淺談智能母線在數據中心的應用及監控產品選型
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：根據《“十四五”信息通信行業發展規劃》，信息通信行業到2025年將實現整體規模進一步擴大，整體經濟發展品質顯著提高，基本形成高速泛在、融合互通、智慧綠色以及安全穩定的新興數據基礎建設，進一步提高數據中心空間及環境利用率，提高其節能水平和智能化管理水平。在數據中心中使用智能母線可以替代列頭柜，從而進一步節省機房空間，提升經濟效益。結合具體工程實例，分析智能母線在數據中心的詳細應用。
關鍵詞：智能母線；數據中心；空間利用；經濟效益
0 引言
末端供電一般采用的是列頭柜供電方式，需要在每列機柜或兩列機柜設立一臺列頭柜，存在著占用空間大、電纜走線多及強弱電分離等問題。為了解決上述問題，智能母線應運而生，其以高度的靈活性、完善的智能化監控能力備受數據中心建設單位的青睞。
1 智能母線供電方式
智能母線的供電方案在不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）出線柜之后不需要再敷設線纜或設置配電設備，而是直接串接智能母線槽，并配合接插單元為每臺負載機箱內裝置供電。數據中心智能母線采用樹干式的供配電系統，每列機柜均通過兩條母線槽供電，且地板下及機柜上沒有電纜橋架，便于管理維修。列頭柜供電系統如圖 1 所示，智能母線供電系統如圖2所示。
圖 1 列頭柜供電系統（2N）
圖 2 智能母線供電系統（2N）
2 智能母線的優勢
（1）部署簡單，易于擴展。傳統配電方式中，列頭配電柜到各機柜間均采用線纜一對一連接，需要鋪設大量電纜和電纜承載橋架。工程實施時需要根據機柜間隔單獨裁剪、鋪設、捆扎或連接每一根電纜，不僅施工量大、周期長，而且未來新增回路需要增加鋪設線纜。智能母線部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有規劃設備的上方，無需鋪設大量電纜，可以
通過插接箱就近供電，部署周期為1～2周。插接箱位置可調，IT 機柜電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）插頭可以直接插入到母線插接箱中，無復雜接線工作。除此之外，智能母線配置熱插拔插接箱，可以在線熱插拔。當機房需要增加新的回路時，只需要增加相應輸出回路的插接箱，直接在線插拔就可以實現擴容，無需對母線槽進行新的調整。智能母線構成如圖 3 所示。
圖 3 智能母線構成圖
（2）供電靈活，快速可靠。智能母線供配電模式加適合現代數據中心發展的趨勢，在安全可靠的基礎上，還具備靈活、快速的優點。傳統配電柜里的電纜和開關都是定額化的，如果 IT 設備使用的電功率增加，就需要重新布放電纜和換開關等。智能母線可根據 IT 負荷實際需要的電功率自動分配，提高了供電的靈活性。采用智能母線方式無需機柜強電電纜橋架等物理設備，如圖4所示，提高了空調送風效率。此外，智能母線所有的產品都是模塊化設計，符合現代數據中心快速靈活部署的要求。
圖 4 已經敷設完成的電纜橋架
（3）具有完善的配電監控。智能母線供電方式具有與列頭柜同樣的智能監控功能，可以監測插接箱內每條一回路中的相關信息，包括壓力、流量、輸出功率、電能、諧波以及溫度等。智能母線監控系統配置通信接口，可以將所有監控數據上傳給后臺動環平臺。
（4）節約機房面積，提高收益。采用智能母線供電無需配置強電列頭柜，節約了強電配電設備占用空間，可以增加 IT 機柜的安裝數量，提高了機房利用率和經濟收益。
（5）安全性高，使用壽命長。智能母線采用“金屬外殼+絕緣護套+銅芯母排”結構，電氣穩定性強，同時也擁有良好的散熱性能，有效避免了由熱沉積引起的點老化，延長了使用壽命。
3 智能母線收益分析
從經濟效益方面分析，智能母線也具有一定的競爭優勢。雖然智能母線相對于列頭柜方案投資成本較高，但是使用智能母線時無需配置交流列頭柜，原有交流列頭柜的安裝位置可以供資源機柜使用，大大提高了實際收益。
以安徽省某數據中心為例， 其建筑面積約8000m2，采用常規供電方式時可以布置機架1 040架、交流列頭柜 64 架，交流列頭柜設備采購及安裝費用約為 192 萬元，列頭柜至IT 機柜配電線纜投資約為100 萬元，總投資約為 292 萬元。在同樣規模下，使用智能母線代替交流列頭柜后，智能母線的設備采購及安裝費用約為 570 萬元，投資比常規供電方式多出278 萬元。但使用智能母線方式供電時，無需交流列頭柜，該數據中心可使用IT機架增加 64 架。參考該單位過去3年的機架銷售數據，單機柜外租平均費用約為0.5萬元 / 月，每月可增加收入 32 萬元。此時計算投資回報周期為 278÷32 ≈ 9月，即在9個月以內就能收回多出的投資。數據中心一般運行周期為15年，使用智能母線可以為該建設單位增加收益約為5472 萬元。
4 安科瑞配電及監控系統解決方案
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；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；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 安科瑞智能母線監控解決方案
5.1 概述
數據中心IT服務器配電傳統采用配電柜，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）大需量
顯示電壓、電流、功率的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
6.結論
信息時代背景下，大規模集群式數據中心越來越多，在建設規模快速擴大的基礎上，對部署速度和節能效果也提出了加苛刻的要求。基于此，需要進一步加強模塊化、智能化、綠色化的數據中心建設，通過對智能母線等高效產品的應用，進一步降低數據中心總體能耗，縮短部署時間。
參考文獻
【1】吳懷同.智能母線在數據中心的應用
【2】李玉昇.數據中心供電系統規劃與發展 [J]. 電氣應用，2020，39（11）：4-7.
【3】于智勇，徐 義.數據中心10kV供配電系統切換自動化工程實踐 [J]. 智能建筑電氣技術，2019，13（3）：79-82.
【4】肖 驍，戈文祺.數據中心供配電系統解決方案研究 [J]. 城市建設理論研究（電子版），2018（23）：4.
【5】馬皓天.數據中心電氣設計要點 [J]. 住宅與房地產，2018（12）：67.
【6】霍 毅，羅秋菊，劉 宇，等.智能小母線與列頭柜配電模式比較 [J]. 廣東通信技術，2020，40（6）：56-59.
【7】向 榮.互聯網數據中心機房供電設計探討 [J]. 廣播與電視技術，2013，40（4）：54-60.
【8】林藝成.數據中心電源解決方案及選型 [J]. 企業技陳瀾，卞星明，萬樹偉，王黎明，關志成.交流老化導線溫升特性改變對載流量的影響[J].高電壓技術，2014，40(5) ：1499-1506.
【9】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本.
【10】數據中心解決方案樣本2022.04版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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