淺談智能母線(xiàn)在數據中心低壓配電中的應用與選型

摘 要：針對數據中心末端配電方式展開(kāi)了討論研究了機房傳統配電方式構成及其缺點(diǎn)，從提高數據中心配電系統的可靠性、可用性、擴展性以及維護性等角度 、分析了智能母線(xiàn)的結構和技術(shù)特點(diǎn)。結合智能母在江寧數據中心建設項目的實(shí)際應用，對以往機房采用傳統配電解決方案帶來(lái)的技術(shù)和管理層面上問(wèn)題提出了智能母線(xiàn)解決方案。

關(guān)鍵詞：智能母線(xiàn)；數據中心；末端配電

1  引 言

  數據中心作為電力行業(yè)的信息中心樞紐 ，承載著(zhù)關(guān)系電力行業(yè)核心信息的服務(wù)器 ，是一整套復雜的綜合設施 。它不僅僅包括計算機系統和其他與 之配套的設備 ，還包含配電系統 、 空調系統、環(huán)境監控系統 、消防系統等 。配電系統作為數據中心的關(guān)鍵環(huán)節之一 ， 在某種程度上決定了數據中心運營(yíng)的安全和可用性 。 斷電或低質(zhì)量供電是造成數據中心服務(wù)器宕機的主要因素之一 。 因此 ，保證數據中心電力持續而穩定的供應是工作的重中之重， 對 比傳統列柜配電方案，母線(xiàn)槽技術(shù)先進(jìn) 、可靠性高 ，近幾年在數據中心末端配電中得到廣泛應用 。 

2  數據中心末端配電的界定

  數據中心配電系統存在３個(gè)層次。 

  主配電區 ：中壓配電柜、變壓器、備用發(fā)電機、低壓配電柜 。 

  干線(xiàn)配電區：UPS(不間斷電源）、低壓二級配電柜 。

  終端配電區：列頭柜、機架、IT設備。

  數據中心末端配電范圍是指從ups輸出柜引出 至機柜內部PDU（ 電源分配單元），主要供電對象為IT設備。 由于機房?jì)任锢砜缍仍?0-50M, 這一區域是數據中心配電系統的核心環(huán)節, 稱(chēng)為”后50M”。

3  傳統配電方案

  機房傳統配電系統一般采用2回10KV市電接 入， 經(jīng)過(guò)變壓器、低壓配電柜分別接入兩組UPS電源設備 ，再經(jīng)過(guò)UPS輸出柜連接至各個(gè)列頭柜， 從列頭柜敷設 電纜接入機柜內PDU 。 傳統配電方式技術(shù)成熟、單根電纜故障影響范圍小 。但是，列頭柜占用機柜空間大、 電纜電能損耗較大、施工復雜、隱患排查和末端配電擴展困難 。機房傳統配電方如 圖1所示

 4  智能母線(xiàn)配電方案 

4.1 概念

  智能母線(xiàn)系統是一種取代傳統電纜的數據中心末端配電解決方案，由始端箱、 干線(xiàn)單元、轉接單元、插接箱、連餅和綱組成，具有主路和支路電壓、電流、頻率、 開(kāi)關(guān)狀態(tài)、 母排溫度檢測等功能。 母線(xiàn) 槽由 保護外殼 （ 鋼板或鋁板） 、 導電排、 絕緣材料及 有關(guān)附件組成 智 能母線(xiàn)組成部件如圖 2所示 。

 4.2 技術(shù)特點(diǎn) 

  （1） 安全可靠母線(xiàn)槽采用銅或鋁作為導電體， 電流容量大 電氣和機械性能好。同 時(shí) ， 使用金屬槽作為保護外殼， 不會(huì )燃燒 。通過(guò)緊密接觸的金屬外殼散發(fā)熱量 ，散熱性能好。

  （2）安裝便捷 母線(xiàn) 槽配有標準 的 安裝支架， 無(wú)需單獨橋架支 撐， 采用 插接方式把主干線(xiàn) 電源分接至支線(xiàn) ， 結 構 緊湊， 插拔方便 。

  （3）維護方便 母線(xiàn) 槽 日 常維護通常僅需測量外殼、 穿心螺栓 和接頭溫升， 維護量少 。

  （4）各個(gè)功能單元為模塊化定制， 靈活應對功率變化 ，并且可 以 隨需擴容

  （5）智 能監控 終端箱及插接箱均采用智 能化設計 ， 可實(shí)現集 成監控 ， 監測整個(gè)數據中 心的 運行狀況 

4.3智能母線(xiàn)配電方式 

智能母線(xiàn)在數據中心末端配電中連接方式如圖3所示。 干線(xiàn)母線(xiàn)槽接自二級配電柜 ，通過(guò)終端箱分接至次級母線(xiàn)槽 ，機柜采用雙路PDU供電,分別接入不同次級母線(xiàn)槽插接箱

