王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0 引言

       隨著信息技術(shù)的發(fā)展和社會信息化水平的提高，各個行業(yè)愈加依賴于信息系統(tǒng)，這對信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性的運行有較高的要求。與此同時，各行業(yè)對計算及相關(guān)資源的需求依然保持持續(xù)增加的趨勢，計算設(shè)備和資源數(shù)量仍需要保持快速的增長速度，以滿足大數(shù)據(jù)、5G、人工智能和云計算等新興技術(shù)發(fā)展需要。因此，在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，限于有限的資源，提高單機(jī)柜裝機(jī)的功率密度，使數(shù)據(jù)中心單位面積產(chǎn)生更大的價值是很有必要的。然而，單機(jī)柜功率的提高，勢必會造成供電、空調(diào)等系統(tǒng)的壓力，比如在傳統(tǒng)配電模式供電系統(tǒng)中，配電線路的載流量需要大幅度提高才能滿足高功率密度機(jī)柜的用電需求，這就使得配電支、干線的電力電纜線徑增加，特別是對于A/級數(shù)據(jù)中心，由于2N架構(gòu)的需要，更是使得兩倍載流量計算線徑的電纜方能滿足要求。再加上供電回路數(shù)量較多，這無疑加大了工程施工、運維檢查、事故檢修以及后期改造的難度。此外，較多的電纜堆積，會對機(jī)房氣流造成一定影響，不利于IT設(shè)備的散熱。因此，打破傳統(tǒng)配電模式，驅(qū)動新型數(shù)據(jù)中心配電方式的變革勢在必行。

1 數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的IT設(shè)備配電模式

1.1傳統(tǒng)配電模式簡介

      在數(shù)據(jù)中心中傳統(tǒng)的配電模式中，IT機(jī)房采用列頭柜從總配受電，然后通過不同的開關(guān)回路，用電纜經(jīng)地板下的電纜橋架分配給各個機(jī)柜，是典型的放射式供配電系統(tǒng)。列頭柜的配電模式特點是各負(fù)荷獨立受電，當(dāng)單臺設(shè)備發(fā)生故障時，其影響范圍只局限于本身，而不會影響到其他回路，能夠滿足國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對重要用電負(fù)荷的相關(guān)技術(shù)要求。此外，在A/級數(shù)據(jù)中心，還采用2N架構(gòu)，即兩臺引自不同電源的列頭柜分別給同一列機(jī)柜供電，以達(dá)到一路電源故障時，另一路仍可支持所有設(shè)備正常運行的目的。

1.2傳統(tǒng)配電模式存在的問題

在早些時候，由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，數(shù)據(jù)中心建設(shè)和規(guī)劃過程中并未考慮到高功率密度的單機(jī)柜需求，傳統(tǒng)的列頭柜配電模式足以支撐1~3kW單機(jī)柜功率密度的需求。但隨著信息科技的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)量大幅度提升，支撐數(shù)據(jù)存儲與計算的數(shù)據(jù)中心面臨著巨大壓力，提升單機(jī)柜密度是業(yè)內(nèi)更傾向采取的措施，畢竟對于數(shù)據(jù)中心來說，提升利用效率需要的造價，遠(yuǎn)低于擴(kuò)大建筑面積產(chǎn)生的成本。

2 小母線配電模式及其優(yōu)勢

2.1小母線配電模式簡介

      小母線配電模式，就是利用高載流量的母線槽取代傳統(tǒng)的列頭柜+線纜的配電模式，直接由母線本體的插接口接出供電回路至服務(wù)器機(jī)柜。如圖1所示，在IT機(jī)房內(nèi)，通過在機(jī)柜上方安裝小母線，然后從母線的插接口引出分支回路連接至機(jī)柜的配電模塊，無需占據(jù)地板下方空間。同時，該產(chǎn)品支持熱插拔，即插即用的靈活供配電方式，可以實現(xiàn)在帶電狀況下、在任何地方快速安裝使用，無論是安裝或檢修維護(hù)，均可提升工作效率。

