韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

 

 

摘要：本文先分析配電母線(xiàn)槽創(chuàng )新點(diǎn)和優(yōu)勢，然后結合湛江數據中心302機房母線(xiàn)槽建設對配電母線(xiàn)槽和列頭柜兩種供電方式進(jìn)行經(jīng)濟效益對比，最后總結推廣應用建議，以期為相關(guān)工程技術(shù)人員提供參考。 

關(guān)鍵詞：機架配電母線(xiàn)；列頭柜；數據中心

 

1引言 

       隨著(zhù)通信網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展，各地數據中心的建設變得越來(lái)越重要，供電優(yōu)先與客戶(hù)需求滯后的矛盾越來(lái)越突出。在數據中心建設之初，無(wú)法預測后期客戶(hù)的確切電源要求和安裝要求。數據中心完成后，頻繁的客戶(hù)更改也將改變電源要求和安裝要求。列頭柜供電方式已經(jīng)無(wú)法適應數據中心的近遠期建設需求，而機架配電母線(xiàn)的供電方式在解決客戶(hù)需求變化的問(wèn)題上具有很高的靈活性。 

 

（1）技術(shù)原理 

       雖然機架配電母線(xiàn)對于數據中心來(lái)說(shuō)還是一個(gè)較新的概念，但是機架母線(xiàn)供電的概念已經(jīng)在傳統的電力行業(yè)中使用數十年了。它提供了一種為新機器增加動(dòng)力的簡(jiǎn)便方法，母線(xiàn)配電的方式最近才開(kāi)始在數據中心中流行起來(lái)。這個(gè)想法最初是由通用電氣公司在20世紀90年代后期引入數據中心市場(chǎng)的。當時(shí)，通用汽車(chē)推出了一種名為Starline的鐵路式母線(xiàn)槽系統。在過(guò)去十年中，這些產(chǎn)品一直在市場(chǎng)上脫穎而出，市場(chǎng)開(kāi)始慢慢接受這種數據中心的機架配電母線(xiàn)系統。 

由于其*的性能,母線(xiàn)電源系統在各種電源系統中的使用越來(lái)越廣泛。相對于電纜供電而言， 機架配電母線(xiàn)系統供電具有集膚效應小、載流量大、安裝快捷簡(jiǎn)單，而且母線(xiàn)槽散熱性比電纜更為優(yōu)良，其安全性，線(xiàn)路可擴展性和線(xiàn)路可維護性是電纜的。同時(shí)，采用母線(xiàn)槽系統供電還能合并分支回路，優(yōu)化電氣系統，從而節約了工程造價(jià)。軌道型母線(xiàn)槽系統以其簡(jiǎn)練的電氣布局，即插即用的供電方式將母線(xiàn)槽供電系統的優(yōu)勢發(fā)揮。

       數據中心的機房中，交流UPS供電系統供電場(chǎng)景時(shí)，通常在電力機房?jì)仍O置UPS雙總線(xiàn)供電系統 （2N或3N方式）,在主機房?jì)葹槊苛袡C架配置2個(gè)列頭柜，為該列每個(gè)機架內的2個(gè)PDU設備配電。機架配電母線(xiàn)的供電方案是：利用“始端箱+母線(xiàn)槽+插接箱"，代替“列頭柜+電纜"，為設備機柜供電，機架配電母線(xiàn)系統（含2個(gè)始端箱、2根母線(xiàn)槽及相應數量的插接箱）,分別對該列通信機架內的2個(gè)PDU設備配電。 

   在數據中心的機房中，使用UPS供電場(chǎng)景時(shí)，通常在主機房?jì)仍O置UPS雙總線(xiàn)，并在主機房中的每列機架配置兩個(gè)列頭柜，以將電源分配給列中每個(gè)機架中的兩個(gè)PDU設備。而機架配電母線(xiàn)的供電場(chǎng)景時(shí)，則使用“始端箱+母線(xiàn)槽+插接箱"代替“列頭柜+電纜"，為設備機柜供電，機架配電母線(xiàn)系統（包含2根母線(xiàn)槽、2個(gè)始端箱及相應數量的插接箱），分別對該列通信機架內的2個(gè)PDU設備配電。

       列頭柜配電模式時(shí)，交流UPS輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機架均使用電纜沿電力走線(xiàn)架進(jìn)行連接；而機架配電母線(xiàn)模式時(shí)，UPS輸出配電屏 到始端箱使用電纜連接，沿數據機房電力走線(xiàn)架敷設，插接箱到通信設備PDU和始端箱到插接箱使用母線(xiàn)槽供電使用電纜連接。

備注:機架配電母線(xiàn)重要單元 

①母線(xiàn)干線(xiàn)單元

母線(xiàn)干線(xiàn)系統的一個(gè)單元，它由母線(xiàn)、母線(xiàn)支撐件和絕緣件、外殼、某些固定件及與其他單元連接的連接件組成。 

② 始端箱 

母線(xiàn)干線(xiàn)單元的線(xiàn)裝置，內有斷路器。該裝置進(jìn)線(xiàn)端采用電力電纜與上級低壓配電設備連接，岀線(xiàn)端與母線(xiàn)干線(xiàn)單元固定連接。 

③ 端接箱（分接單元） 

母線(xiàn)干線(xiàn)單元的饋出裝置，內有斷路器。該裝置進(jìn)線(xiàn)端與母線(xiàn)干線(xiàn)單元采用插接方式連接，出線(xiàn)端采用航空插頭及電纜與機柜內PDU連接。 

