母線(xiàn)配電在數據中心的應用以及產(chǎn)品監控選型分析

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著(zhù)現代信息科技的發(fā)展，數據中心的機柜功率逐漸增加，而且現實(shí)環(huán)境對機房的調整和改造需求逐漸增多，傳統的配電模式已無(wú)法滿(mǎn)足如今發(fā)展的多樣化需求，小母線(xiàn)作為數據中心一種新型機房配電產(chǎn)品，可以有效地解決傳統配電模式中存在的各種問(wèn)題，大大提高了數據中心的可用性及供配電的穩定性。

關(guān)鍵詞：數據中心；小母線(xiàn)；配電模式；穩定性

0引言

隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展和社會(huì )信息化水平的提高，各個(gè)行業(yè)愈加依賴(lài)于信息系統，這對信息系統安全、穩定性的運行有較高的要求。與此同時(shí)，各行業(yè)對計算及相關(guān)資源的需求依然保持持續增加的趨勢，計算設備和資源數量仍需要保持快速的增長(cháng)速度，以滿(mǎn)足大數據、5G、人工智能和云計算等新興技術(shù)發(fā)展需要。因此，在數據中心的建設過(guò)程中，限于有限的資源，提高單機柜裝機的功率密度，使數據中心單位面積產(chǎn)生更大的價(jià)值是很有必要的。然而，單機柜功率的提高，勢必會(huì )造成供電、空調等系統的壓力，比如在傳統配電模式供電系統中，配電線(xiàn)路的載流量需要大幅度提高才能滿(mǎn)足高功率密度機柜的用電需求，這就使得配電支、干線(xiàn)的電力電纜線(xiàn)徑增加，特別是對于數據中心，由于2N架構的需要，更是使得兩倍載流量計算線(xiàn)徑的電纜方能滿(mǎn)足要求。再加上供電回路數量較多，這無(wú)疑加大了工程施工、運維檢查、事故檢修以及后期改造的難度。此外，較多的電纜堆積，會(huì )對機房氣流造成一定影響，不利于IT設備的散熱。因此，打破傳統配電模式，驅動(dòng)新型數據中心配電方式的變革勢在必行。

1數據中心傳統的IT設備配電模式

1.1傳統配電模式簡(jiǎn)介

在數據中心中傳統的配電模式中，IT機房采用列頭柜從總配受電，然后通過(guò)不同的開(kāi)關(guān)回路，用電纜經(jīng)地板下的電纜橋架分配給各個(gè)機柜，是典型的放射式供配電系統。列頭柜的配電模式特點(diǎn)是各負荷獨立受電，當單臺設備發(fā)生故障時(shí)，其影響范圍只局限于本身，而不會(huì )影響到其他回路，能夠滿(mǎn)足國家現行設計規范對重要用電負荷的相關(guān)技術(shù)要求。此外，在數據中心，還采用2N架構，即兩臺引自不同電源的列頭柜分別給同一列機柜供電，以達到一路電源故障時(shí)，另一路仍可支持所有設備正常運行的目的。

1.2傳統配電模式存在的問(wèn)題

在早些時(shí)候，由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，數據中心建設和規劃過(guò)程中并未考慮到高功率密度的單機柜需求，傳統的列頭柜配電模式足以支撐1~3kW單機柜功率密度的需求。但隨著(zhù)信息科技的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)量大幅度提升，支撐數據存儲與計算的數據中心面臨著(zhù)巨大壓力，提升單機柜密度是業(yè)內更傾向采取的措施，畢竟對于數據中心來(lái)說(shuō)，提升利用效率需要的造價(jià)，遠低于擴大建筑面積產(chǎn)生的成本。

2小母線(xiàn)配電模式及其優(yōu)勢

2.1小母線(xiàn)配電模式簡(jiǎn)介

小母線(xiàn)配電模式，就是利用高載流量的母線(xiàn)槽取代傳統的列頭柜+線(xiàn)纜的配電模式，直接由母線(xiàn)本體的插接口接出供電回路至服務(wù)器機柜。如圖1所示，在IT機房?jì)?，通過(guò)在機柜上方安裝小母線(xiàn)，然后從母線(xiàn)的插接口引出分支回路連接至機柜的配電模塊，無(wú)需占據地板下方空間。同時(shí)，該產(chǎn)品支持熱插拔，即插即用的靈活供配電方式，可以實(shí)現在帶電狀況下、在任何地方快速安裝使用，無(wú)論是安裝或檢修維護，均可提升工作效率。

