淺析數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線系統(tǒng)應(yīng)用及產(chǎn)品監(jiān)控選型

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

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

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；末端供電；智能母線；供電方式

 

       數(shù)據(jù)中心末端智能母線通過現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，實時監(jiān)控母線的溫升、電能運行參數(shù)等數(shù)據(jù)，并對采集的實時數(shù)據(jù)進行分析處理和存儲，上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心，發(fā)出告警及報警信息，通過音頻及可視化的界面對話窗口告知運營管理人員，及時排查故障。數(shù)據(jù)中心末端智能母線供電系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)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)主路斷路器控制開關(guān)控制各分路斷路器開關(guān)，最終至IT設(shè)備機柜PDU插排供電，若配電列頭柜電能參數(shù)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障，導(dǎo)致相應(yīng)配電列頭柜所帶載的機柜失去監(jiān)控，故存在單點隱患，若期間服務(wù)器發(fā)生宕機，不能有效及時處理，產(chǎn)生嚴重后果。

 

       數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖

 

       電力供應(yīng)端口箱主要由金屬外殼和內(nèi)部絕緣件組成。外殼可根據(jù)實際配電安裝需求開孔，為接入電纜或者母排提供空間母線槽：規(guī)格100-800A多個系列提供多種選擇。母線槽長度分為1m、2m和3m段，也可根據(jù)現(xiàn)場需求定制。智能母線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的固體異物進入殼內(nèi)。母線外殼采用鋁鎂合金，壁厚不小于4mm，強度高，不易變形；導(dǎo)體采用高純度電解銅（≥99.97%），阻抗低，溫升小；絕緣件采用改性PVC護套，耐溫120℃以上，安全系數(shù)高。

       母線優(yōu)點：軌道式主體結(jié)構(gòu)，簡單明了，安全性高；插接箱旋轉(zhuǎn)式插接，帶電插拔，安裝快捷:母線干線上隨處可插接插接箱，靈活性強；雙零線結(jié)構(gòu)，更好地應(yīng)對諧波效應(yīng)；全電參量智能檢測模塊單元，保證末端供電系統(tǒng)可靠、安全、智能。

       插接箱單元特點：旋轉(zhuǎn)式插接，無需專用工具；磷銅卷口彈性插腳；可任意選裝1P/2P/3P開關(guān)；可以實現(xiàn)一拖一或者一拖多設(shè)置（單極開關(guān)單機柜，三極開關(guān)三機柜）；內(nèi)裝有電壓、電流等電能參數(shù)監(jiān)測模塊。

 

       數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖如圖2所示

圖2數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖

 

       數(shù)據(jù)中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜直接放射敷設(shè)至配電列頭柜及IT設(shè)備柜。其優(yōu)點是各負載之間獨立受電，若發(fā)生系統(tǒng)故障，切除故障回路，縮小停電范圍，不影響其他回路，滿足國家相應(yīng)規(guī)范對IT設(shè)備重要負荷的用電技術(shù)要求。其缺點是分支線路多、有色金屬導(dǎo)體消耗量大、施工安裝工藝復(fù)雜、系統(tǒng)可擴展性差，不能滿足不同業(yè)務(wù)的用電容量需求，分期實施時需要把末端電力線纜一次敷設(shè)到位，系統(tǒng)靈活性差。此外，傳統(tǒng)配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統(tǒng)中，配電列頭柜需要占用數(shù)據(jù)中心的空間資源。

數(shù)據(jù)中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖如圖3所示。缺點：線纜地板下鋪設(shè)工期長、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；線纜密集鋪設(shè)，容易聚集溫升，有火災(zāi)隱患；線纜架空地板下鋪設(shè)，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(shù)據(jù)中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖

 

       數(shù)據(jù)中心智能母線供配電系統(tǒng)采用樹干式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜至各IT設(shè)備機柜之間采用兩條干線（智能母線）連接的配電方式。其優(yōu)點是消耗的有色金屬導(dǎo)體量相對較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統(tǒng)擴展靈活，可滿足不同承租用戶的個性化業(yè)務(wù)用電容量，易于擴展與變更。與電力電纜相比，智能母線可靠性更高、工程生命周期長，并且可重復(fù)利用。其缺點是智能母線主干線發(fā)生故障時，影響范圍大，但母線干線的故障概率很低。

