安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：根據《“十四五"信息通信行業(yè)發(fā)展規劃》，信息通信行業(yè)到2025年將實(shí)現整體規模進(jìn)一步擴大，整體經(jīng)濟發(fā)展品質(zhì)顯著(zhù)提高，基本形成高速泛在、融合互通、智慧綠色以及安全穩定的新興數據基礎建設，進(jìn)一步提高數據中心空間及環(huán)境利用率，提高其節能水平和智能化管理水平。在數據中心中使用智能母線(xiàn)可以替代列頭柜，從而進(jìn)一步節省機房空間，提升經(jīng)濟效益。結合具體工程實(shí)例，分析智能母線(xiàn)在數據中心的詳細應用。

關(guān)鍵詞：智能母線(xiàn)；數據中心；空間利用；經(jīng)濟效益

    末端供電一般采用的是列頭柜供電方式，需要在每列機柜或兩列機柜設立一臺列頭柜，存在著(zhù)占用空間大、電纜走線(xiàn)多及強弱電分離等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，智能母線(xiàn)應運而生，其以高度的靈活性、完善的智能化監控能力備受數據中心建設單位的青睞。

    智能母線(xiàn)的供電方案在不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）出線(xiàn)柜之后不需要再敷設線(xiàn)纜或設置配電設備，而是直接串接智能母線(xiàn)槽，并配合接插單元為每臺負載機箱內裝置供電。數據中心智能母線(xiàn)采用樹(shù)干式的供配電系統，每列機柜均通過(guò)兩條母線(xiàn)槽供電，且地板下及機柜上沒(méi)有電纜橋架，便于管理維修。列頭柜供電系統如圖 1 所示，智能母線(xiàn)供電系統如圖2所示。

圖 1 列頭柜供電系統（2N）

圖 2 智能母線(xiàn)供電系統（2N）

    （1）部署簡(jiǎn)單，易于擴展。傳統配電方式中，列頭配電柜到各機柜間均采用線(xiàn)纜一對一連接，需要鋪設大量電纜和電纜承載橋架。工程實(shí)施時(shí)需要根據機柜間隔單剪、鋪設、捆扎或連接每一根電纜，不僅施工量大、周期長(cháng)，而且未來(lái)新增回路需要增加鋪設線(xiàn)纜。智能母線(xiàn)部署簡(jiǎn)易快捷，僅需將母線(xiàn)槽安裝到所有規劃設備的上方，無(wú)需鋪設大量電纜，可以

通過(guò)插接箱就近供電，部署周期為1～2周。插接箱位置可調，IT 機柜電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）插頭可以直接插入到母線(xiàn)插接箱中，無(wú)復雜接線(xiàn)工作。除此之外，智能母線(xiàn)配置熱插拔插接箱，可以在線(xiàn)熱插拔。當機房需要增加新的回路時(shí)，只需要增加相應輸出回路的插接箱，直接在線(xiàn)插拔就可以實(shí)現擴容，無(wú)需對母線(xiàn)槽進(jìn)行新的調整。智能母線(xiàn)構成如圖 3 所示。

 

圖 3 智能母線(xiàn)構成圖

    （2）供電靈活，快速可靠。智能母線(xiàn)供配電模式更加適合現代數據中心發(fā)展的趨勢，在安全可靠的基礎上，還具備靈活、快速的優(yōu)點(diǎn)。傳統配電柜里的電纜和開(kāi)關(guān)都是定額化的，如果 IT 設備使用的電功率增加，就需要重新布放電纜和更換開(kāi)關(guān)等。智能母線(xiàn)可根據 IT 負荷實(shí)際需要的電功率自動(dòng)分配，提高了供電的靈活性。采用智能母線(xiàn)方式無(wú)需機柜強電電纜橋架等物理設備，如圖4所示，提高了空調送風(fēng)效率。此外，智能母線(xiàn)所有的產(chǎn)品都是模塊化設計，符合現代數據中心快速靈活部署的要求。

 

圖 4 已經(jīng)敷設完成的電纜橋架

    （3）具有完善的配電監控。智能母線(xiàn)供電方式具有與精密列頭柜同樣的智能監控功能，可以監測插接箱內每條一回路中的相關(guān)信息，包括壓力、流量、輸出功率、電能、諧波以及溫度等。智能母線(xiàn)監控系統配置通信接口，可以將所有監控數據上傳給后臺動(dòng)環(huán)平臺。