圖1

如圖2所示，小母線(xiàn)由始端箱母線(xiàn)槽、T型件、連接件、母線(xiàn)直線(xiàn)段、吊裝件、末端蓋、轉彎件和分接單元等部件組成，每個(gè)部件承擔不同的功能。端口母線(xiàn)槽在整條母線(xiàn)的初始位置，用于和上端總配電柜引來(lái)的電纜或母線(xiàn)相連接；連接件負責直線(xiàn)段、端口母線(xiàn)槽、T型件及轉彎件等部件的相互連接作用；直線(xiàn)段又可以分為饋線(xiàn)段和插接段，饋線(xiàn)段用于傳導電能，插接段用于連接分接單元；吊裝件在與母線(xiàn)支吊架連接時(shí)起到作用，便于安裝；末端蓋保持母線(xiàn)末端的封閉性，防止進(jìn)入灰塵、水分等；由于母線(xiàn)槽不便彎曲，需借助于轉彎件和T型件來(lái)達到轉彎和分流的目的；分接單元又叫做母線(xiàn)插接箱，用于小母線(xiàn)和列頭柜的連接。

圖2小母線(xiàn)的組成部分

2.2小母線(xiàn)的優(yōu)勢

小母線(xiàn)的應用，從某些程度上避免了傳統列頭柜配電模式的弊端，在新的數據中心建設形勢下，有著(zhù)巨大的優(yōu)勢。

1)安裝方便、可靠性高

與架空地板下走線(xiàn)方式需鋪設電力橋架和成百上千條電纜線(xiàn)相對比，小母線(xiàn)的安裝既不需要在空間狹小的地板下進(jìn)行，又節約了大量的分支電纜敷設及電纜頭的制作工作，預制化的產(chǎn)品到場(chǎng)直接對接安裝，其安裝方式簡(jiǎn)單又省時(shí)省力。此外，由于省去了電纜頭的制作，還可以避免電纜接頭氧化、接觸不良等問(wèn)題，提高了供電的可靠性和安全性。

2)后繼成本低，可提升數據中心的可用性

后繼成本低體現在節約建設工程造價(jià)和運維花費兩個(gè)方面，一方面，小母線(xiàn)使用壽命長(cháng)、擴容改造方便，降低了后期機房改造的工程建設成本；另一方面，日常運維時(shí)，檢查及檢修方便，節省人力并大大降低平均可修復時(shí)間，提升數據中心的可用性。

3)安裝檢修方便、配電靈活

相對于固定配電模式的列頭柜，小母線(xiàn)可根據機柜實(shí)際負載大小進(jìn)行靈活分配。在安裝小母線(xiàn)時(shí)，可以預留一定的插接口，以便后續容量調整、容量增加。當需要擴容時(shí)，只需要增加或更換插接箱即可。再加上插接口可支持熱插拔，當需要進(jìn)行調相、維修等相關(guān)操作時(shí)，只需對小母線(xiàn)上的插接箱進(jìn)行相關(guān)調整即可，無(wú)需在線(xiàn)路上進(jìn)行任何操作。

4)使用壽命較長(cháng)

使用年限方面，由于傳統的配電模式中，列頭柜壽命一般在10-15年之間，不利于系統定運行。而小母線(xiàn)的使用壽命一般可達40年，可以更好地與建筑使用年限相匹配，而不用頻繁更換設備、下架信息系統服務(wù)器，可擺脫傳統列頭柜配電模式末端電力調整的不連續性、工程化和周期長(cháng)等問(wèn)題。