④ 母線(xiàn)干線(xiàn)彎頭單元

導體和外殼設計成安裝時(shí)可以轉換方向的一種母線(xiàn)干線(xiàn)單元。彎頭包括L形彎頭、T形彎頭、Z形彎頭和十字形彎頭。 

⑵技術(shù)優(yōu)勢

機架配電母線(xiàn)機架配電母線(xiàn)具備以下技術(shù)特征:節省列頭柜占地，提高裝機率;便于調整分路及容量，柔性配電，避免容量浪費；安裝便捷,母線(xiàn)槽整體吊掛，較敷設電纜顯著(zhù)節省人工；即插即用插接箱，靈活滿(mǎn)足用戶(hù)需求變化

 

3機架配電母線(xiàn)建設方案 

      本次數據中心機架母線(xiàn)在廣東移動(dòng)湛江數據中心進(jìn)行試點(diǎn)應用，試點(diǎn)應用機房位于3樓302機房,機房5列設備共60架4.4kW數據中心機柜。 

機房?jì)让苛袡C柜上方設立兩條機架配電母線(xiàn)，每臺機柜分別從對應的兩條母線(xiàn)取電實(shí)現雙路供電。 

機房?jì)让苛袡C柜上方設立兩條機架配電母線(xiàn)，每臺機柜分別從對應的兩條母線(xiàn)取電實(shí)現雙路供電。5列機柜配置10根250A母線(xiàn)槽，即每列機柜配置2根母線(xiàn)槽（1主1備）。

       母線(xiàn)槽始端箱容量380V/250A，母線(xiàn)槽插接箱容量為63A x 3路，每個(gè)插接箱對應三個(gè)機柜，并配置3個(gè)工業(yè)連接器。 

母線(xiàn)槽靠近機柜后門(mén)處安裝，母線(xiàn)槽底部距離機柜頂部約80CM,背靠背安裝,接插箱采用滑軌式安裝，即插即用，便于維護。

       各始端箱和各接插箱上配置電量采集裝置，可監控電量、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數、三相電壓、三相電流、頻率，電壓電流諧波百分比、負載百分比等電量參數。始端箱和接 插箱監控單元帶LCD顯示屏可直接顯示回路基本參數。

       主控箱和各始端箱、接插箱采用Modbus通訊連接，可對始端箱和接插箱所采集的電參數信息進(jìn)行集中顯示和處理，并將所有監控數據上傳至動(dòng)環(huán)平臺。

 

主要從建設成本上對“始端箱+母線(xiàn)槽+終端箱"和“列頭柜+電纜"兩種供電方式做岀經(jīng)濟評 估對比分析。 

①列頭柜+電纜，建設成本為15.4萬(wàn)元（其中列頭柜5臺13.1萬(wàn)元，電力電纜132ml.5萬(wàn)元,走線(xiàn)架及安裝費0.8萬(wàn)元）。 

② 始端箱+母線(xiàn)槽+終端箱，建設成本為31.7萬(wàn)元（其中端接箱60臺16.1萬(wàn)元,母線(xiàn)槽73m共5.6萬(wàn)元,主控箱5臺4.1萬(wàn)元,始端箱10臺5.9萬(wàn)元）。 

③ 以湛江數據中心302機房建設成本來(lái)對比：以302機房5列設備共60個(gè)機架為例，列頭柜的建設方式由于有占地面積，需計算基建建設成本16.5萬(wàn)元，列頭柜配套投資為31.9萬(wàn)元，而機架配電母線(xiàn)的投資為31.7萬(wàn)元。 

我們可以從建設成本對比看岀兩者相差不大，機架配電母線(xiàn)并不增加建設成本，但是數據中心302機房能騰出五個(gè)位置新建機柜,按照一個(gè)機柜租金為5000元/月，數據中心302機房一年可增加30萬(wàn)元的租金收入。如果湛江數據中心一期全部機房都以機架配電母線(xiàn)代替列頭柜的方式，預計可多建100個(gè)機柜，每年可增加超過(guò)600萬(wàn)元的收入，經(jīng)濟效益是非?？捎^(guān)的。

 

5.1 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，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。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 儀表無(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。    

 

5.2 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

5.3 系統結構 

1）交流

2）直流

5.4 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；最大需量。

                                                                                             

 

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；最大需量。

               

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。

                

5.5 系統硬件配置

6.1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。

6.2 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

 

6.3 系統結構

6.4 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。

    

2）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。

   

3）最大需量

顯示電壓、電流、功率的最大需量的數值及發(fā)生時(shí)間。

   

4）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。

 

6.5 系統硬件配置

       本文機架配電母線(xiàn)在湛江數據中心302機房的建設試用，可使我們對其產(chǎn)品性能和使用特點(diǎn)有更深入的了解，通過(guò)對工程實(shí)際使用性能和經(jīng)濟技術(shù)指標分析，驗證機架配電母線(xiàn)供電方式在數據中心使用的可行性和必要性。相信隨著(zhù)機架配電母線(xiàn)大面積推廣，數據中心能節省更多機房空間來(lái)增加裝機量，增加公司的市場(chǎng)運營(yíng)收入。

 

 

【1】孫麗玫、王改紅、姜宇光、趙黎明《數據中心主機房柔性母線(xiàn)布局規劃》電信科學(xué)2018年 

【2】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本.

【3】數據中心解決方案樣本2022.04版

 

作者簡(jiǎn)介

  韓歡慶，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應用。