安科瑞 鮑靜君

　　摘要：本文從數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)的安全性,、可行性角度出發(fā)，分析當(dāng)前電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案,，以及每種設(shè)計方案的優(yōu)缺點,。分析和研究智能母線槽配電方案，對其可靠性,、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行 深入探討,，為關(guān)鍵電力負(fù)載提供可靠性的用電保障。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心,；列頭柜配電,；智能母線槽；模塊化列頭柜,；可靠性

　　0前言

　　電力數(shù)據(jù)中心是電力企業(yè)通信,、調(diào)度、信息,、營銷,、經(jīng)營、綜合管理及分析決策等服務(wù)的公 共信息平臺,，是各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺,，是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨流程應(yīng)用的重要支持平臺,。電力數(shù)據(jù)中心既包含信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù),，還包括綜合數(shù)據(jù)通信鏈路、綜合環(huán)境控制基礎(chǔ)設(shè)施,，其中配電系統(tǒng)是支撐電力數(shù)據(jù)中心正常運行關(guān)鍵的設(shè)施之一,。

　　低可靠性供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)中斷主要原因。如何優(yōu)化提高配電系統(tǒng)的可用性和安全性,，增加設(shè)備更換擴(kuò)容的靈活性,，提高運維便利性，確保供電系統(tǒng)的不間斷運行,，是電力數(shù)據(jù)中心管理者所面臨的重大課題之一,。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的末端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)某信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心(以下簡稱“本數(shù)據(jù)中心”)實施案例為研究對象,，對幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對比研究,，分析其優(yōu)缺點,，以及應(yīng)用場景，提出為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供可靠性用電保障的參考方案,。

　　1 數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定

　　本數(shù)據(jù)中心按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè) 計規(guī)范》(GB 501 74．2017)和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計規(guī)范》(GB／T 50980—2014)的要求建設(shè),，采用A、B雙路系統(tǒng)進(jìn)行供電,。

　　數(shù)據(jù)中心末端配電的范圍指從UPS輸出配 電柜輸出端引出至機(jī)柜PDU插座端,，供電對象為機(jī)柜承載的IT設(shè)備和服務(wù)器，相關(guān)配電系統(tǒng) 拓?fù)鋱D如圖1所示

圖1 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　2機(jī)柜端列頭柜配電方案

　　2.1 傳統(tǒng)列頭柜供電方式

　　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電采用配電列頭柜加電纜的配電方式,，同時每個機(jī)柜配置兩條PDU插座,，通過電纜從列頭柜取電。列頭柜與機(jī)柜之間的供電一般有兩種模式

　　2.1.1模式一

　　每個列頭柜同時配置A和B兩路主輸人開關(guān)及對應(yīng)饋線開關(guān),，每個機(jī)柜從1個列頭柜取電,。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

　　2.1.2模式二

　　每個列頭柜配置A或B兩路主輸入開關(guān)及對應(yīng)饋線開關(guān),，每個機(jī)柜從2個列頭柜取電,。 如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

　　2.1.3模式一和模式二比較

　　1)可靠性和可用性比較：供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及配置直接決定了數(shù)據(jù)中心的可用性和可靠性,。如果一個系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組成的,，則任何一個子系統(tǒng)的故障將直接影響系統(tǒng)的正常運行。模式一采用1個列頭柜向末端設(shè)備提供A,、B路電源,，模式二分布在兩個列頭柜向末端設(shè)備提供A路或B路電源。按照國家標(biāo)準(zhǔn)*機(jī)房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時,，正常運行情況下模式一和模式二均滿足容錯要求,，即當(dāng)A、B路任何一路出現(xiàn)故障時均不影響末端設(shè)備運行,。從運維管理角度考慮，模式一中的一路出x故障時,，因A,、B兩路供電均在一個列頭柜內(nèi)，因此需停電維護(hù),，增加了運維的難度和可操作性,。當(dāng)列頭柜內(nèi)配置較低時，存在任何一路故障時有可能對另外一路造成故障的風(fēng)險,。因此,，從可靠性和可用性比較，模式二相對較高,。

　　2)成本比較：模式一和模式二兩種列頭柜同等配置情況下,，列頭柜進(jìn)線電纜長度 相同,，列頭柜與機(jī)柜之間電纜(以WDZB.YJV3×6 mm：配置為例)，每面機(jī)柜模式二 比模式一多3米,，相差不大,。

　　因此，對于列頭柜兩種供電模式比較,，每個機(jī)柜從兩個列頭柜取電可用性比從同一個列頭柜取電可用性高,，而成本差異不大。

　　2.2傳統(tǒng)列頭柜配置比較

　　列頭柜作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電管理的核心設(shè)備,，需滿足配電,、監(jiān)控、測量,、保護(hù),、告警等作用。由于信息化設(shè)備進(jìn)一步集中,，數(shù)據(jù)中心對供電可靠性和可管理性要要求越來越高,，同時,，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的融合，列頭柜高度智能化的技術(shù)也逐步成熟，從一代簡單智能列頭柜逐步演進(jìn)到高度智能四代的技術(shù),。

