摘 要：數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的可靠性,、穩(wěn)定性和可維護(hù)性直接關(guān)系到 IT 設(shè)備的安全供電,。數(shù)據(jù)中心的末端配電技術(shù)主要有兩種,，一種采用列頭柜加電纜配電,，另一種是智能小母線配電。分別對(duì)兩種配電技術(shù)進(jìn)行了介紹和探討,，最后對(duì)兩種配電方式進(jìn)行了對(duì)比分析,，得出一些有益的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心,；末端配電,；列頭柜；智能小母線
1 概述
數(shù)據(jù)中心是國(guó)家確定的“新基建"七大領(lǐng)域之一,。數(shù)據(jù)中心在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中所起的作用越來越重要,，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為了各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重要支撐,。
數(shù)據(jù)中心要實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,，前提是其供電系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠、不間斷,。當(dāng)前，重要程度高的數(shù)據(jù)中心一般采用2N架構(gòu)的UPS供電方式,，以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)要求,，供電系統(tǒng)包括高低壓配電、后備發(fā)電機(jī)組,、不間斷電源,、后備蓄電池、精密配電等子系統(tǒng),，典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)如圖1所示,。
從圖1可以看出，最終的用電設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全程雙路由容錯(cuò)供電,。
2 末端配電
數(shù)據(jù)中心機(jī)房的末端配電一般是指從不間斷電源輸出柜到最終用電設(shè)備的配電部分,，最終用電設(shè)備包括IT設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備和照明等,。數(shù)據(jù)中心的末端配電較接近用電設(shè)備,，是整個(gè)供配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的安全可靠十分重要,。
傳統(tǒng)的末端配電技術(shù)一般采用列頭柜加電纜配電,，典型的配電系統(tǒng)如圖2所示。
3 列頭柜配電技術(shù)探討
按照國(guó)家規(guī)范的要求，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施宜按容錯(cuò)系統(tǒng)配置,。當(dāng)數(shù)據(jù)中心的末端配電采用列頭柜加電纜配電時(shí),，存在多種方案。以數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較多的封閉冷通道為例,，配電方案主要有如下4種方案,。
3.1 方案一
方案一如圖3所示。
每個(gè)封閉冷通道設(shè)置兩個(gè)列頭柜,，分別位于每列的頭部,，每個(gè)列頭柜由不同的UPS系統(tǒng)引出，即列頭柜A由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出,，列頭柜B由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)B引出,。
IT機(jī)柜的供電方式為：每個(gè)IT機(jī)柜內(nèi)包括兩路PDU，PDU(A) 和PDU(B),，其中PDU（A）通過電纜由列頭柜A取電,，PDU(B)通過電纜由列頭柜B取電。
本供電方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了全程雙回路供電,，無單點(diǎn)故障點(diǎn),，供電架構(gòu)清晰。缺點(diǎn)是 IT 機(jī)柜的供電需要跨列引電,，布線有一定難度,。
3.2 方案二
方案二的機(jī)柜布置和方案一相同，如圖3所示,，但列頭柜的內(nèi)部配置和配電電纜的敷設(shè)不同,。具體方案是：每個(gè)封閉冷通道也設(shè)置兩個(gè)列頭柜，列頭柜A和列頭柜B,，但每個(gè)列頭柜內(nèi)部又分為A,、B兩路，每路由不同的UPS系統(tǒng)引出,，即列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的A路由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出,，列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的B路由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)B引出。
