淺析數(shù)據(jù)中心機(jī)架配電母線的應(yīng)用及監(jiān)控產(chǎn)品選型

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要：本文先分析配電母線槽創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)勢，然后結(jié)合湛江數(shù)據(jù)中心302機(jī)房母線槽建設(shè)對配電母線槽和列頭柜兩種供電方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對比，最后總結(jié)推廣應(yīng)用建議，以期為相關(guān)工程技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)架配電母線；列頭柜；數(shù)據(jù)中心

1引言

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，各地數(shù)據(jù)中心的建設(shè)變得越來越重要，供電優(yōu)先與客戶需求滯后的矛盾越來越突出。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)之初，無法預(yù)測后期客戶的確切電源要求和安裝要求。數(shù)據(jù)中心完成后，頻繁的客戶更改也將改變電源要求和安裝要求。列頭柜供電方式已經(jīng)無法適應(yīng)數(shù)據(jù)中心的近遠(yuǎn)期建設(shè)需求，而機(jī)架配電母線的供電方式在解決客戶需求變化的問題上具有很高的靈活性。

（1）技術(shù)原理

雖然機(jī)架配電母線對于數(shù)據(jù)中心來說還是一個較新的概念，但是機(jī)架母線供電的概念已經(jīng)在傳統(tǒng)的電力行業(yè)中使用數(shù)十年了。它提供了一種為新機(jī)器增加動力的簡便方法，母線配電的方式最近才開始在數(shù)據(jù)中心中流行起來。這個想法最初是由通用電氣公司在20世紀(jì)90年代后期引入數(shù)據(jù)中心市場的。當(dāng)時，通用汽車推出了一種名為Starline的鐵路式母線槽系統(tǒng)。在過去十年中，這些產(chǎn)品一直在市場上脫穎而出，市場開始慢慢接受這種數(shù)據(jù)中心的機(jī)架配電母線系統(tǒng)。

由于其*的性能,母線電源系統(tǒng)在各種電源系統(tǒng)中的使用越來越廣泛。相對于電纜供電而言， 機(jī)架配電母線系統(tǒng)供電具有集膚效應(yīng)小、載流量大、安裝快捷簡單，而且母線槽散熱性比電纜更為優(yōu)良，其安全性，線路可擴(kuò)展性和線路可維護(hù)性是電纜無法比的。同時，采用母線槽系統(tǒng)供電還能合并分支回路，優(yōu)化電氣系統(tǒng)，從而節(jié)約了工程造價。軌道型母線槽系統(tǒng)以其簡練的電氣布局，即插即用的供電方式將母線槽供電系統(tǒng)的優(yōu)勢發(fā)揮。

數(shù)據(jù)中心的機(jī)房中，交流UPS供電系統(tǒng)供電場景時，通常在電力機(jī)房內(nèi)設(shè)置UPS雙總線供電系統(tǒng) （2N或3N方式）,在主機(jī)房內(nèi)為每列機(jī)架配置2個列頭柜，為該列每個機(jī)架內(nèi)的2個PDU設(shè)備配電。機(jī)架配電母線的供電方案是：利用“始端箱+母線槽+插接箱"，代替“列頭柜+電纜"，為設(shè)備機(jī)柜供電，機(jī)架配電母線系統(tǒng)（含2個始端箱、2根母線槽及相應(yīng)數(shù)量的插接箱）,分別對該列通信機(jī)架內(nèi)的2個PDU設(shè)備配電。

在數(shù)據(jù)中心的機(jī)房中，使用UPS供電場景時，通常在主機(jī)房內(nèi)設(shè)置UPS雙總線，并在主機(jī)房中的每列機(jī)架配置兩個列頭柜，以將電源分配給列中每個機(jī)架中的兩個PDU設(shè)備。而機(jī)架配電母線的供電場景時，則使用“始端箱+母線槽+插接箱"代替“列頭柜+電纜"，為設(shè)備機(jī)柜供電，機(jī)架配電母線系統(tǒng)（包含2根母線槽、2個始端箱及相應(yīng)數(shù)量的插接箱），分別對該列通信機(jī)架內(nèi)的2個PDU設(shè)備配電。

列頭柜配電模式時，交流UPS輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機(jī)架均使用電纜沿電力走線架進(jìn)行連接；而機(jī)架配電母線模式時，UPS輸出配電屏 到始端箱使用電纜連接，沿數(shù)據(jù)機(jī)房電力走線架敷設(shè)，插接箱到通信設(shè)備PDU和始端箱到插接箱使用母線槽供電使用電纜連接。

備注:機(jī)架配電母線重要單元

①母線干線單元

母線干線系統(tǒng)的一個單元，它由母線、母線支撐件和絕緣件、外殼、某些固定件及與其他單元連接的連接件組成。

② 始端箱

母線干線單元的線裝置，內(nèi)有斷路器。該裝置進(jìn)線端采用電力電纜與上級低壓配電設(shè)備連接，岀線端與母線干線單元固定連接。

③ 端接箱（分接單元）

母線干線單元的饋出裝置，內(nèi)有斷路器。該裝置進(jìn)線端與母線干線單元采用插接方式連接，出線端采用航空插頭及電纜與機(jī)柜內(nèi)PDU連接。

④ 母線干線彎頭單元

導(dǎo)體和外殼設(shè)計成安裝時可以轉(zhuǎn)換方向的一種母線干線單元。彎頭包括L形彎頭、T形彎頭、Z形彎頭和十字形彎頭。

⑵技術(shù)優(yōu)勢

機(jī)架配電母線機(jī)架配電母線具備以下技術(shù)特征:節(jié)省列頭柜占地，提高裝機(jī)率;便于調(diào)整分路及容量，柔性配電，避免容量浪費(fèi)；安裝便捷,母線槽整體吊掛，較敷設(shè)電纜顯著節(jié)省人工；即插即用插接箱，靈活滿足用戶需求變化

