任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：針對目前數據中心末端供電列頭柜加電力電纜存在的不足，結合實際案例，采用末端智能母線系統全新的末端供電方式，有效提升了數據中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性，為建設安全、經濟、綠色、智能的數據中心提供支撐。

關鍵詞：數據中心；末端供電；智能母線；供電方式

 

       數據中心末端智能母線通過現代通信網絡監控技術，實時監控母線的溫升、電能運行參數等數據，并對采集的實時數據進行分析處理和存儲，上傳至數據中心ECC監控中心，發出告警及報警信息，通過音頻及可視化的界面對話窗口告知運營管理人員，及時排查故障。數據中心末端智能母線供電系統相對于傳統的配電列頭柜加電力電纜有更大的優勢。配電列頭柜加電力電纜末端配電方式是由UPS輸出配電柜引電力電纜至列頭柜，經主路斷路器控制開關控制各分路斷路器開關，最終至IT設備機柜PDU插排供電，若配電列頭柜電能參數監控單元出現故障，導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監控，故存在單點隱患，若期間服務器發生宕機，不能有效及時處理，產生嚴重后果。

 

       數據中心末端供電智能母線架構圖如圖1所示。

圖1數據中心末端供電智能母線架構圖

 

       電力供應端口箱主要由金屬外殼和內部絕緣件組成。外殼可根據實際配電安裝需求開孔，為接入電纜或者母排提供空間母線槽：規格100-800A多個系列提供多種選擇。母線槽長度分為1m、2m和3m段，也可根據現場需求定制。智能母線槽插槽防護等級不小于IP2X，可有效防止手指或直徑大于12.5mm的固體異物進入殼內。母線外殼采用鋁鎂合金，壁厚不小于4mm，強度高，不易變形；導體采用高純度電解銅（≥99.97%），阻抗低，溫升??；絕緣件采用改性PVC護套，耐溫120℃以上，安全系數高。

       母線優點：軌道式主體結構，簡單明了，安全性高；插接箱旋轉式插接，帶電插拔，安裝快捷:母線干線上隨處可插接插接箱，靈活性強；雙零線結構，更好地應對諧波效應；全電參量智能檢測模塊單元，保證末端供電系統可靠、安全、智能。

       插接箱單元特點：旋轉式插接，無需專用工具；磷銅卷口彈性插腳；可任意選裝1P/2P/3P開關；可以實現一拖一或者一拖多設置（單極開關單機柜，三極開關三機柜）；內裝有電壓、電流等電能參數監測模塊。

 

       數據中心末端供配電系統平面圖如圖2所示

圖2數據中心末端供配電系統平面圖

 

       數據中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統，UPS總輸出配電柜直接放射敷設至配電列頭柜及IT設備柜。其優點是各負載之間獨立受電，若發生系統故障，切除故障回路，縮小停電范圍，不影響其他回路，滿足國家相應規范對IT設備重要負荷的用電技術要求。其缺點是分支線路多、有色金屬導體消耗量大、施工安裝工藝復雜、系統可擴展性差，不能滿足不同業務的用電容量需求，分期實施時需要把末端電力線纜一次敷設到位，系統靈活性差。此外，傳統配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統中，配電列頭柜需要占用數據中心的空間資源。

數據中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖如圖3所示。缺點：線纜地板下鋪設工期長、難度大，且后期檢修、管理困難；列頭柜空間有限，后期變更的靈活性較差；線纜密集鋪設，容易聚集溫升，有火災隱患；線纜架空地板下鋪設，影響制冷效果；列頭柜占用機柜位置，造成土地成本浪費。

圖3數據中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖

 

       數據中心智能母線供配電系統采用樹干式的供配電系統，UPS總輸出配電柜至各IT設備機柜之間采用兩條干線（智能母線）連接的配電方式。其優點是消耗的有色金屬導體量相對較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統擴展靈活，可滿足不同承租用戶的個性化業務用電容量，易于擴展與變更。與電力電纜相比，智能母線可靠性更高、工程生命周期長，并且可重復利用。其缺點是智能母線主干線發生故障時，影響范圍大，但母線干線的故障概率很低。