　　列頭柜的發(fā)展大致分為四代，如下：

　    一代：普通開關(guān)水平安裝,，配置機(jī)械表和指示燈,，只有配電功能，無任何檢測及通訊 功能,。

　　二代：多數(shù)采用開關(guān)豎直安裝,，在進(jìn)線端加人數(shù)字電表或觸摸屏和通訊接口，只監(jiān)控主路,，未監(jiān)控分路,。

　　三代：在二代基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控,實現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理。

　　四代：在三代基礎(chǔ)上提高了智能化技術(shù),，集中開關(guān)模塊化,、二次元件模塊化、調(diào)相,、 監(jiān)控與一體,。

　　其中，一代和二代為傳統(tǒng)配電柜,，三代為目前數(shù)據(jù)中心常用配電柜,，四代為模塊化配電柜口，從柜體集成,、監(jiān)控,、維護(hù)等方面進(jìn)行比較,，如表1所示。

表1各種類型配電列頭柜對比分析

　　從表1所示,，相比傳統(tǒng)配電柜,，從安全管理、運行管理角度看,，配電柜可提供機(jī)房電源管理功能,，將配電系統(tǒng)*納入機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測內(nèi)容除電氣系統(tǒng)主母線及支路所有電氣參數(shù),，為機(jī)房提供更為管理及服務(wù),。同時，用戶可以及早發(fā)現(xiàn)安全隱患,，采取相應(yīng)改進(jìn)措施改善機(jī)房供電情況,，有效規(guī)避風(fēng)險。

　　3機(jī)柜配電端智能母線槽方案

　　3.1 智能母線槽概算

　　機(jī)柜端配電采用智能化母線槽作為機(jī)柜端配電成熟技術(shù)之一,，為國內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心所應(yīng)用,。目前國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心已有多個應(yīng)用案例，本數(shù)據(jù)中心也采用智能母線槽供電方案,，如圖4所示,。

圖4智能母線槽供電方案

　　3．2智能母線槽要求

　　3.2.1整體方案

　　本數(shù)據(jù)中心實施的機(jī)柜母線槽供電方案滿足機(jī)房要求，采用2N供電方式,，如圖5所示,。

圖5智能母線槽供電方案

　　主機(jī)房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2中UPS系統(tǒng)輸出A、B路主干母線槽(本案采用 IP54．1250 A密集母線)接人至機(jī)房每列機(jī)柜前段通道,，每列機(jī)柜端母線槽始端箱通過電纜與主干母線槽上的插接箱進(jìn)行連接,。

　　3.2.2設(shè)計要點

　　3.2.2.1主要構(gòu)成

　　機(jī)柜端智能母線槽包含“進(jìn)線箱、直線段,、插接箱”如圖6所示,。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖

　　1）進(jìn)線箱：用作整條母線供電，通過電纜從UPS主干母線插接箱斷路器連接取電,，并在箱體內(nèi)配置測量單元和通訊單元,，監(jiān)測電流、電壓,、功率因數(shù)等數(shù)據(jù),。

　　2）直線段：用于承載電流,、通過插接口和插接箱為機(jī)柜供電,。根據(jù)插接箱安裝方式分兩種類型，為軌道滑觸式母線槽和固定式母線槽,，兩者區(qū)別在于軌道式母線槽內(nèi)置滑觸導(dǎo)軌,其插接箱可以直接在母線上滑動,，以靈活適應(yīng)機(jī)柜的位置擺放需求,。而固定式母線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計密集插接口，間距一般為0.6米和1.2米,，基本能滿足高密度多變化的機(jī)柜擺放需求,。軌道滑觸式母線槽更適合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜布置和變化調(diào)整需求。

　　3）插接箱：插接箱用于從母線直身段取電,，支持熱插拔和調(diào)相,，內(nèi)部配置測量單元、通訊單元,、防雷單元及工業(yè)連接器單元等,，可監(jiān)測機(jī)柜端電流、電壓,、功率因數(shù)等數(shù)據(jù),。

　　3.2.2.2安裝方式

　　母線槽安裝方便快捷，可采用機(jī)柜上方安裝和地板下安裝兩種方式,。機(jī)柜上方安裝一般需要預(yù)留1米左右垂直空間,，需考慮強(qiáng)弱電橋架、風(fēng)管,、照明等因素,；地板下安裝一般需要預(yù)留0.6米左右垂直空間，需考慮地板下送風(fēng)氣流組織因素,。如圖7所示,。本案數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米，考慮機(jī)柜上方綜合管線和下送風(fēng)等因素,，機(jī)柜端母線槽采用機(jī)柜上安裝方式并A,、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

　　3.2.3監(jiān)控管理

　　機(jī)柜端智能母線槽通過在進(jìn)線箱,、插接箱配置電能儀表,、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通訊接口單元等元件實時監(jiān)測電流,，電壓,，功率和電量，實時顯示每個機(jī)柜PDU的運行狀態(tài),，實現(xiàn)對機(jī)柜的監(jiān)控和能效管理,。可實現(xiàn)故障報警,，實時監(jiān)控電能質(zhì)量,，包括負(fù)載系數(shù)，諧波含量等，所有監(jiān)測參數(shù)將匯集到母線系統(tǒng)的監(jiān)控總單元模塊,，通過開放通訊協(xié)議接口可與機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對接,，可實時查看數(shù)據(jù)中心機(jī)房運營狀況，任何監(jiān)測點出現(xiàn)故障,，均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對應(yīng)編號,，以便維護(hù)人員迅速作出響應(yīng)，大大減少檢修工作量,。如圖8所示,。