3機(jī)架配電母線建設(shè)方案

本次數(shù)據(jù)中心機(jī)架母線在廣東移動湛江數(shù)據(jù)中心進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，試點(diǎn)應(yīng)用機(jī)房位于3樓302機(jī)房,機(jī)房5列設(shè)備共60架4.4kW數(shù)據(jù)中心機(jī)柜。

機(jī)房內(nèi)每列機(jī)柜上方設(shè)立兩條機(jī)架配電母線，每臺機(jī)柜分別從對應(yīng)的兩條母線取電實(shí)現(xiàn)雙路供電。

機(jī)房內(nèi)每列機(jī)柜上方設(shè)立兩條機(jī)架配電母線，每臺機(jī)柜分別從對應(yīng)的兩條母線取電實(shí)現(xiàn)雙路供電。5列機(jī)柜配置10根250A母線槽，即每列機(jī)柜配置2根母線槽（1主1備）。

母線槽始端箱容量380V/250A，母線槽插接箱容量為63A x 3路，每個插接箱對應(yīng)三個機(jī)柜，并配置3個工業(yè)連接器。

母線槽靠近機(jī)柜后門處安裝，母線槽底部距離機(jī)柜頂部約80CM,背靠背安裝,接插箱采用滑軌式安裝，即插即用，便于維護(hù)。

各始端箱和各接插箱上配置電量采集裝置，可監(jiān)控電量、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、三相電壓、三相電流、頻率，電壓電流諧波百分比、負(fù)載百分比等電量參數(shù)。始端箱和接 插箱監(jiān)控單元帶LCD顯示屏可直接顯示回路基本參數(shù)。

主控箱和各始端箱、接插箱采用Modbus通訊連接，可對始端箱和接插箱所采集的電參數(shù)信息進(jìn)行集中顯示和處理，并將所有監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)平臺。

主要從建設(shè)成本上對“始端箱+母線槽+終端箱"和“列頭柜+電纜"兩種供電方式做岀經(jīng)濟(jì)評 估對比分析。

①列頭柜+電纜，建設(shè)成本為15.4萬元（其中列頭柜5臺13.1萬元，電力電纜132ml.5萬元,走線架及安裝費(fèi)0.8萬元）。

② 始端箱+母線槽+終端箱，建設(shè)成本為31.7萬元（其中端接箱60臺16.1萬元,母線槽73m共5.6萬元,主控箱5臺4.1萬元,始端箱10臺5.9萬元）。

③ 以湛江數(shù)據(jù)中心302機(jī)房建設(shè)成本來對比：以302機(jī)房5列設(shè)備共60個機(jī)架為例，列頭柜的建設(shè)方式由于有占地面積，需計算基建建設(shè)成本16.5萬元，列頭柜配套投資為31.9萬元，而機(jī)架配電母線的投資為31.7萬元。

我們可以從建設(shè)成本對比看岀兩者相差不大，機(jī)架配電母線并不增加建設(shè)成本，但是數(shù)據(jù)中心302機(jī)房能騰出五個位置新建機(jī)柜,按照一個機(jī)柜租金為5000元/月，數(shù)據(jù)中心302機(jī)房一年可增加30萬元的租金收入。如果湛江數(shù)據(jù)中心一期全部機(jī)房都以機(jī)架配電母線代替列頭柜的方式，預(yù)計可多建100個機(jī)柜，每年可增加超過600萬元的收入，經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。

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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負(fù)載，而數(shù)據(jù)中心負(fù)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)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。

5.2 應(yīng)用場所

適用于運(yùn)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(jī)進(jìn)入主頁，包含進(jìn)線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進(jìn)入各功能界面查看。

2）進(jìn)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(xiàng)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；最大需量。

                                                                                           

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(fù)載百分比；最大需量。

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(diǎn)狀態(tài)，默認(rèn)為無源檢測點(diǎn)，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(rèn)為有源檢測點(diǎn)，合閘為紅色，分閘為綠色。

5）報警查詢

當(dāng)前報警界面可查看實(shí)時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進(jìn)線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進(jìn)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

6.1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(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，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(yùn)行溫度，確保母線槽配電安全。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運(yùn)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(yùn)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(shí)時監(jiān)測

在主頁點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進(jìn)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(shí)現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

   

2）諧波數(shù)據(jù)

通過點(diǎn)擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

 

3）最大需量

顯示電壓、電流、功率的最大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。

 

4）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。

6.5 系統(tǒng)硬件配置

本文機(jī)架配電母線在湛江數(shù)據(jù)中心302機(jī)房的建設(shè)試用，可使我們對其產(chǎn)品性能和使用特點(diǎn)有更深入的了解，通過對工程實(shí)際使用性能和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析，驗(yàn)證機(jī)架配電母線供電方式在數(shù)據(jù)中心使用的可行性和必要性。相信隨著機(jī)架配電母線大面積推廣，數(shù)據(jù)中心能節(jié)省更多機(jī)房空間來增加裝機(jī)量，增加公司的市場運(yùn)營收入。

【1】孫麗玫、王改紅、姜宇光、趙黎明《數(shù)據(jù)中心主機(jī)房柔性母線布局規(guī)劃》電信科學(xué)2018年

【2】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本.

【3】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。