IT機(jī)柜的供電方式是IT機(jī)柜的兩路PDU均來自于本列的列頭柜,，其中PDU（A）來自于本列列頭柜中的A路,，PDU（B）來自于本列列頭柜中的B路；這種供電方式結(jié)構(gòu)清晰,，但當(dāng)列頭柜需要擴(kuò)容,、更換或移位時(shí)，后端IT機(jī)柜的割接難度和工作量較大,。
3.3 方案三
方案三和方案二的不同之處僅在于IT機(jī)柜的取電方式不同,，即IT機(jī)柜的兩路PDU分別來自于不同的列頭柜,，且不同路，第1列的IT機(jī)柜的PDU（A）來自于列頭柜A內(nèi)的A路,，PDU（B）來自于列頭柜B內(nèi)的B路,；第2列的IT機(jī)柜的PDU（A）來自于列頭柜B內(nèi)的A路，PDU（B）來自于列頭柜A內(nèi)的B路,；這種供電方式保證了IT機(jī)柜的供電為全程雙路由,，且不存在單點(diǎn)故障點(diǎn)，但布線比較復(fù)雜,，現(xiàn)場(chǎng)接線容易發(fā)生錯(cuò)誤,，可能導(dǎo)致IT機(jī)柜由假雙路電源供電。
3.4 方案四
方案四如圖4所示,。
每個(gè)封閉冷通道只設(shè)置1個(gè)列頭柜,，位于其中一列的頭部，列頭柜內(nèi)部分為A,、B兩路,，分別由不同的UPS系統(tǒng)引出。IT機(jī)柜的兩路PDU分別由列頭柜內(nèi)的A路和B路取電,。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)是只占用了一個(gè)機(jī)柜位置,，節(jié)約了寶貴的機(jī)房空間資源。缺點(diǎn)是電纜需要跨列敷設(shè),，且當(dāng)列頭柜需要維修,、擴(kuò)容、更換或移位時(shí),，將造成后端所有IT機(jī)柜斷電,。
3.5 列頭柜配電方案對(duì)比
對(duì)上述4種列頭柜配電方案進(jìn)行對(duì)比，如表1所示,。
綜合列頭柜的上述4種列頭柜配電方案的優(yōu),、缺點(diǎn),，建議采用配電方案一,。
3.6 列頭柜配電技術(shù)分析
列頭柜配電技術(shù)要占用寶貴的機(jī)房資源，每臺(tái)列頭柜要占用了一個(gè)機(jī)柜位置,，使得可出租的IT機(jī)柜數(shù)量變少,。
列頭柜配電采用電纜進(jìn)行出線，出線配置1P或2P空開,，每一個(gè)出線回路連接一根電纜到一臺(tái)機(jī)柜,，再通過工業(yè)連接器或者直接連接到PDU的端子排上，為服務(wù)器進(jìn)行供電,。列頭柜在設(shè)計(jì)中往往會(huì)配置一些備用回路,，以備日后機(jī)柜擴(kuò)容或者維修,，當(dāng)列頭柜方案落地實(shí)施后，再進(jìn)行調(diào)整和更改會(huì)非常麻煩,，甚至需要停機(jī)進(jìn)行作業(yè),。采用電纜出線，如果雙路配電的方案,，會(huì)有大量的電纜需要部署,，后期維護(hù)、增加,、減少機(jī)柜,、調(diào)整機(jī)柜布局、增加機(jī)柜容量等難度很大,。另外,，電纜中間沒有監(jiān)控，長(zhǎng)期通過大電流出現(xiàn)絕緣老化時(shí)無法提前預(yù)警,，對(duì)運(yùn)營(yíng)帶來潛在危險(xiǎn),。
4 智能小母線配電技術(shù)探討
由于列頭柜要占用寶貴的機(jī)房資源，且配電不夠靈活,，業(yè)界一直在研究更加靈活可靠的末端配電技術(shù),，智能小母線配電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
智能小母線是相對(duì)應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)的大母線而言的,，應(yīng)用于機(jī)房末端配電,，且電流一般在800A以下的小型母線系統(tǒng)。
4.1 智能小母線的分類
智能小母線按照結(jié)構(gòu)可以分為滑軌式小母線和直列式小母線,。
所謂滑軌式小母線,，是指銅排導(dǎo)體采用環(huán)繞式布置，中間形成一個(gè)連續(xù)的空間通道,，底部連續(xù)開槽,，支持在任意點(diǎn)位插接取電的母線形式。
滑軌式小母線具有全程全點(diǎn)位接入分支回路的特點(diǎn),。插接箱在母線槽的下方安裝,，即插即用，母線槽無需斷電即可實(shí)現(xiàn)插接箱的在線插拔,；母線槽為模塊化結(jié)構(gòu),，支持分步實(shí)施、延續(xù),、擴(kuò)展和重構(gòu),，支持部件的按需分項(xiàng)采購(gòu)和部署。
所謂直列式小母線,，是指銅排導(dǎo)體采用上下并列平行布置,，母線左右兩側(cè)可間隔或密集布置插孔接入分支回路的母線形式,。
直列式母線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本更低,。但其插接箱是固定的,，不能根據(jù)需求靈活移動(dòng)，插接箱在母線槽的左右水平方向安裝,，插接口的數(shù)量有限,，整體擴(kuò)容性差。另外,，插接箱的體積大,，占用空間大，不易更換,，維護(hù)困難,。因此，直列式小母線適合后期方案不進(jìn)行調(diào)整,，大范圍固定配置的部署,。