    （4）節約機房面積，提高收益。采用智能母線(xiàn)供電無(wú)需配置強電列頭柜，節約了強電配電設備占用空間，可以增加 IT 機柜的安裝數量，提高了機房利用率和經(jīng)濟收益。

    （5）安全性高，使用壽命長(cháng)。智能母線(xiàn)采用“金屬外殼+絕緣護套+銅芯母排"結構，電氣穩定性更強，同時(shí)也擁有良好的散熱性能，有效避免了由熱沉積引起的點(diǎn)老化，延長(cháng)了使用壽命。

    從經(jīng)濟效益方面分析，智能母線(xiàn)也具有一定的競爭優(yōu)勢。雖然智能母線(xiàn)相對于列頭柜方案投資成本較高，但是使用智能母線(xiàn)時(shí)無(wú)需配置交流列頭柜，原有交流列頭柜的安裝位置可以供資源機柜使用，大大提高了實(shí)際收益。

以安徽省某數據中心為例， 其建筑面積約8000m2，采用常規供電方式時(shí)可以布置機架1 040架、交流列頭柜 64 架，交流列頭柜設備采購及安裝費用約為 192 萬(wàn)元，列頭柜至IT 機柜配電線(xiàn)纜投資約為100 萬(wàn)元，總投資約為 292 萬(wàn)元。在同樣規模下，使用智能母線(xiàn)代替交流列頭柜后，智能母線(xiàn)的設備采購及安裝費用約為 570 萬(wàn)元，投資比常規供電方式多出278 萬(wàn)元。但使用智能母線(xiàn)方式供電時(shí)，無(wú)需交流列頭柜，該數據中心可使用IT機架增加 64 架。參考該單位過(guò)去3年的機架銷(xiāo)售數據，單機柜外租平均費用約為0.5萬(wàn)元 / 月，每月可增加收入 32 萬(wàn)元。此時(shí)計算投資回報周期為 278÷32 ≈ 9月，即在9個(gè)月以?xún)染湍苁栈囟喑龅耐顿Y。數據中心一般運行周期為15年，使用智能母線(xiàn)可以為該建設單位增加收益約為5472 萬(wàn)元。

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

 

 

 

    信息時(shí)代背景下，大規模集群式數據中心越來(lái)越多，在建設規?？焖贁U大的基礎上，對部署速度和節能效果也提出了更加苛刻的要求?；诖?，需要進(jìn)一步加強模塊化、智能化、綠色化的數據中心建設，通過(guò)對智能母線(xiàn)等高效產(chǎn)品的應用，進(jìn)一步降低數據中心總體能耗，縮短部署時(shí)間。

【1】吳懷同.智能母線(xiàn)在數據中心的應用

【2】李玉昇.數據中心供電系統規劃與發(fā)展 [J]. 電氣應用，2020，39（11）：4-7.

【3】于智勇，徐 義.數據中心10kV供配電系統切換自動(dòng)化工程實(shí)踐 [J]. 智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（3）：79-82.

【4】肖 驍，戈文祺.數據中心供配電系統解決方案研究 [J]. 城市建設理論研究（電子版），2018（23）：4.

【5】馬皓天.數據中心電氣設計要點(diǎn) [J]. 住宅與房地產(chǎn)，2018（12）：67.

【6】霍 毅，羅秋菊，劉 宇，等.智能小母線(xiàn)與列頭柜配電模式比較 [J]. 廣東通信技術(shù)，2020，40（6）：56-59.

【7】向 榮.互聯(lián)網(wǎng)數據中心機房供電設計探討 [J]. 廣播與電視技術(shù)，2013，40（4）：54-60.

【8】林藝成.數據中心電源解決方案及選型 [J]. 企業(yè)技陳瀾，卞星明，萬(wàn)樹(shù)偉，王黎明，關(guān)志成.交流老化導線(xiàn)溫升特性改變對載流量的影響[J].高電壓技術(shù)，2014，40(5) ：1499-1506.

【9】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本.

【10】數據中心解決方案樣本2022.04版

  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。