張心志

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

       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),。重點(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(xiāo),、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)、跨流程高級(jí)應(yīng)用的重要支持平臺(tái)¨1,。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*為關(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(chēng)“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6R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》(GB50174．2017)【41和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T50980—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(mǎn)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,，模式一中的一路出現(xiàn)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．YJV3×6mm：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(mǎn)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,，從第一代簡(jiǎn)單智能列頭柜逐步演進(jìn)到高度智能第四代的技術(shù)。

       列頭柜的發(fā)展大致分為四代,，如下：

       第一代：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,。

       第二代：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。

       第三代：在第二代基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控,，實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理,。

       第四代：在第三代基礎(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,，第一代和第二代為傳統(tǒng)配電柜,，第三代為目前數(shù)據(jù)中心常用精密配電柜，第四代為模塊化精密配電柜口,，從柜體集成,、監(jiān)控、

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(mǎn)足機(jī)房要求，采用2N供電方式15,6jo],，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IP54．1250A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(lèi)型，為軌道滑觸式母線槽和固定式母線槽,，兩者*大區(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(mǎn)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)柜的精密監(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*終匯集到母線系統(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*大程度轉(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)

       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)比可隨時(shí)根據(jù)客戶(hù)需要調(diào)整配置，減少技改投資。

5智能小母線監(jiān)控解決方案

       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(lái)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(lèi),，包括始端箱監(jiān)測(cè)模塊,、插接箱監(jiān)測(cè)模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)行溫度,，確保母線槽配電安全。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng),，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊,。

5.1 智能母線監(jiān)測(cè)

6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。

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【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版

作者簡(jiǎn)介：張心志，男,，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,。