淺談智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中的應(yīng)用研究

更新時間：2023-04-13 點(diǎn)擊次數(shù)：926

張心志

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

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(jī)房傳統(tǒng)配電方式構(gòu)成及其優(yōu)缺點(diǎn),從提高數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的可靠性、可用性、擴(kuò)展性以及維護(hù)性等角度,分析了智能母線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)。結(jié)合智能母線在江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用,對以往機(jī)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,是一整套復(fù)雜的綜合設(shè)施。它不僅僅包括計(jì)算機(jī)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)之一,在某種程度上決定了數(shù)據(jù)中心運(yùn)營的安全性和可用性。斷電或低質(zhì)量供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)器宕機(jī)的主要因素之一。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)列頭柜配電方案,母線槽技術(shù)更先進(jìn)、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(jī)、低壓配電柜。

干線配電區(qū)：UPS（uninterruptible powersystem,不間斷電源）、低壓二級配電柜。

終端配電區(qū)：列頭柜、機(jī)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(jī)柜內(nèi)部PDU（power distribution unit,電源分配單元）,主要供電對象為IT設(shè)備。由于機(jī)房內(nèi)物理跨度在10-50m,這一區(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(jī)房傳統(tǒng)配電系統(tǒng)一般采用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(jī)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(jī)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(kuò)展困難。機(jī)房傳統(tǒng)配電方式如圖1所示。

圖1機(jī)房傳統(tǒng)配電方式

4智能母線配電方案

4.1概念

智能母線系統(tǒng)是一種取代傳統(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(hù)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(diǎn)

(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(jī)械性能好。同時,使用金屬槽作為保護(hù)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。插接箱母線槽

圖2智能母線組成部件

(2)安裝便捷

母線槽配有標(biāo)準(zhǔn)的安裝支架,無需單獨(dú)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(hù)方便

母線槽日常維護(hù)通常僅需測量外殼、穿心螺栓和接頭溫升,維護(hù)量少。

(4)靈活擴(kuò)容

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(kuò)容。

(5)智能監(jiān)控

終端箱及插接箱均采用智能化設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)集成監(jiān)控,監(jiān)測整個數(shù)據(jù)中心的運(yùn)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(jī)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(diǎn)分散于整個機(jī)房供配電系統(tǒng)的每個機(jī)柜插接箱,準(zhǔn)確采集每個機(jī)柜的每一回路的用電信息,包含負(fù)載的電壓、電流、功率等；每一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(yùn)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(shí)現(xiàn)母線槽溫度、濕度和水浸智能化實(shí)時顯示和控制,預(yù)警由安裝、維護(hù)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(shí)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智能母線配電圖

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(xiàng)目介紹

江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目主要完成機(jī)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。按照國網(wǎng)公司機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),將江寧機(jī)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(jī)房髙可用性的后盾。

5.2設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)房可安裝機(jī)架208架,新增兩套獨(dú)立的800KVA UPS系統(tǒng),共配置4臺400KVA UPS主機(jī),每臺主機(jī)配置1組400V/1000AH蓄電池組。采用2N雙母線配電架構(gòu),每個機(jī)柜安裝雙路PDU,分別由兩條獨(dú)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(jī)柜智能母線采用160A規(guī)格。中密度機(jī)房末端配電方式如圖5所示。

圖5中密度機(jī)房末端配電方式

6安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案

6.1概述

數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜,占用空間較大,配電線纜多,新增設(shè)備不便,為了節(jié)省面積,智能小母線方案由于不占用機(jī)房面積、可按需靈活插拔,受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞,被越來越多的應(yīng)用。

安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線監(jiān)控兩類,包括始端箱監(jiān)測模塊、插接箱監(jiān)測模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監(jiān)測母線槽的運(yùn)行溫度,確保母線槽配電安全。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

6.2 應(yīng)用場所

適用于運(yùn)營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4 系統(tǒng)功能

1）實(shí)時監(jiān)測

在主頁點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后,進(jìn)入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

2）基本參數(shù)界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)數(shù)據(jù),在設(shè)備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應(yīng)的儀表地址,即可實(shí)現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

3）諧波數(shù)據(jù)

通過點(diǎn)擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

4）大需量

顯示電壓、電流、功率的大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。

5）電能查詢

電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據(jù)選擇不同時間查詢電能值。

5 系統(tǒng)硬件配置

7 結(jié)束語

江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)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(hù),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(jì)性以及靈活性,確保了服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

張心志,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。