摘要:通過結(jié)合機架母線槽系統(tǒng)的使用特點,，將“始端箱7線槽+終端箱"機架母線配電方式與取得過"列頭柜+電纜"配電 方式進行使用性能與技術(shù)經(jīng)濟指標的對比，分析了機架母線柔,，性配電,、保護、擴容,、監(jiān)測等多種功能,，說明機架母線在提高了數(shù)據(jù)中心供電方式穩(wěn)定性、靈活性的同時,，大大提高了單位空間的裝機率,。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;機房配電；列頭柜;機架母線
0引言
隨著大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展,，數(shù)據(jù)機房的傳統(tǒng)“列頭柜+電纜" 配電方式已經(jīng)不能滿足日新月異的供電需求,，于是出現(xiàn)了一種更加靈活的配電方案:機架母線配電技術(shù)，釆用“始端箱+母線槽+終端箱"的配電形式,，實現(xiàn)對電子信息設(shè)備進行柔性配電,、保護、擴容,、監(jiān)測等多種功能,，提高了數(shù)據(jù)中心供電穩(wěn)定性、 靈活性的同時,，大大提高了單位空間的裝機率,為數(shù)據(jù)中心帶來額外的收入,。
1傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式存在的問題
1.1列頭柜浪費空間，裝機率低下
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式需要在每列加裝一個電源列頭柜及空調(diào)列頭柜,，占用的機房空間,，影響數(shù)據(jù)中心的裝機率，制約公司IDC業(yè)務(wù)的發(fā)展,。
1.2可靠性低,，擴展困難
釆用傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方案,，列頭柜內(nèi)布線復(fù)雜，故障點較多,降低系統(tǒng)的可靠性;對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求,，需要重新敷設(shè)新電纜,，增加項目投資、施工復(fù)雜且周期長,，擴展困難,。
1.3列頭柜系統(tǒng)存在單點隱患
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式是由低壓電纜進入列頭柜，通過主路控制開關(guān)控制各分路開關(guān),，再由分路開關(guān)控制各機柜PDU 供電,，且還要實現(xiàn)眾多點位的電源，但凡列頭柜模塊出現(xiàn)故障,，將會導(dǎo)失去整列機柜的電源,，存在單點隱患，而且此類故障一般只能由廠家工程師現(xiàn)場調(diào)試更換后才能恢復(fù),，若在此期間發(fā)生宕機,，將不能及時處理，產(chǎn)生嚴重后果,。
1.4安裝工作復(fù)雜,，易產(chǎn)生維護隱患
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式接線工作量大、周期長,，施工工藝與水平參差不齊,，存在人為接線錯誤、標簽標識錯誤,、動力線線虛接等各類問題,，對運行維護造成重大隱患。
2總體解決方案描述
為了克服上述問題,，本文提出了釆用了 “始端箱+母線槽+終端箱"的機架母線（以下簡稱機架母線）配電方式實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心設(shè)備的配電,、保護、擴容,、監(jiān)測等多種功能,，該配 電方式由始端箱、導(dǎo)軌式母線槽,、終端箱（插接箱）組成,，其原理是在機柜頂部預(yù)制母線槽,之后根據(jù)每一臺機柜內(nèi)設(shè)備的需要再單獨配置對應(yīng)的終端箱（插接箱），放置在對應(yīng)機柜的擺放位置,，由終端箱（插接箱）引出電纜為機柜供電（如圖1）.