滑軌式小母線和直列式小母線的特點(diǎn)對(duì)比如表2所示。
由于滑軌式小母線的插接箱在母線槽的下方向下安裝,，兩條智能小母線間距可以控制在 150mm以內(nèi),，占用IT機(jī)柜上方的水平空間較小， 一般可以在500mm以內(nèi),。插接箱朝向機(jī)柜后側(cè),，便于操作和觀察。而直列式小母線占用IT機(jī)柜上方的水平空間較大,，一般都600 mm 以上,，不便于安裝，且不便于后期的操作和觀察,。因此,，智能小母線推薦采用滑軌式小母線，不建議采用直列式小母線,。
4.2 智能小母線的配置方式探討
對(duì)于封閉冷通道,，智能小母線有單列單母線和單列雙母線兩種配置方式。
單列單母線配置圖如圖5所示,。
由于采用單列單母線方式,，需要跨列橋架,，布線難度很大,，不建議采用此種配置方式，推薦采用單列雙母線配置方式,。
4.3 智能小母線插接箱配置方式探討
IT機(jī)柜通過插接箱從母線取電,，即母線通過插接箱將電送至IT機(jī)柜內(nèi)的PDU,。插接箱有單路輸出和三路輸出兩種，單路輸出的插接箱一般為單相,，有的具備調(diào)相功能,。三路輸出的插接箱輸入一般為三相，輸出自然分相,，有利于三相平衡,。
因此，插接箱的配置方式可以分為一對(duì)一模式和一對(duì)三模式,。一對(duì)一模式的配置圖如圖 6所示,，一對(duì)三模式如圖7所示。
兩種插接箱配置方式對(duì)比如表4所示,。
雖然插接箱一對(duì)一的配置方式清晰方便,，發(fā)生故障時(shí)只影響一個(gè)機(jī)架，但成本較高,?？紤]到IT機(jī)柜有兩路供電，兩路供電同時(shí)發(fā)生故障的可能性很低,，而且,，一對(duì)三方式采用一般三相輸入，輸出到三個(gè)機(jī)柜自然分相,，不需要額外考慮三相平衡問題,，因此推薦采用一對(duì)三的配置方式。
5 末端配電技術(shù)對(duì)比分析
5.1 列頭柜配電技術(shù)與智能小母線配電技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
傳統(tǒng)的機(jī)房末端配電技術(shù)采用列頭柜加電纜的配電方式,，列頭柜需要占用機(jī)柜安裝位置,；需要安裝走線架，施工難度大,，電纜較多,，且一般需要一次性建成；IT機(jī)柜的配電容量是固定的,，無法進(jìn)行靈活調(diào)整,；若機(jī)房搬遷，列頭柜,、電纜,、走線架等一般無法重復(fù)利用。
智能小母線配電技術(shù)采用了進(jìn)線箱,、母線槽和插接箱,，為模塊化結(jié)構(gòu)，不需要占用寶貴的機(jī)柜安裝位置,；無需走線架,，施工工期短,；若IT機(jī)柜容量調(diào)整，插接箱可熱插拔,，只需更換插接箱即可,；若機(jī)房搬遷，設(shè)備均可重復(fù)利用,。
但智能小母線也存在如下缺點(diǎn),。
（1）對(duì)機(jī)房高度要求更高。采用列頭柜配電方式,，為滿足走線要求,，一般要求IT機(jī)柜上方有不小于500mm的高度，而智能小母線,，要求上方不小于800mm的高度,。
（2）維護(hù)操作不方便。智能小母線的安裝位置較高,，操作人員如果要對(duì)開關(guān)進(jìn)行分合閘等操作,，比較不方便。
（3）設(shè)置復(fù)雜,。若插接箱內(nèi)的空氣開關(guān)故障,，就要更換插接箱，而且插接箱更換后需要廠家重新設(shè)置通訊地址,。兩種配電方式的特點(diǎn)對(duì)比如表5所示,。
綜上所述，如果是一次性部署服務(wù)器或是方案固定的數(shù)據(jù)中心,，一般會(huì)采用列頭柜加電纜的配電方案,。如果是需要分批次部署服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，或后期需要進(jìn)行末端負(fù)荷調(diào)整的數(shù)據(jù)中心,，推薦采用全點(diǎn)位,、滑軌式的智能小母線配電方案。
5.2 兩種配電方式的造價(jià)對(duì)比
我們?nèi)砸猿Ｒ姷姆忾]冷通道來進(jìn)行對(duì)比,，該封閉冷通道采用2N雙母線UPS供電方式,。一般來說，封閉冷通道內(nèi)的單列IT機(jī)柜數(shù)量在25個(gè)以內(nèi),，現(xiàn)假設(shè)為單列18個(gè)機(jī)柜,，若采用列頭柜配電方式，則單列IT機(jī)柜數(shù)為17個(gè),，單個(gè)IT 機(jī)柜額定功率為4 kW,。采用智能小母線方案，則單列機(jī)柜數(shù)為18個(gè)機(jī)柜。
列頭柜配電方案如圖3所示,，智能小母線配電方案如圖7所示。
列頭柜配電方案的造價(jià)如表6所示,。智能小母線配電方案的造價(jià)如表7所示,。
從表6和表7可以看出，兩種配電方式的造價(jià)相差105840元,，但智能小母線配電方式可以多安裝2個(gè)IT機(jī)柜,，假設(shè)每機(jī)柜的月租金（不含電費(fèi)）為2500元，則多花的投資部分,，其回收期約為1.76年,。在10年的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，小母線配電方式可以為增加租金收入約49.4 萬(wàn),。
