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(jì)方案,，以及每種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn),。分析和研究智能母線槽配電方案，對(duì)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(yíng)銷,、經(jīng)營(yíng)、綜合管理及分析決策等服務(wù)的公 共信息平臺(tái),，是各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺(tái),，是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨流程應(yīng)用的重要支持平臺(tái),。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(yùn)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(yùn)維便利性，確保供電系統(tǒng)的不間斷運(yùn)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(jiǎn)稱“本數(shù)據(jù)中心”)實(shí)施案例為研究對(duì)象,，對(duì)幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對(duì)比研究,，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，以及應(yīng)用場(chǎng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè) 計(jì)規(guī)范》(GB 501 74．2017)和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)每個(gè)機(jī)柜配置兩條PDU插座,，通過(guò)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(gè)列頭柜同時(shí)配置A和B兩路主輸人開(kāi)關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開(kāi)關(guān),，每個(gè)機(jī)柜從1個(gè)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(gè)列頭柜配置A或B兩路主輸入開(kāi)關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開(kāi)關(guān),，每個(gè)機(jī)柜從2個(gè)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(gè)系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組成的,，則任何一個(gè)子系統(tǒng)的故障將直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。模式一采用1個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A,、B路電源,，模式二分布在兩個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A路或B路電源,。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)*機(jī)房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，正常運(yùn)行情況下模式一和模式二均滿足容錯(cuò)要求,，即當(dāng)A,、B路任何一路出現(xiàn)故障時(shí)均不影響末端設(shè)備運(yùn)行。從運(yùn)維管理角度考慮,，模式一中的一路出x故障時(shí),，因A、B兩路供電均在一個(gè)列頭柜內(nèi),，因此需停電維護(hù),，增加了運(yùn)維的難度和可操作性。當(dāng)列頭柜內(nèi)配置較低時(shí),，存在任何一路故障時(shí)有可能對(duì)另外一路造成故障的風(fēng)險(xiǎn),。因此，從可靠性和可用性比較,，模式二相對(duì)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(zhǎng)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(duì)于列頭柜兩種供電模式比較,，每個(gè)機(jī)柜從兩個(gè)列頭柜取電可用性比從同一個(gè)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(cè)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(duì)供電可靠性和可管理性要要求越來(lái)越高，同時(shí),，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)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(jiǎn)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(kāi)關(guān)水平安裝，配置機(jī)械表和指示燈,，只有配電功能,，無(wú)任何檢測(cè)及通訊 功能。

　　二代：多數(shù)采用開(kāi)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(shí)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(kāi)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(duì)比分析

　　從表1所示，相比傳統(tǒng)配電柜,，從安全管理,、運(yùn)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(cè)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(shí),，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(xiǎn),。

　　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(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心所應(yīng)用,。目前國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心已有多個(gè)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(shí)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(guò)電纜與主干母線槽上的插接箱進(jìn)行連接,。

　　3.2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　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(guò)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(cè)量單元和通訊單元,，監(jiān)測(cè)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(guò)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(dòng)，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(jì)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(cè)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(cè)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(guò)在進(jìn)線箱、插接箱配置電能儀表,、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元,、通訊接口單元等元件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流，電壓,，功率和電量,，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)機(jī)柜PDU的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜的監(jiān)控和能效管理,?？蓪?shí)現(xiàn)故障報(bào)警,，實(shí)時(shí)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(cè)參數(shù)將匯集到母線系統(tǒng)的監(jiān)控總單元模塊，通過(guò)開(kāi)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(duì)接,，可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況,，任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對(duì)應(yīng)編號(hào),，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(shì)

　　4.1 可靠性對(duì)比

　　1）智能化插接母線相對(duì)傳統(tǒng)的“列頭柜+電纜”,，既避免電纜所帶來(lái)的諸如電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良等施工工藝問(wèn)題,，將傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)傳統(tǒng)列頭柜集中配電管理,，當(dāng)任意一個(gè)機(jī)柜端供電故障時(shí),，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(duì)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(zhǎng)度、走向,、機(jī)柜端開(kāi)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(shí)，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(jí)在線熱插拔擴(kuò)展,，可實(shí)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(duì)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?jī)?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(jià)可創(chuàng)造約800萬(wàn)元空間價(jià)值,。

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

　　3）可隨時(shí)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(cè)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(wèn)題也越來(lái)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(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)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(guò)通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理,，為實(shí)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(cè)：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(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓,、電流,、功率等參數(shù)的越限報(bào)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(cè)：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(tǒng)計(jì),，實(shí)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(kāi)關(guān)電源            SBD-30  （48V）

　　5.2產(chǎn)品規(guī)格

　　說(shuō)明：■為標(biāo)配功能,。

　　5.3配套附件

6安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)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(lái)，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(diǎn),，即插式插接箱給各個(gè)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(cè)模塊,，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)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(cè)：三相電壓、電流,、有功功率,、無(wú)功功率、視在功率,、功率因數(shù),、有功電能、無(wú)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(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(tǒng)功能：

　　遙測(cè)：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(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；

　　6.3產(chǎn)品介紹

　　說(shuō)明：■為標(biāo)配功能,。

　　7結(jié)束語(yǔ)

　　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(yùn)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(guò)對(duì)不同種機(jī)柜端配電方式的對(duì)比分析,，以及結(jié)合實(shí)際案例應(yīng)用分析智能母線槽設(shè)計(jì)要求,、安裝方式、對(duì)比優(yōu)勢(shì),，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,。