淺談智能母線在數(shù)據(jù)中心低壓配電中的應(yīng)用與選型

摘 要：針對數(shù)據(jù)中心末端配電方式展開了討論研究了機房傳統(tǒng)配電方式構(gòu)成及其缺點，從提高數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的可靠性、可用性、擴展性以及維護性等角度 、分析了智能母線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點。結(jié)合智能母在江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目的實際應(yīng)用，對以往機房采用傳統(tǒng)配電解決方案帶來的技術(shù)和管理層面上問題提出了智能母線解決方案。

關(guān)鍵詞：智能母線；數(shù)據(jù)中心；末端配電

1  引 言

  數(shù)據(jù)中心作為電力行業(yè)的信息中心樞紐 ，承載著關(guān)系電力行業(yè)核心信息的服務(wù)器 ，是整套復(fù)雜的綜合設(shè)施 。它不僅僅包括計算機系統(tǒng)和其他與 之配套的設(shè)備 ，還包含配電系統(tǒng) 、 空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 、消防系統(tǒng)等 。配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之 ， 在某種程度上決定了數(shù)據(jù)中心運營的安全和可用性 。 斷電或低質(zhì)量供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)器宕機的主要因素之 。 因此 ，保證數(shù)據(jù)中心電力持續(xù)而穩(wěn)定的供應(yīng)是工作的重中之重， 對 比傳統(tǒng)列柜配電方案，母線槽技術(shù)更 、可靠性更高 ，近幾年在數(shù)據(jù)中心末端配電中得到廣泛應(yīng)用 。 

2  數(shù)據(jù)中心末端配電的界定

  數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)存在３個層次。 

  主配電區(qū) ：中壓配電柜、變壓器、備用發(fā)電機、低壓配電柜 。 

  干線配電區(qū)：UPS(不間斷電源）、低壓二級配電柜 。

  終端配電區(qū)：列頭柜、機架、IT設(shè)備。

  數(shù)據(jù)中心末端配電范圍是指從ups輸出柜引出 至機柜內(nèi)部PDU（ 電源分配單元），主要供電對象為IT設(shè)備。 由于機房內(nèi)物理跨度在10-50M, 這區(qū)域是數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié), 稱為”后50M”。

3  傳統(tǒng)配電方案

  機房傳統(tǒng)配電系統(tǒng)般采用2回10KV市電接 入， 經(jīng)過變壓器、低壓配電柜分別接入兩組UPS電源設(shè)備 ，再經(jīng)過UPS輸出柜連接至各個列頭柜， 從列頭柜敷設(shè) 電纜接入機柜內(nèi)PDU 。 傳統(tǒng)配電方式技術(shù)成熟、單根電纜故障影響范圍小 。但是，列頭柜占用機柜空間大、 電纜電能損耗較大、施工復(fù)雜、隱患排查和末端配電擴展困難 。機房傳統(tǒng)配電方如 圖1所示

 4  智能母線配電方案 

4.1 概念

  智能母線系統(tǒng)是種取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心末端配電解決方案，由始端箱、 干線單元、轉(zhuǎn)接單元、插接箱、連餅和綱組成，具有主路和支路電壓、電流、頻率、 開關(guān)狀態(tài)、 母排溫度檢測等功能。 母線 槽由 保護外殼 （ 鋼板或鋁板） 、 導(dǎo)電排、 絕緣材料及 有關(guān)附件組成 智 能母線組成部件如圖 2所示 。

 4.2 技術(shù)特點 

  （1） 安全可靠母線槽采用銅或鋁作為導(dǎo)電體， 電流容量大 電氣和機械性能好。同 時 ， 使用金屬槽作為保護外殼， 不會燃燒 。通過緊密接觸的金屬外殼散發(fā)熱量 ，散熱性能好。

  （2）安裝便捷 母線 槽配有標(biāo)準(zhǔn) 的 安裝支架， 無需單獨橋架支 撐， 采用 插接方式把主干線 電源分接至支線 ， 結(jié) 構(gòu) 緊湊， 插拔方便 。

  （3）維護方便 母線 槽 日 常維護通常僅需測量外殼、 穿心螺栓 和接頭溫升， 維護量少 。

  （4）各個功能單元為模塊化定制， 靈活應(yīng)對功率變化 ，并且可 以 隨需擴容

  （5）智 能監(jiān)控 終端箱及插接箱均采用智 能化設(shè)計 ， 可實現(xiàn)集 成監(jiān)控 ， 監(jiān)測整個數(shù)據(jù)中 心的 運行狀況 

