈活性、經(jīng)濟性、可擴展性和節能環(huán)保等要求，通過(guò)對“列頭柜+電纜”配電方式和“小母線(xiàn)”配電方式的綜合分析，以及上數據中心配電方式的發(fā)展趨勢，證明采用小母線(xiàn)配電方式有利于數據中心今后發(fā)展。
 
【參考文獻】
[1] 鐘晨.數據中心末端配電方式探討[J]
[2] 中國建筑標準設計研究院 .電子信息系統機房工程設計與安裝[M].北京：中國計劃出版社，2009.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊. 2019.11版