3具體方案實施
3.1方案設(shè)計
母線系統(tǒng)有多種電流標準,，大多數(shù)廠商產(chǎn)品都提供三種 規(guī)格：10QA、225A和400A.根據(jù)項目需求，結(jié)合母線槽系統(tǒng)的使用特點,，由于建設(shè)模塊內(nèi)每列機柜均釆用兩根母線槽的雙路供電方式,，由于機柜負載均為5KW,考慮到現(xiàn)階段實際應(yīng) 用以及日后擴容變更、單一支路增容,、冗余,、備份等需求，部署于機房模塊內(nèi)的AC交流母線槽主體均釆用225A規(guī)格,，可提供單列單路母線槽133KW負載需求.根據(jù)該機房柜列長度,，措配多根3米及2米AC母線槽主體，以及相應(yīng)的接插箱,、連接件等等,，完成母線槽系統(tǒng)配置。
3.2現(xiàn)場實施要點
此次改造項目選取的中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心B02 機房14模塊由于柜頂部空間分別設(shè)置了弱電線纜橋架,、光纖槽,、背板空調(diào)管路橋架，個別列端頭位置還有空調(diào)管理系統(tǒng)的 連續(xù)轉(zhuǎn)彎,，導(dǎo)致空間非常緊張,，機柜母線安裝困難，甚至出現(xiàn)了空調(diào)管路緊貼母線始端箱的情況.考慮到機柜母線合理的安裝位置是機柜后門位置,，建議前期空調(diào)、弱電施工時,，在機柜頂部空間的后部位置預(yù)留500~600nmi的空間,，用于安裝兩根機柜母線,分別用于機柜A/B路供電。
由于始端箱安裝位置比較高,，且始端箱內(nèi)的電氣質(zhì)量釆集參數(shù)也比較多,，但在始端箱內(nèi)設(shè)置的顯示屏很難顯示完整 并且由于位置過高，無法進行操作切換頁面,，建議取消顯示屏,，將釆集結(jié)果顯示放到主控箱監(jiān)視屏上進行就地顯示和檢査。只在始端箱保留故障指示燈,，便于后期運維人員簡單觀察和判斷始端箱是否出現(xiàn)故障,。
在實施順序上，建議機柜母線和橋架同時或銜接施工,便于各方溝通相互位置,，保證各子系統(tǒng)均有合理充足的操作空間,。此次項目實施過程中機柜母線和背板空調(diào)管路橋架發(fā)生 沖突，因此只能將母線安裝在機柜前門位置,導(dǎo)致端接箱至PDU 的電纜變長,，且不便于走線,。而且可能造成后期維護的不便。
另外，當機柜母線和背板同時釆用時,，建議按照"水（冷）/ 電分離"的原則,，將背板管路系統(tǒng)放置于地板下或機柜底座中，便于分別維護,，減少各系統(tǒng)間的沖突,。
3.3后期調(diào)試
安裝完畢后，以B02機房樓14模塊A列為例,，分別測得不同時段各插接頭與母線槽接觸溫升,、插接箱表面溫升、工業(yè)插座連接處溫升,、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)如圖所示（如圖2）,。
圖2單列機架母線系統(tǒng)測試情況
根據(jù)標準，母線槽在平均環(huán)境溫度為25℃,、額定負荷狀態(tài)下,，其溫升要求如下：
由此可見,當環(huán)境溫度為26℃,機柜負載6KW時,插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升,、工業(yè)插座連接處溫升,、 插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)要求。此外,，現(xiàn)場針對整個模塊各列機柜母線做了季度試運行測試（如圖3）, 結(jié)果均滿足要求,。
圖3機架母線配電系統(tǒng)季度試運行情況
4 “始端箱+母線槽+終端箱"機架母線配電方式的效能分析
4.1節(jié)省空間，提高裝機率
相對于傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式,，機架母線配電系統(tǒng)無需在機柜頂端布置強電走線架,節(jié)省機柜上方空間;更重要的是“始端箱+母線槽+終端箱"機架母線配電方式,，節(jié)省列頭 柜占地，提高裝機率,，就中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心機房為例,，一個模塊就能節(jié)省8個機柜位置，一個機房32個模塊就 能節(jié)省出256個機柜的空間,，相當于2個模塊,。按照一個機柜一年6萬元租金計算，中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心每個機房每年能增加收入1536萬元,。
4.2柔性配電,，即插即用
機架母線配電方式是根據(jù)每一臺機柜需求單獨配置終端箱（插接箱），這樣便于調(diào)整分路及容量,，柔性配電,，避免容量浪費，較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"一對一供電方式更為靈活,，能做到終端箱（插接箱）即插即用,，可靈活適用需求,；此外,母線槽系統(tǒng)需保證能在不停電的情況下對各部件安裝、連接的緊固程度進行檢查,。此外,，母線插接箱內(nèi)的斷路器與機柜PDU直接連接，故障點少,，提高系統(tǒng)可用性,；對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求,僅需要增加插接單元，直接帶電安裝于母線上即可完成擴展,。