圖1

      如圖2所示，小母線由始端箱母線槽、T型件、連接件、母線直線段、吊裝件、末端蓋、轉(zhuǎn)彎件和分接單元等部件組成，每個部件承擔(dān)不同的功能。端口母線槽在整條母線的初始位置，用于和上端總配電柜引來的電纜或母線相連接；連接件負(fù)責(zé)直線段、端口母線槽、T型件及轉(zhuǎn)彎件等部件的相互連接作用；直線段又可以分為饋線段和插接段，饋線段用于傳導(dǎo)電能，插接段用于連接分接單元；吊裝件在與母線支吊架連接時起到作用，便于安裝；末端蓋保持母線末端的封閉性，防止進(jìn)入灰塵、水分等；由于母線槽不便彎曲，需借助于轉(zhuǎn)彎件和T型件來達(dá)到轉(zhuǎn)彎和分流的目的；分接單元又叫做母線插接箱，用于小母線和列頭柜的連接。

圖2小母線的組成部分

2.2小母線的優(yōu)勢

      小母線的應(yīng)用，從某些程度上避免了傳統(tǒng)列頭柜配電模式的弊端，在新的數(shù)據(jù)中心建設(shè)形勢下，有著巨大的優(yōu)勢。

      1)安裝方便、可靠性高

      與架空地板下走線方式需鋪設(shè)電力橋架和成百上千條電纜線相對比，小母線的安裝既不需要在空間狹小的地板下進(jìn)行，又節(jié)約了大量的分支電纜敷設(shè)及電纜頭的制作工作，預(yù)制化的產(chǎn)品到場直接對接安裝，其安裝方式簡單又省時省力。此外，由于省去了電纜頭的制作，還可以避免電纜接頭氧化、接觸不良等問題，提高了供電的可靠性和安全性。

      2)使用壽命較長

      使用年限方面，由于傳統(tǒng)的配電模式中，列頭柜壽命一般在10-15年之間，不利于系統(tǒng)定運行。而小母線的使用壽命一般可達(dá)40年，可以更好地與建筑使用年限相匹配，而不用頻繁更換設(shè)備、下架信息系統(tǒng)服務(wù)器，可擺脫傳統(tǒng)列頭柜配電模式末端電力調(diào)整的不連續(xù)性、工程化和周期長等問題。

      3)安裝檢修方便、配電靈活

      相對于固定配電模式的列頭柜，小母線可根據(jù)機(jī)柜實際負(fù)載大小進(jìn)行靈活分配。在安裝小母線時，可以預(yù)留一定的插接口，以便后續(xù)容量調(diào)整、容量增加。當(dāng)需要擴(kuò)容時，只需要增加或更換插接箱即可。再加上插接口可支持熱插拔，當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)相、維修等相關(guān)操作時，只需對小母線上的插接箱進(jìn)行相關(guān)調(diào)整即可，無需在線路上進(jìn)行任何操作。

      4)后繼成本低，可提升數(shù)據(jù)中心的可用性

      后繼成本低體現(xiàn)在節(jié)約建設(shè)工程造價和運維花費兩個方面，一方面，小母線使用壽命長、擴(kuò)容改造方便，降低了后期機(jī)房改造的工程建設(shè)成本；另一方面，日常運維時，檢查及檢修方便，節(jié)省人力并大大降低平均可修復(fù)時間，提升數(shù)據(jù)中心的可用性。

3 安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

3.1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，有效可靠的數(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(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。

3.2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

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      1）交流

      2）直流

3.4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；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；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(rèn)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(rèn)為有源檢測點，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。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4 安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案

4.1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。

4.2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

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 4.4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(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)需量

      顯示電壓、電流、功率的需量的數(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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結(jié)論

      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)中心低壓配電應(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。本文通過對全母線方案和傳統(tǒng)電纜配電方案的定性和定量對比分析可以看出，全母線配電方案具有更高的靈活性，同時其具有施工周期短、使用壽命長、可重復(fù)利用等特點，增加了機(jī)房的利用率和收益，投資回收期較短，因此隨著今后技術(shù)逐步成熟、成本進(jìn)一步降低，可考慮逐步推廣使用。

參考文獻(xiàn)

【1】宋偉男,邵安,朱述振,李志鵬,劉 鵬.小母線配電模式在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究[J],2022,03:173-174.

【2】數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB50174-2017[S].2017.

【3】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版.