韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：針對目前數據中心末端供電列頭柜加電力電纜存在的不足，結合實(shí)際案例，采用末端智能母線(xiàn)系統全新的末端供電方式，有效提升了數據中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性，為建設安全、經(jīng)濟、綠色、智能的數據中心提供支撐。

關(guān)鍵詞：數據中心；末端供電；智能母線(xiàn)；供電方式

 

       數據中心末端智能母線(xiàn)通過(guò)現代通信網(wǎng)絡(luò )監控技術(shù)，實(shí)時(shí)監控母線(xiàn)的溫升、電能運行參數等數據，并對采集的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行分析處理和存儲，上傳至數據中心ECC監控中心，發(fā)出告警及報警信息，通過(guò)音頻及可視化的界面對話(huà)窗口告知運營(yíng)管理人員，及時(shí)排查故障。數據中心末端智能母線(xiàn)供電系統相對于傳統的配電列頭柜加電力電纜有更大的優(yōu)勢。配電列頭柜加電力電纜末端配電方式是由UPS輸出配電柜引電力電纜至列頭柜，經(jīng)主路斷路器控制開(kāi)關(guān)控制各分路斷路器開(kāi)關(guān)，最終至IT設備機柜PDU插排供電，若配電列頭柜電能參數監控單元出現故障，導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監控，故存在單點(diǎn)隱患，若期間服務(wù)器發(fā)生宕機，不能有效及時(shí)處理，產(chǎn)生嚴重后果。

 

       數據中心末端供電智能母線(xiàn)架構圖如圖1所示。

圖1數據中心末端供電智能母線(xiàn)架構圖

 

       電力供應端口箱主要由金屬外殼和內部絕緣件組成。外殼可根據實(shí)際配電安裝需求開(kāi)孔，為接入電纜或者母排提供空間母線(xiàn)槽：規格100-800A多個(gè)系列提供多種選擇。母線(xiàn)槽長(cháng)度分為1m、2m和3m段，也可根據現場(chǎng)需求定制。智能母線(xiàn)槽插槽防護等級不小于IP2X，可有效防止手指或直徑大于12.5mm的固體異物進(jìn)入殼內。母線(xiàn)外殼采用鋁鎂合金，壁厚不小于4mm，強度高，不易變形；導體采用高純度電解銅（≥99.97%），阻抗低，溫升??；絕緣件采用改性PVC護套，耐溫120℃以上，安全系數高。

       母線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)：軌道式主體結構，簡(jiǎn)單明了，安全性高；插接箱旋轉式插接，帶電插拔，安裝快捷:母線(xiàn)干線(xiàn)上隨處可插接插接箱，靈活性強；雙零線(xiàn)結構，更好地應對諧波效應；全電參量智能檢測模塊單元，保證末端供電系統可靠、安全、智能。

       插接箱單元特點(diǎn)：旋轉式插接，無(wú)需專(zhuān)用工具；磷銅卷口彈性插腳；可任意選裝1P/2P/3P開(kāi)關(guān)；可以實(shí)現一拖一或者一拖多設置（單極開(kāi)關(guān)單機柜，三極開(kāi)關(guān)三機柜）；內裝有電壓、電流等電能參數監測模塊。

 

       數據中心末端供配電系統平面圖如圖2所示

圖2數據中心末端供配電系統平面圖

 

       數據中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統，UPS總輸出配電柜直接放射敷設至配電列頭柜及IT設備柜。其優(yōu)點(diǎn)是各負載之間獨立受電，若發(fā)生系統故障，切除故障回路，縮小停電范圍，不影響其他回路，國家相應規范對IT設備重要負荷的用電技術(shù)要求。其缺點(diǎn)是分支線(xiàn)路多、有色金屬導體消耗量大、施工安裝工藝復雜、系統可擴展性差，不能滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)的用電容量需求，分期實(shí)施時(shí)需要把末端電力線(xiàn)纜一次敷設到位，系統靈活性差。此外，傳統配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統中，配電列頭柜需要占用數據中心的空間資源。

數據中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖如圖3所示。缺點(diǎn)：線(xiàn)纜地板下鋪設工期長(cháng)、難度大，且后期檢修、管理困難；列頭柜空間有限，后期變更的靈活性較差；線(xiàn)纜密集鋪設，容易聚集溫升，有火災隱患；線(xiàn)纜架空地板下鋪設，影響制冷效果；列頭柜占用機柜位置，造成土地成本浪費。

圖3數據中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖

 