圖3 智能母線(xiàn)配電方式

4.4 智能監控

  智能母線(xiàn)的數據采集 點(diǎn)分散于整個(gè)機房供配電系統的每個(gè)機柜插接箱 ，采集每個(gè)機柜的每一回路的用電信息 ，包含負載的電壓 、電流 、功率等 ；每一路母線(xiàn)干線(xiàn)的電能參數 ，包含電流 、電壓 、功率 ,干線(xiàn)能耗 、諧波畸變率及功率因數等 。通過(guò)開(kāi)放式通信協(xié)議將數據傳輸至后臺監控系統 ，集中監控顯示 ，便于運維人員獲取數據

   同時(shí) ，智能母線(xiàn)監控系 統還能通過(guò)數據采集實(shí)現母線(xiàn)槽溫度 、濕度和水浸智能化實(shí)時(shí)顯示和控制 ，預警由安裝、維護不當，表面積水或水滲入內部引起的母線(xiàn)故障 ，提升智能母線(xiàn)的安全性，實(shí)現全生命周期管理 。智能母線(xiàn)系統監控網(wǎng)絡(luò )拓撲如圖４所示

圖4 智能母線(xiàn)系統監控網(wǎng)絡(luò )拓撲

4.5 性能比較數據中心末端配電傳統方式與智能母線(xiàn)配電方式性能比較見(jiàn)表１ 

  表1末端配電傳統方式與智能母線(xiàn)配電方式性能比較

5 系統方案 

5.1 項目介紹

  江寧數據中心建設項目主要完成機房基礎環(huán)境建設 ，包括土建裝修、電源系統、空調系統、動(dòng)環(huán)監控系統、消防系統 、數據配套等 。按照國網(wǎng)公司機房建設標準，將江寧機房建成符合模塊化 、虛擬化、智能化、綠色節能 、安全可靠的數據中心 。 其中，電源系統是整體數據中心機房髙可用性的后盾 。

5.2 設計方案

  采用智能母線(xiàn)取代傳統電纜的數據中心配電解決方案，IT設備由UPS供電 ，制冷機組、末端空調 、照明等其他負荷由市電直供。經(jīng)核算 ，3層中密度機房可安裝機架208架 ，新增兩套獨立的800KV UPS系統 ，共配置４臺400KVA UPS主機，每臺主機配置 1組 480/1000AH蓄電池組 。采用2N雙母線(xiàn)配電架構，每個(gè)機柜安裝雙路PDU，分別由兩條獨立母線(xiàn)上的插接箱供電 ，其中，UPS配電柜至始端箱智能母線(xiàn)采用 1250A規格，始端箱至封閉冷通道各機柜智能母線(xiàn)采用160A規格 。中密度機房末端配電方式如 圖5所示。

6 安科瑞列頭柜及監測產(chǎn)品介紹

  隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，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。

  AMC系列數據中心精密配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過(guò)通訊將數據上傳到動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現對整個(gè)數據機房的實(shí)時(shí)監控和有效管理，為實(shí)現綠色IDC提供可靠保證。     

  6.1精密配電管理解決方案

  6.1.1交流系統

  1）功能要求：

  遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

  遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相,過(guò)流，輸入分路和輸出分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

  2）配置方案-示意圖

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

6.1.2直流系統

  1) 功能要求

  遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

  遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

  2)配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

 霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開(kāi)關(guān)電源            SBD-30  （48V）

 6.2產(chǎn)品規格

  說(shuō)明：■為標配功能。

6.3配套附件

7  安科瑞母線(xiàn)槽監測產(chǎn)品介紹

7.1 概述

  數據中心小母線(xiàn)系統是數據中心末端母線(xiàn)供配電系統的俗稱(chēng)。近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心建設的快速發(fā)展和高需求，智能小母線(xiàn)系統逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監測模塊，將數據上傳至動(dòng)環(huán)監控中心。

7.2  AMB智能小母線(xiàn)管理系統

  1）交流系統功能：

遙測：三相電壓、電流、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、電纜溫度，系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線(xiàn)電流、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；    

  2）直流系統功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；                             

7.3 產(chǎn)品介紹

  說(shuō)明：■為標配功能。

8 結束語(yǔ) 

  江寧數據中心建設項目在末端配電中采用智能母線(xiàn)系統方案取代傳統列頭柜＋電纜方案 ，可靠性髙、易于安裝維護，提高了數據中心配電系統的可用性、節能性、經(jīng)濟性以及靈活性，確保了服務(wù)器、計算機等設備的穩定運行。

參考文獻： 

  【1】級凡.母線(xiàn)槽的選用【Ｊ】．科技信息，2013（4）：402-404.

  【2】談軍、戴勇、李偉，李沛 .智能母線(xiàn)在數據中心末端配電中的應用研究.

  【3】安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版.

  【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2019.11版.