4.3分路釆集,，智能
較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電依靠列頭柜實現(xiàn)的方式, 機架母線配電系統(tǒng)中的始端箱具有智能模塊，支持多種通訊協(xié)議,，包括Modbus RTU, Modbus TCP以及無線信號傳輸,，可以無縫連接到整個建筑管理系統(tǒng)（BMS）或數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)（DCIM）中，通過標準協(xié)議與后臺系統(tǒng)進行集成,。在智能釆集電氣參數(shù)（例如:輸入分路的電壓,、電流、 功率,、電度,，輸出分路電流、功率,、電度以及輸入分路的過壓/欠壓,、輸入分路的熔絲狀態(tài)等）的同時，還能實現(xiàn)電壓,、電流,、功率、絕緣電阻值等參數(shù)的越限和重復(fù)性告警不阻塞功能, 當維護人員為了消除原已發(fā)出的告警信號而關(guān)掉了告警聲信號后,如果又產(chǎn)生新的告警,，會再次自動發(fā)出聲光告警信號（如圖4）。
圖4機架母線配電系統(tǒng)
4.4分散散熱,，自然冷卻
隨著裝機量的增加,需要布放越來越多的電纜,，嚴重阻礙空氣流通，影響制冷效果,。機架母線提供同等供電能力的同時,，占用體積僅為電纜橋架的35%,能更好的保持空調(diào)風道暢 通,提高制冷效率，降低電能損耗和數(shù)據(jù)中心運營成本,。始端箱,、母線槽、終端箱（插接箱）分開散熱,，同時外殼釆用鋁合金材質(zhì),，利用空氣自然冷卻,，散熱效果非常好，運行過程中不產(chǎn)生噪聲或震動,。
4.5安裝便捷,，節(jié)省人工
相對于傳統(tǒng)"列頭柜+電纜"配電方式，省去了走線架及大量電纜敷設(shè)的時間,母線安裝全部通過膨脹螺絲及吊桿,，母線槽整體吊掛,終端箱（插接箱）安裝只需通過“旋轉(zhuǎn)-鎖定"的方式即可（如圖5）,。據(jù)不*統(tǒng)計，該技術(shù)安裝便捷,，時間成本節(jié)省30%-60%（機架母線5-7天左右,，傳統(tǒng)做法直流電纜工期10天左右，交流電纜工期15天左右）,，較電纜敷設(shè),、人工接線節(jié)省大量時間；此外母線槽及終端箱（插接箱）產(chǎn)品設(shè)計模塊化,，安裝快捷的同時大大降低人為安裝錯誤率,。
5 安科瑞精密配電及系統(tǒng)解決方案
5.1 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)中心集中要求的多回路裝置,。
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)
1）交流
2）直流
5.4 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),、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；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,；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）查詢
當前界面可查看實時和歷史,；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。
5.5 系統(tǒng)硬件配置
6安科瑞智能母線解決方案
6.1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。
安科瑞智能母線產(chǎn)品分為交流和直流母線兩類,，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,。
6.2 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
6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4 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）大需量
顯示電壓、電流,、功率的大需量的數(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,。
7 系統(tǒng)硬件配置
8結(jié)語
數(shù)據(jù)中心機架配電釆用“始端箱+母線槽+終端箱"的機架母線，替代“列頭柜+電纜"的傳統(tǒng)方式對通信機柜進行柔性配電,，不僅靈活解決了客戶不斷變化的用電需求,提高了數(shù)據(jù)中心供電方式穩(wěn)定性,而且節(jié)省列頭柜占地,，避免了容量資源浪費，大大提高了單位空間的裝機率,而且便于維護,，綠色節(jié)能,。