       數據中心智能母線(xiàn)供配電系統采用樹(shù)干式的供配電系統，UPS總輸出配電柜至各IT設備機柜之間采用兩條干線(xiàn)（智能母線(xiàn)）連接的配電方式。其優(yōu)點(diǎn)是消耗的有色金屬導體量相對較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統擴展靈活，可滿(mǎn)足不同承租用戶(hù)的個(gè)性化業(yè)務(wù)用電容量，易于擴展與變更。與電力電纜相比，智能母線(xiàn)可靠性更高、工程生命周期長(cháng)，并且可重復利用。其缺點(diǎn)是智能母線(xiàn)主干線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，影響范圍大，但母線(xiàn)干線(xiàn)的故障概率很低。

數據中心末端配電智能母線(xiàn)拓撲圖如圖4所示。優(yōu)點(diǎn)：取消配電列頭柜，節約占地面積，爭取了更多的盈利性機柜；開(kāi)關(guān)控制及數據采集分布于始端箱和各插接箱，避免互相影響；避免了強電在架空地板下敷設，主動(dòng)發(fā)熱少，對制冷造成的負擔小，有效降低數據中心能耗和PUE值；安裝方便快捷，工期大大縮短；插接箱模塊化，實(shí)現分支數量及容量隨時(shí)調整；內部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4數據中心末端配電智能母線(xiàn)拓撲圖

 

 

       某Ｂ級數據中心配電架構系統圖如圖5所示。

圖5某B級數據中心配電架構系統圖

 

       某B級數據中心末端配電系統圖、電氣監控系統圖分別如圖6、圖7所示。

圖6某B級數據中心末端配電系統圖

 

圖7某B級數據中心電氣監控系統圖

 

      其中，每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮，機房?jì)扰潆娤到y采用的電纜選用低煙無(wú)鹵電力電纜，從電源列頭柜到設備機柜使用的電纜選用低煙無(wú)鹵電力電纜。機房?jì)仍O備機柜均采用雙回路供電的方式，每個(gè)機柜均配備2個(gè)PDU模塊。雙回路供電系統從2N雙總線(xiàn)配置的UPS輸出柜到機柜采用母線(xiàn)（UPS至吊頂敷設智能母線(xiàn)采用電力電纜轉接）方式，母線(xiàn)到機柜采用插接箱＋電力電纜方式，母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)箱內設置斷路器及監控、防雷模塊，插接箱有開(kāi)關(guān)及遠程監控電流、功率等參數監控功能，相應的監控參數上傳至數據中心ECC監控中心。

       數據中心末端配電采用智能母線(xiàn)配電技術(shù)，其供電容量靈活，可以滿(mǎn)足不同承租商的個(gè)性化業(yè)務(wù)需求，施工安裝方便靈活，部署簡(jiǎn)單快捷。為有效節約數據中心空間資源，取消末端強電列頭柜，原有配電列頭柜的位置可增加1套IT設備柜。一般情況下每40個(gè)左右IT設備柜配置2套配電列頭柜。取消配電列頭柜，可增加2/40左右的IT設備機柜數量，按主機房400架IT機柜為例，原需要20個(gè)列頭柜，采用智能母線(xiàn)后IT設備機柜可設置４２０個(gè)，對于對外承租的數據中心，每個(gè)機柜租賃費8萬(wàn)元/年計算，可增加經(jīng)濟效益160萬(wàn)元，因此可有效提高數據中心的空間利用率和經(jīng)濟性；采用智能母線(xiàn)系統，機柜上方走線(xiàn)，可減少架空地板下電氣走線(xiàn)的火災安全隱患，后期檢修方便。這為數據中心安全運行提供有力保障，大大提高了供電運行的可靠性以及運行管理的自動(dòng)化水平。

 

4.1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?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。

 

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

1）交流

 

2）直流

 

4.4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。

 

4.5系統硬件配置

5.1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。

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

 

5.4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）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。

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。

 

 

 

 

5.5系統硬件配置

 

       本文介紹了數據中心末端配電智能母線(xiàn)系統與配電列頭柜形式供配電系統的技術(shù)性能，通過(guò)案例更進(jìn)一步明確了末端智能母線(xiàn)系統的優(yōu)點(diǎn)，并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線(xiàn)系統配電方案進(jìn)行分析。采用柔性更強、安全性和可靠性更高的智能母線(xiàn)系統將更加適合新基建數據中心行業(yè)發(fā)展需求。

 

 

【1】邵帥飛、鄭曉茜.《數據中心末端供電智能母線(xiàn)系統設計應用》

【2】數據中心設計規范：GB 50174—2017[S]

【3】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本

【4】數據中心解決方案樣本2022.04版