數據中心末端配電智能母線拓撲圖如圖4所示。優點：取消配電列頭柜，節約占地面積，爭取了更多的盈利性機柜；開關控制及數據采集分布于始端箱和各插接箱，避免互相影響；避免了強電在架空地板下敷設，主動發熱少，對制冷造成的負擔小，有效降低數據中心能耗和PUE值；安裝方便快捷，工期大大縮短；插接箱模塊化，實現分支數量及容量隨時調整；內部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4數據中心末端配電智能母線拓撲圖

 

 

       某Ｂ級數據中心配電架構系統圖如圖5所示。

圖5某B級數據中心配電架構系統圖

 

       某B級數據中心末端配電系統圖、電氣監控系統圖分別如圖6、圖7所示。

圖6某B級數據中心末端配電系統圖

 

圖7某B級數據中心電氣監控系統圖

 

      其中，每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮，機房內配電系統采用的電纜選用低煙無鹵電力電纜，從電源列頭柜到設備機柜使用的電纜選用低煙無鹵電力電纜。機房內設備機柜均采用雙回路供電的方式，每個機柜均配備2個PDU模塊。雙回路供電系統從2N雙總線配置的UPS輸出柜到機柜采用母線（UPS至吊頂敷設智能母線采用電力電纜轉接）方式，母線到機柜采用插接箱＋電力電纜方式，母線進線箱內設置斷路器及監控、防雷模塊，插接箱有開關及遠程監控電流、功率等參數監控功能，相應的監控參數上傳至數據中心ECC監控中心。

       數據中心末端配電采用智能母線配電技術，其供電容量靈活，可以滿足不同承租商的個性化業務需求，施工安裝方便靈活，部署簡單快捷。為有效節約數據中心空間資源，取消末端強電列頭柜，原有配電列頭柜的位置可增加1套IT設備柜。一般情況下每40個左右IT設備柜配置2套配電列頭柜。取消配電列頭柜，可增加2/40左右的IT設備機柜數量，按主機房400架IT機柜為例，原需要20個列頭柜，采用智能母線后IT設備機柜可設置４２０個，對于對外承租的數據中心，每個機柜租賃費8萬元/年計算，可增加經濟效益160萬元，因此可有效提高數據中心的空間利用率和經濟性；采用智能母線系統，機柜上方走線，可減少架空地板下電氣走線的火災安全隱患，后期檢修方便。這為數據中心安全運行提供有力保障，大大提高了供電運行的可靠性以及運行管理的自動化水平。

 

4.1概述

       隨著數據中心的迅猛發展，數據中心的能耗問題也越來越突出，有關數據中心的能源管理和供配電設計已經成為熱門問題，高效可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。要實現數據中心的節能，首先需要監測每個用電負載，而數據中心負載回路非常的多，傳統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據中心集中監控要求的多回路監控裝置。

 

4.2應用場所

       適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心

 

4.3系統結構

1）交流

 

2）直流

 

4.4系統功能

1）主頁

       開機進入主頁，包含進線參數、開關狀態、出線參數、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。

 

2）進線參數監測

       監測主路的三相電壓、電流、系統頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數，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）出線參數監測

       分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數額定電流設置、各相電流值；負載百分比；最大需量。

 

4）開關狀態

       左側一列為主路開關狀態，主路跳閘SD狀態、主路防雷開關狀態、主路防雷故障點狀態，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側的皆為支路開關狀態；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。

 

 

5）報警查詢

       當前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關量動作告警；任意數據的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。

 

4.5系統硬件配置

5.1概述

       數據中心IT服務器配電傳統采用精密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。

安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現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據上傳通訊。

5.2應用場所

       適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心

 

5.3系統結構

 

5.4系統功能

1）實時監測

       在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

 

2）基本參數界面

       顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實現對箱子中儀表數據的采集。

3）諧波數據

       通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數據。

4）最大需量

       顯示電壓、電流、功率的最大需量的數值及發生時間。

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、根據選擇不同時間查詢電能值。

 

 

 

 

5.5系統硬件配置

 

       本文介紹了數據中心末端配電智能母線系統與配電列頭柜形式供配電系統的技術性能，通過案例更進一步明確了末端智能母線系統的優點，并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線系統配電方案進行分析。采用柔性更強、安全性和可靠性更高的智能母線系統將更加適合新基建數據中心行業發展需求。

 

 

【1】邵帥飛、鄭曉茜.《數據中心末端供電智能母線系統設計應用》

【2】數據中心設計規范：GB 50174—2017[S]

【3】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本

【4】數據中心解決方案樣本2022.04版

 

任運業，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關產品的研發及應用。