圖8智能母線槽監(jiān)控圖

　　4 智能母線槽配電方案優(yōu)勢

　　4.1 可靠性對比

　　1）智能化插接母線相對傳統(tǒng)的“列頭柜+電纜”，既避免電纜所帶來的諸如電纜接頭容易氧化,、松動和接觸不良等施工工藝問題,，將傳統(tǒng)現(xiàn)場機(jī)電工程安裝轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)

　　制產(chǎn)品拼接，提升整體系統(tǒng)成品質(zhì)量可靠性,。

　　2）相對傳統(tǒng)列頭柜集中配電管理,，當(dāng)任意一個機(jī)柜端供電故障時，采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響范圍,。

　　4.2 靈活性對比

　　1）智能化插接母線不需要敷設(shè)橋架和電纜,，供電架構(gòu)清晰明朗，提高機(jī)房整潔度,。

　　2）智能化插接母線可根據(jù)機(jī)柜數(shù)量,、位置、功率密度的變化靈活地調(diào)整母線的長度,、走向,、機(jī)柜端開關(guān)容量或相位。

　　3）智能化插接母線在進(jìn)行巡檢或故障維護(hù)時,，可降低系統(tǒng)維護(hù)影響范圍和檢修工作量,。

　　4）系統(tǒng)支持部件級在線熱插拔擴(kuò)展，可實現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求分期投資擴(kuò)容,。

　　4.3 成本對比

　　1）智能化插接母線降低了空間占用率,，采用智能母線槽可省去配電列頭柜，并且不占用任何地面面積,，節(jié)省的地板空間可用于擺放IT機(jī)柜,，可降低機(jī)柜容積比，提升機(jī)房內(nèi)部地面空間利用率,。本信息中心機(jī)房采用智能化插接母線大約可降低大約6%的容積比,，按機(jī)房面積單位造價可創(chuàng)造約800萬元空間價值。

　　2）采用智能化插接母線可降低運行維護(hù)成本,，規(guī)避了傳統(tǒng)方式所帶來的后期運維工作量大,、運維周期不可控以及人為干預(yù)帶來的安全性降低等問題,。

　　3）可隨時根據(jù)客戶需要調(diào)整配置，減少技改投資,。

　　5安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹

　　隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出,，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,。

　　AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計的,，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供電參量信息,，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機(jī)房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證,。

　　5.1配電管理解決方案

　　5.1.1交流系統(tǒng)

　　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：輸入分路的過壓/欠壓,，缺相,過流,，輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計,，實現(xiàn)電壓,、電流、功率等參數(shù)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

　　5.1.2直流系統(tǒng)

　　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(tǒng)計,，實現(xiàn)電壓、電流,、功率等參數(shù)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

　　開關(guān)電源            SBD-30  （48V）

　　5.2產(chǎn)品規(guī)格

　　說明：■為標(biāo)配功能。

　　5.3配套附件

6安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹

　　6.1概述

　　數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來,，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求,，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)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，即插式插接箱給各個機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電,。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊,，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

　　6.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

　　1）交流系統(tǒng)功能：

　　遙測：三相電壓,、電流,、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,、電纜溫度，系統(tǒng)頻率,、零序電流,、零地電壓、漏電流,、機(jī)柜溫度,、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài),、電壓/電流諧波含量,、電流/功率；

　　遙信：過電流2段閥值越限,、過/欠壓,、過功率告警、缺相,、過頻率,、欠頻率越限、零地電壓,、零線電流,、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài),、開關(guān)跳閘,；

　　2）直流系統(tǒng)功能：

　　遙測：電壓,、電流、功率,、電能,、電纜溫度、漏電流,、機(jī)柜溫度,、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài),、電流/功率；

　　遙信：過電流2段閥值越限,、過/欠壓,、過功率告警、缺相,、溫/濕度告警,，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘,；

　　6.3產(chǎn)品介紹

　　說明：■為標(biāo)配功能,。

　　7結(jié)束語

　　可靠性、可維護(hù)性,、經(jīng)濟(jì)性,、可擴(kuò)展性和節(jié)能環(huán)保是電力數(shù)據(jù)建設(shè)和運維的幾大關(guān)鍵要素，供配電系統(tǒng)更是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。隨著電網(wǎng)IT信息系統(tǒng)快速發(fā)展,，數(shù)據(jù)中心末端配電應(yīng)采用具備更高可用性、更高安全性和靈活性的配電結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐,。本文通過對不同種機(jī)柜端配電方式的對比分析,，以及結(jié)合實際案例應(yīng)用分析智能母線槽設(shè)計要求、安裝方式,、對比優(yōu)勢,，智能母線槽是電力數(shù)據(jù)中心末端配電的優(yōu)選方案之一。