3安科瑞精密配電及監控系統解決方案

3.1概述

隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心的能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，有關(guān)數據中心的能源管理和供配電設計已經(jīng)成為熱門(mén)問(wèn)題，有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。要實(shí)現數據中心的節能，首先需要監測每個(gè)用電負載，而數據中心負載回路非常的多，傳統的測量?jì)x表無(wú)法滿(mǎn)足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求，因此需要采用適用于數據中心集中監控要求的多回路監控裝置。

3.2應用場(chǎng)所

適用于運營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數據中心

3.3系統結構

1）交流

2）直流

3.4系統功能

1）主頁(yè)

開(kāi)機進(jìn)入主頁(yè)，包含進(jìn)線(xiàn)參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、出線(xiàn)參數、報警查詢(xún)等功能，按按鈕可進(jìn)入各功能界面查看。

2）進(jìn)線(xiàn)參數監測

監測主路的三相電壓、電流、系統頻率；各項及總的有功功率，無(wú)功功率，視在功率，功率因數，有功電能、無(wú)功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；需量。

3）出線(xiàn)參數監測

分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數額定電流設置、各相電流值；

負載百分比；需量。

4）開(kāi)關(guān)狀態(tài)

左側一列為主路開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開(kāi)關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點(diǎn)狀態(tài)，默認為無(wú)源檢測點(diǎn)，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側的皆為支路開(kāi)關(guān)狀態(tài)；默認為有源檢測點(diǎn)，合閘為紅色，分閘為綠色。

5）報警查詢(xún)

當前報警界面可查看實(shí)時(shí)報警和歷史報警；開(kāi)關(guān)量動(dòng)作告警；任意數據的定時(shí)存儲；進(jìn)線(xiàn)過(guò)電流2段閥值越限告警，可任意設定告警值；進(jìn)線(xiàn)過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。

3.5系統硬件配置

4安科瑞智能母線(xiàn)監控解決方案

4.1概述

數據中心IT服務(wù)器配電傳統采用精密配電柜，占用空間較大，配電線(xiàn)纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線(xiàn)方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來(lái)越多的應用。

安科瑞智能母線(xiàn)監控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監控兩類(lèi)，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線(xiàn)槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線(xiàn)槽的運行溫度，確保母線(xiàn)槽配電安全。通過(guò)標準網(wǎng)線(xiàn)手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng)，可以實(shí)現任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線(xiàn)運行的插接箱的數據上傳通訊。

4.2應用場(chǎng)所

適用于運營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數據中心

4.3系統結構

4.4系統功能

1)實(shí)時(shí)監測

在主頁(yè)點(diǎn)擊數據采集按鈕后，進(jìn)入系統圖界面：此界面顯示了每個(gè)箱子的電壓。

2)基本參數界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實(shí)現對箱子中儀表數據的采集。

3)諧波數據

通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭"來(lái)左右切換2-63次諧波數據。

4)需量

顯示電壓、電流、功率的需量的數值及發(fā)生時(shí)間。

5)電能查詢(xún)

電能情況可以查詢(xún)上12月份的每個(gè)月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時(shí)間查詢(xún)電能值。

4.5系統硬件配置

5結論

可靠性、可維護性、經(jīng)濟性、可擴展性和節能環(huán)保是電力數據建設和運維的幾大關(guān)鍵要素，供配電系統更是數據中心基礎設施中的關(guān)鍵環(huán)節。隨著(zhù)電網(wǎng)IT信息系統快速發(fā)展，數據中心低壓配電應采用具備更高可用性、更高安全性和靈活性的配電結構進(jìn)行支撐。本文通過(guò)對全母線(xiàn)方案和傳統電纜配電方案的定性和定量對比分析可以看出，全母線(xiàn)配電方案具有更高的靈活性，同時(shí)其具有施工周期短、使用壽命長(cháng)、可重復利用等特點(diǎn)，增加了機房的利用率和收益，投資回收期較短，因此隨著(zhù)今后技術(shù)逐步成熟、成本進(jìn)一步降低，可考慮逐步推廣使用。

參考文獻

【1】宋偉男,邵安,朱述振,李志鵬,劉 鵬.小母線(xiàn)配電模式在數據中心的應用研究[J],2022,03:173-174.

【2】數據中心設計規范GB50174-2017[S].2017.

【3】數據中心解決方案樣本2022.04版.