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淺談智能母線在數(shù)據(jù)中心低壓配電中的應(yīng)用與選型

更新時(shí)間：2020-09-22

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霍麗麗

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：針對(duì)數(shù)據(jù)中心末端配電方式展開了討論研究了機(jī)房傳統(tǒng)配電方式構(gòu)成及其優(yōu)缺點(diǎn)，從提高數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的可靠性、可用性、擴(kuò)展性以及維護(hù)性等角度、分析了智能母線的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)。結(jié)合智能母在江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)以往機(jī)房采用傳統(tǒng)配電解決方案帶來的技術(shù)和管理層面上問題提出了智能母線解決方案。

關(guān)鍵詞：智能母線；數(shù)據(jù)中心；末端配電

1 引言

數(shù)據(jù)中心作為電力行業(yè)的信息中心樞紐，承載著關(guān)系電力行業(yè)核心信息的服務(wù)器，是一整套復(fù)雜的綜合設(shè)施。它不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其他與之配套的設(shè)備，還包含配電系統(tǒng) 、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 、消防系統(tǒng)等。配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在某種程度上決定了數(shù)據(jù)中心運(yùn)營的安全和可用性。斷電或低質(zhì)量供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)器宕機(jī)的主要因素之一。因此，保證數(shù)據(jù)中心電力持續(xù)而穩(wěn)定的供應(yīng)是工作的重中之重，對(duì) 比傳統(tǒng)列柜配電方案，母線槽技術(shù)更* 、可靠性更高，近幾年在數(shù)據(jù)中心末端配電中得到廣泛應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)中心末端配電的界定

數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)存在３個(gè)層次。

主配電區(qū) ：中壓配電柜、變壓器、備用發(fā)電機(jī)、低壓配電柜。

干線配電區(qū)：UPS(不間斷電源）、低壓二級(jí)配電柜。

終端配電區(qū)：列頭柜、機(jī)架、IT設(shè)備。

數(shù)據(jù)中心末端配電范圍是指從ups輸出柜引出至機(jī)柜內(nèi)部PDU（電源分配單元），主要供電對(duì)象為IT設(shè)備。由于機(jī)房?jī)?nèi)物理跨度在10-50M, 這一區(qū)域是數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié), 稱為”后50M”。

3 傳統(tǒng)配電方案

機(jī)房傳統(tǒng)配電系統(tǒng)一般采用2回10KV市電接入，經(jīng)過變壓器、低壓配電柜分別接入兩組UPS電源設(shè)備，再經(jīng)過UPS輸出柜連接至各個(gè)列頭柜，從列頭柜敷設(shè) 電纜接入機(jī)柜內(nèi)PDU 。傳統(tǒng)配電方式技術(shù)成熟、單根電纜故障影響范圍小。但是，列頭柜占用機(jī)柜空間大、電纜電能損耗較大、施工復(fù)雜、隱患排查和末端配電擴(kuò)展困難。機(jī)房傳統(tǒng)配電方如圖1所示

4 智能母線配電方案

4.1 概念

智能母線系統(tǒng)是一種取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心末端配電解決方案，由始端箱、干線單元、轉(zhuǎn)接單元、插接箱、連餅和綱組成，具有主路和支路電壓、電流、頻率、開關(guān)狀態(tài)、母排溫度檢測(cè)等功能。母線槽由保護(hù)外殼（鋼板或鋁板）、導(dǎo)電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成智能母線組成部件如圖 2所示。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）安全可靠母線槽采用銅或鋁作為導(dǎo)電體，電流容量大電氣和機(jī)械性能好。同時(shí) ，使用金屬槽作為保護(hù)外殼，不會(huì)燃燒。通過緊密接觸的金屬外殼散發(fā)熱量，散熱性能好。

（2）安裝便捷母線槽配有標(biāo)準(zhǔn) 的安裝支架，無需單獨(dú)橋架支撐，采用插接方式把主干線電源分接至支線，結(jié) 構(gòu) 緊湊，插拔方便。