數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖如圖4所示。優(yōu)點：取消配電列頭柜，節(jié)約占地面積，爭取了更多的盈利性機柜；開關(guān)控制及數(shù)據(jù)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(shè)，主動發(fā)熱少，對制冷造成的負擔小，有效降低數(shù)據(jù)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，實現(xiàn)分支數(shù)量及容量隨時調(diào)整；內(nèi)部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖

 

 

       某Ｂ級數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5某B級數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖

 

       某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖、電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖分別如圖6、圖7所示。

圖6某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖

 

圖7某B級數(shù)據(jù)中心電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖

 

      其中，每臺機柜IT設(shè)備用電量按4KW考慮，機房內(nèi)配電系統(tǒng)采用的電纜選用低煙無鹵電力電纜，從電源列頭柜到設(shè)備機柜使用的電纜選用低煙無鹵電力電纜。機房內(nèi)設(shè)備機柜均采用雙回路供電的方式，每個機柜均配備2個PDU模塊。雙回路供電系統(tǒng)從2N雙總線配置的UPS輸出柜到機柜采用母線（UPS至吊頂敷設(shè)智能母線采用電力電纜轉(zhuǎn)接）方式，母線到機柜采用插接箱＋電力電纜方式，母線進線箱內(nèi)設(shè)置斷路器及監(jiān)控、防雷模塊，插接箱有開關(guān)及遠程監(jiān)控電流、功率等參數(shù)監(jiān)控功能，相應(yīng)的監(jiān)控參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心。

       數(shù)據(jù)中心末端配電采用智能母線配電技術(shù)，其供電容量靈活，可以滿足不同承租商的個性化業(yè)務(wù)需求，施工安裝方便靈活，部署簡單快捷。為有效節(jié)約數(shù)據(jù)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(shè)備柜。一般情況下每40個左右IT設(shè)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(shè)備機柜數(shù)量，按主機房400架IT機柜為例，原需要20個列頭柜，采用智能母線后IT設(shè)備機柜可設(shè)置４２０個，對于對外承租的數(shù)據(jù)中心，每個機柜租賃費8萬元/年計算，可增加經(jīng)濟效益160萬元，因此可有效提高數(shù)據(jù)中心的空間利用率和經(jīng)濟性；采用智能母線系統(tǒng)，機柜上方走線，可減少架空地板下電氣走線的火災(zāi)安全隱患，后期檢修方便。這為數(shù)據(jù)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化水平。

 

4.1概述

       隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問題也越來越突出，有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計已經(jīng)成為熱門問題，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。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負載，而數(shù)據(jù)中心負載回路非常的多，傳統(tǒng)的測量儀表無法滿足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求，因此需要采用適用于數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。

 

4.2應(yīng)用場所

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

 

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）交流

 

2）直流

 

4.4系統(tǒng)功能

1）主頁

       開機進入主頁，包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。

 

2）進線參數(shù)監(jiān)測

       監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，有功電能、無功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；最大需量。

 

3）出線參數(shù)監(jiān)測

       分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設(shè)置、各相電流值；負載百分比；最大需量。

 

4）開關(guān)狀態(tài)

       左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點狀態(tài)，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài)；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。

 

 

5）報警查詢

       當前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。

 

4.5系統(tǒng)硬件配置

5.1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)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

5.2應(yīng)用場所

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

 

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

5.4系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測

       在主頁點擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進入系統(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)

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

4）最大需量

       顯示電壓、電流、功率的最大需量的數(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。

 

 

 

 

5.5系統(tǒng)硬件配置

 

       本文介紹了數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線系統(tǒng)與配電列頭柜形式供配電系統(tǒng)的技術(shù)性能，通過案例更進一步明確了末端智能母線系統(tǒng)的優(yōu)點，并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線系統(tǒng)配電方案進行分析。采用柔性更強、安全性和可靠性更高的智能母線系統(tǒng)將更加適合新基建數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

 

 

【1】邵帥飛、鄭曉茜.《數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用》

【2】數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范：GB 50174—2017[S]

【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本

【4】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

 

任運業(yè)，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。