6安科瑞為數(shù)據(jù)中心提供的能效監(jiān)控解決方案
6.1 精密配電管理解決方案
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(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精確的電參量信息,，并可通過通訊將數(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,。
6.1.1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(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
6.1.2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
開關(guān)電源 SBD-30 （48V）
產(chǎn)品規(guī)格
說明：■為標(biāo)配功能,。
配套附件
6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
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(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。
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測(cè)：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(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,；
產(chǎn)品介紹
說明：■為標(biāo)配功能,。
7總結(jié)
末端配電是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的末梢環(huán)節(jié)，它的可靠性,、穩(wěn)定性和可維護(hù)性直接關(guān)系到IT設(shè)備的安全供電,。數(shù)據(jù)中心的末端配電方式主要包括兩種，一種是采用列頭柜加電纜的配電方式,，另一種是智能小母線配電方式,。本文通過分析，得出如下結(jié)論：
（1）對(duì)于封閉冷通道,，如果采用列頭柜加電纜的配電方式,，建議采用上文中的方案一，即每個(gè)冷通道配置2個(gè)列頭柜,，每個(gè)IT機(jī)柜分別從2個(gè)列頭柜各取1路電源,。
（2）智能小母線分為滑軌式小母線和直列式小母線，考慮到機(jī)房的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境,，推薦采用滑軌式小母線,，不建議采用直列式小母線,。
（3）智能小母線推薦采用單列雙母線方案。
（4）智能小母線的插接箱推薦采用一拖三方案,。
（5）對(duì)于分批次部署服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心,，或后期需要進(jìn)行末端負(fù)荷調(diào)整的數(shù)據(jù)中心，強(qiáng)烈建議采用滑軌式的智能小母線配電方案,；如果是一次性部署服務(wù)器或是方案固定的數(shù)據(jù)中心,，可采用列頭柜加電纜的配電方案。
（6）智能小母線造價(jià)相對(duì)較高,，投資回收期約為2年,。
總的來說，由于智能小母線具有不占用機(jī)柜位置,、配電回路清晰,、模塊化結(jié)構(gòu)、工期短,、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),，雖然其造價(jià)相對(duì)較高，但在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期內(nèi)可以為投資方帶來更大的收益,。因此,，建議在數(shù)據(jù)中心內(nèi)推廣應(yīng)用智能小母線末端配電技術(shù)。
參考文獻(xiàn)：
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【2】袁云濤.數(shù)據(jù)中心機(jī)房機(jī)柜母線的布置方式探討.2021年2月
【3】姚燕家.IDC產(chǎn)業(yè)變革數(shù)據(jù)中心末端配電領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇.2020年11月
【4】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版
筆者簡(jiǎn)介：
侯文莉,，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,，主要從事數(shù)據(jù)中心智能小母線監(jiān)控的應(yīng)用