（3）維護(hù)方便母線槽日常維護(hù)通常僅需測(cè)量外殼、穿心螺栓和接頭溫升，維護(hù)量少。

（4）各個(gè)功能單元為模塊化定制，靈活應(yīng)對(duì)功率變化，并且可以隨需擴(kuò)容

（5）智能監(jiān)控終端箱及插接箱均采用智能化設(shè)計(jì) ，可實(shí)現(xiàn)集成監(jiān)控，監(jiān)測(cè)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行狀況

4.3智能母線配電方式

智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中連接方式如圖3所示。干線母線槽接自二級(jí)配電柜，通過終端箱分接至次級(jí)母線槽，機(jī)柜采用雙路PDU供電,分別接入不同次級(jí)母線槽插接箱

圖3 智能母線配電方式

4.4 智能監(jiān)控

智能母線的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分散于整個(gè)機(jī)房供配電系統(tǒng)的每個(gè)機(jī)柜插接箱，采集每個(gè)機(jī)柜的每一回路的用電信息，包含負(fù)載的電壓、電流、功率等；每一路母線干線的電能參數(shù) ，包含電流、電壓、功率 ,干線能耗、諧波畸變率及功率因數(shù)等。通過開放式通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng) ，集中監(jiān)控顯示，便于運(yùn)維人員獲取數(shù)據(jù)

同時(shí) ，智能母線監(jiān)控系統(tǒng)還能通過數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)母線槽溫度、濕度和水浸智能化實(shí)時(shí)顯示和控制，預(yù)警由安裝、維護(hù)不當(dāng)，表面積水或水滲入內(nèi)部引起的母線故障，提升智能母線的安全性，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。智能母線系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D４所示

圖4 智能母線系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4.5 性能比較數(shù)據(jù)中心末端配電傳統(tǒng)方式與智能母線配電方式性能比較見表１

表1末端配電傳統(tǒng)方式與智能母線配電方式性能比較

5 系統(tǒng)方案

5.1 項(xiàng)目介紹

江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目主要完成機(jī)房基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè) ，包括土建裝修、電源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)配套等。按照國網(wǎng)公司機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，將江寧機(jī)房建成符合模塊化、虛擬化、智能化、綠色節(jié)能、安全可靠的數(shù)據(jù)中心。其中，電源系統(tǒng)是整體數(shù)據(jù)中心機(jī)房髙可用性的后盾。

5.2 設(shè)計(jì)方案

采用智能母線取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心配電解決方案，IT設(shè)備由UPS供電，制冷機(jī)組、末端空調(diào) 、照明等其他負(fù)荷由市電直供。經(jīng)核算，3層中密度機(jī)房可安裝機(jī)架208架，新增兩套獨(dú)立的800KV UPS系統(tǒng) ，共配置４臺(tái)400KVA UPS主機(jī)，每臺(tái)主機(jī)配置 1組 480/1000AH蓄電池組。采用2N雙母線配電架構(gòu)，每個(gè)機(jī)柜安裝雙路PDU，分別由兩條獨(dú)立母線上的插接箱供電，其中，UPS配電柜至始端箱智能母線采用 1250A規(guī)格，始端箱至封閉冷通道各機(jī)柜智能母線采用160A規(guī)格。中密度機(jī)房末端配電方式如圖5所示。

6 安科瑞列頭柜及監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹

隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，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。

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精密配電管理解決方案

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）

6.2產(chǎn)品規(guī)格

說明：■為標(biāo)配功能。

6.3配套附件

7 安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹

7.1 概述

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。

7.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)

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；

7.3 產(chǎn)品介紹

說明：■為標(biāo)配功能。

8 結(jié)束語

江寧數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目在末端配電中采用智能母線系統(tǒng)方案取代傳統(tǒng)列頭柜＋電纜方案，可靠性髙、易于安裝維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的可用性、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性以及靈活性，確保了服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

【1】級(jí)凡.母線槽的選用【Ｊ】．科技信息，2013（4）：402-404.

【2】談軍、戴勇、李偉，李沛 .智能母線在數(shù)據(jù)中心末端配電中的應(yīng)用研究.

【3】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).2019.11版.

作者簡(jiǎn)介：

霍麗麗，女，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)控的研發(fā)及應(yīng)用