4.3智能母線配電方式 

智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中連接方式如圖3所示。 干線母線槽接自二級配電柜 ，通過終端箱分接至次級母線槽 ，機柜采用雙路PDU供電,分別接入不同次級母線槽插接箱

圖3 智能母線配電方式

4.4 智能監(jiān)控

  智能母線的數(shù)據(jù)采集 點分散于整個機房供配電系統(tǒng)的每個機柜插接箱 ，采集每個機柜的每回路的用電信息 ，包含負(fù)載的電壓 、電流 、功率等 ；每路母線干線的電能參數(shù) ，包含電流 、電壓 、功率 ,干線能耗 、諧波畸變率及功率因數(shù)等 。通過開放式通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至后臺監(jiān)控系統(tǒng) ，集中監(jiān)控顯示 ，便于運維人員獲取數(shù)據(jù)

   同時 ，智能母線監(jiān)控系 統(tǒng)還能通過數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)母線槽溫度 、濕度和水浸智能化實時顯示和控制 ，預(yù)警由安裝、維護不當(dāng)，表面積水或水滲入內(nèi)部引起的母線故障 ，提升智能母線的安全性，實現(xiàn)全生命周期管理 。智能母線系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D４所示

圖4 智能母線系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4.5 性能比較數(shù)據(jù)中心末端配電傳統(tǒng)方式與智能母線配電方式性能比較見表１ 

  表1末端配電傳統(tǒng)方式與智能母線配電方式性能比較

5 系統(tǒng)方案 

5.1 項目介紹

  江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目主要完成機房基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè) ，包括土建裝修、電源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)配套等 。按照網(wǎng)公司機房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將江寧機房建成符合模塊化 、虛擬化、智能化、綠色節(jié)能 、安全可靠的數(shù)據(jù)中心 。 其中，電源系統(tǒng)是整體數(shù)據(jù)中心機房髙可用性的后盾 。

5.2 設(shè)計方案

  采用智能母線取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心配電解決方案，IT設(shè)備由UPS供電 ，制冷機組、末端空調(diào) 、照明等其他負(fù)荷由市電直供。經(jīng)核算 ，3層中密度機房可安裝機架208架 ，新增兩套獨立的800KV UPS系統(tǒng) ，共配置４臺400KVA UPS主機，每臺主機配置 1組 480/1000AH蓄電池組 。采用2N雙母線配電架構(gòu)，每個機柜安裝雙路PDU，分別由兩條獨立母線上的插接箱供電 ，其中，UPS配電柜至始端箱智能母線采用 1250A規(guī)格，始端箱至封閉冷通道各機柜智能母線采用160A規(guī)格 。中密度機房末端配電方式如 圖5所示。

6 安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹

  隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。

  AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設(shè)計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)綠色IDC提供可靠保證。     

  6.1精密配電管理解決方案

  6.1.1交流系統(tǒng)

  1）功能要求：

  遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

  遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。

  2）配置方案-示意圖

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

6.1.2直流系統(tǒng)

  1) 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(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。

  2)配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

 霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開關(guān)電源            SBD-30  （48V）

 6.2產(chǎn)品規(guī)格

  說明：■為標(biāo)配功能。

6.3配套附件

7  安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹

7.1 概述

  數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

7.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

  1）交流系統(tǒng)功能：

遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；    

  2）直流系統(tǒng)功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；                             

7.3 產(chǎn)品介紹

  說明：■為標(biāo)配功能。

8 結(jié)束語 

  江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目在末端配電中采用智能母線系統(tǒng)方案取代傳統(tǒng)列頭柜＋電纜方案 ，可靠性髙、易于安裝維護，提高了數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的可用性、節(jié)能性、經(jīng)濟性以及靈活性，確保了服務(wù)器、計算機等設(shè)備的穩(wěn)定運行。

參考文獻： 

  【1】級凡.母線槽的選用【Ｊ】．科技信息，2013（4）：402-404.

  【2】談軍、戴勇、李偉，李沛 .智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中的應(yīng)用研究.

  【3】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.

  【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2019.11版.

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發(fā)與應(yīng)用