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

 

 

摘要：本文先分析配電母線槽創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，然后結(jié)合湛江數(shù)據(jù)中心302機(jī)房母線槽建設(shè)對(duì)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(duì)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?cái)?shù)據(jù)中心的建設(shè)變得越來(lái)越重要，供電優(yōu)先與客戶需求滯后的矛盾越來(lái)越突出。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)之初，無(wú)法預(yù)測(cè)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(wú)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(wèn)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(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)還是一個(gè)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(dòng)力的簡(jiǎn)便方法，母線配電的方式最近才開(kāi)始在數(shù)據(jù)中心中流行起來(lái)。這個(gè)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(chǎng)的。當(dāng)時(shí)，通用汽車推出了一種名為Starline的鐵路式母線槽系統(tǒng)。在過(guò)去十年中，這些產(chǎn)品一直在市場(chǎng)上脫穎而出，市場(chǎng)開(kāi)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(lái)越廣泛。相對(duì)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(jiǎn)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(wú)法比擬的。同時(shí)，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(jià)。軌道型母線槽系統(tǒng)以其簡(jiǎn)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(shì)發(fā)揮得淋漓盡致。

       數(shù)據(jù)中心的機(jī)房中，交流UPS供電系統(tǒng)供電場(chǎng)景時(shí)，通常在電力機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置UPS雙總線供電系統(tǒng) （2N或3N方式）,在主機(jī)房?jī)?nèi)為每列機(jī)架配置2個(gè)列頭柜，為該列每個(gè)機(jī)架內(nèi)的2個(gè)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(gè)始端箱、2根母線槽及相應(yīng)數(shù)量的插接箱）,分別對(duì)該列通信機(jī)架內(nèi)的2個(gè)PDU設(shè)備配電。 

   在數(shù)據(jù)中心的機(jī)房中，使用UPS供電場(chǎng)景時(shí)，通常在主機(jī)房?jī)?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(gè)列頭柜，以將電源分配給列中每個(gè)機(jī)架中的兩個(gè)PDU設(shè)備。而機(jī)架配電母線的供電場(chǎng)景時(shí)，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(gè)始端箱及相應(yīng)數(shù)量的插接箱），分別對(duì)該列通信機(jī)架內(nèi)的2個(gè)PDU設(shè)備配電。

       列頭柜配電模式時(shí)，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(shí)，UPS輸出配電屏 到始端箱使用電纜連接，沿?cái)?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(gè)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(jí)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(jì)成安裝時(shí)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(shì)

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

機(jī)房?jī)?nèi)每列機(jī)柜上方設(shè)立兩條機(jī)架配電母線，每臺(tái)機(jī)柜分別從對(duì)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(gè)插接箱對(duì)應(yīng)三個(gè)機(jī)柜，并配置3個(gè)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(wú)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(duì)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?cái)?shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)平臺(tái)。

 

主要從建設(shè)成本上對(duì)“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(píng) 估對(duì)比分析。 

①列頭柜+電纜，建設(shè)成本為15.4萬(wàn)元（其中列頭柜5臺(tái)13.1萬(wàn)元，電力電纜132ml.5萬(wàn)元,走線架及安裝費(fèi)0.8萬(wàn)元）。 

② 始端箱+母線槽+終端箱，建設(shè)成本為31.7萬(wàn)元（其中端接箱60臺(tái)16.1萬(wàn)元,母線槽73m共5.6萬(wàn)元,主控箱5臺(tái)4.1萬(wàn)元,始端箱10臺(tái)5.9萬(wàn)元）。 

③ 以湛江數(shù)據(jù)中心302機(jī)房建設(shè)成本來(lái)對(duì)比：以302機(jī)房5列設(shè)備共60個(gè)機(jī)架為例，列頭柜的建設(shè)方式由于有占地面積，需計(jì)算基建建設(shè)成本16.5萬(wàn)元，列頭柜配套投資為31.9萬(wàn)元，而機(jī)架配電母線的投資為31.7萬(wàn)元。 

我們可以從建設(shè)成本對(duì)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(gè)位置新建機(jī)柜,按照一個(gè)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(wàn)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(jì)可多建100個(gè)機(jī)柜，每年可增加超過(guò)600萬(wàn)元的收入，經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。

 

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(wèn)題也越來(lái)越突出，有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為熱門問(wèn)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(cè)每個(gè)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(cè)量 儀表無(wú)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(chǎng)所

適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、、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(yè)

開(kāi)機(jī)進(jìn)入主頁(yè)，包含進(jìn)線參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報(bào)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(cè)

監(jiān)測(cè)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(wú)功功率，視在功率，功率因數(shù)，有功電能、無(wú)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(cè) 

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(kāi)關(guān)狀態(tài)

左側(cè)一列為主路開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開(kāi)關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點(diǎn)狀態(tài)，默認(rèn)為無(wú)源檢測(cè)點(diǎn)，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開(kāi)關(guān)狀態(tài)；默認(rèn)為有源檢測(cè)點(diǎn)，合閘為紅色，分閘為綠色。

          

 

5）報(bào)警查詢 

       當(dāng)前報(bào)警界面可查看實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警；開(kāi)關(guān)量動(dòng)作告警；任意數(shù)據(jù)的定時(shí)存儲(chǔ)；進(jìn)線過(guò)電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進(jìn)線過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)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(lái)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(cè)模塊、插接箱監(jiān)測(cè)模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)行溫度，確保母線槽配電安全。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)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(chǎng)所

適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、、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(shí)監(jiān)測(cè)

在主頁(yè)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(gè)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(duì)應(yīng)的儀表地址，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

    

2）諧波數(shù)據(jù)

通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭"來(lái)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(shí)間。

   

4）電能查詢

電能情況可以查詢上12月份的每個(gè)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(shí)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(duì)其產(chǎn)品性能和使用特點(diǎn)有更深入的了解，通過(guò)對(duì)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(lái)增加裝機(jī)量，增加公司的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)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(jiǎn)介

  淮亞利，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。手機(jī):18702111853（微信同號(hào)），QQ:2880157869,郵箱：2880157869@qq.com