安科瑞簡析智能母線配電在數據中心的應用以及產品監控選型
發布時間：2023-10-09瀏覽次數：800返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著現代信息科技的發展，數據中心的機柜功率逐漸增加，而且現實環境對機房的調整和改造需求逐漸增多，傳統的配電模式已無法滿足如今發展的多樣化需求，小母線作為數據中心一種新型機房配電產品，可以有效地解決傳統配電模式中存在的各種問題，大大提高了數據中心的可用性及供配電的穩定性。
關鍵詞：數據中心；小母線；配電模式；穩定性
0引言
隨著信息技術的發展和社會信息化水平的提高，各個行業愈加依賴于信息系統，這對信息系統安全、穩定性的運行有較高的要求。與此同時，各行業對計算及相關資源的需求依然保持持續增加的趨勢，計算設備和資源數量仍需要保持快速的增長速度，以滿足大數據、5G、人工智能和云計算等新興技術發展需要。因此，在數據中心的建設過程中，限于有限的資源，提高單機柜裝機的功率密度，使數據中心單位面積產生大的價值是很有必要的。然而，單機柜功率的提高，勢必會造成供電、空調等系統的壓力，比如在傳統配電模式供電系統中，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級數據中心，由于2N架構的需要，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，會對機房氣流造成一定影響，不利于IT設備的散熱。因此，打破傳統配電模式，驅動新型數據中心配電方式的變革勢在必行。
1數據中心傳統的IT設備配電模式
1.1傳統配電模式簡介
在數據中心中傳統的配電模式中，IT機房采用列頭柜從總配受電，然后通過不同的開關回路，用電纜經地板下的電纜橋架分配給各個機柜，是典型的放射式供配電系統。列頭柜的配電模式特點是各負荷受電，當單臺設備發生故障時，其影響范圍只局限于本身，而不會影響到其他回路，能夠滿足國家現行設計規范對重要用電負荷的相關技術要求。此外，在A級數據中心，還采用2N架構，即兩臺引自不同電源的列頭柜分別給同一列機柜供電，以達到一路電源故障時，另一路仍可支持所有設備正常運行的目的。
1.2傳統配電模式存在的問題
在早些時候，由于相關技術不夠成熟，數據中心建設和規劃過程中并未考慮到高功率密度的單機柜需求，傳統的列頭柜配電模式足以支撐1~3kW單機柜功率密度的需求。但隨著信息科技的快速發展，業務量大幅度提升，支撐數據存儲與計算的數據中心面臨著巨大壓力，提升單機柜密度是業內傾向采取的措施，畢竟對于數據中心來說，提升利用效率需要的造價，遠低于擴大建筑面積產生的成本。
2小母線配電模式及其優勢
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器機柜。如圖1所示，在IT機房內，通過在機柜上方安裝小母線，然后從母線的插接口引出分支回路連接至機柜的配電模塊，無需占據地板下方空間。同時，該產品支持熱插拔，即插即用的靈活供配電方式，可以實現在帶電狀況下、在任何地方快速安裝使用，無論是安裝或檢修維護，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、轉彎件和分接單元等部件組成，每個部件承擔不同的功能。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；連接件負責直線段、端口母線槽、T型件及轉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，防止進入灰塵、水分等；由于母線槽不便彎曲，需借助于轉彎件和T型件來達到轉彎和分流的目的；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小母線的優勢
小母線的應用，從某些程度上避免了傳統列頭柜配電模式的弊端，在新的數據中心建設形勢下，有著巨大的優勢。
1)安裝方便、可靠性高
與架空地板下走線方式需鋪設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行，又節約了大量的分支電纜敷設及電纜頭的制作工作，預制化的產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，由于傳統的配電模式中，列頭柜壽命一般在10-15年之間，不利于系統定運行。而小母線的使用壽命一般可達40年，可以好地與建筑使用年限相匹配，而不用頻繁換設備、下架信息系統服務器，可擺脫傳統列頭柜配電模式末端電力調整的不連續性、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，小母線可根據機柜實際負載大小進行靈活分配。在安裝小母線時，可以預留一定的插接口，以便后續容量調整、容量增加。當需要擴容時，只需要增加或換插接箱即可。再加上插接口可支持熱插拔，當需要進行調相、維修等相關操作時，只需對小母線上的插接箱進行相關調整即可，無需在線路上進行任何操作。
4)后繼成本低，可提升數據中心的可用性
后繼成本低體現在節約建設工程造價和運維花費兩個方面，一方面，小母線使用壽命長、擴容改造方便，降低了后期機房改造的工程建設成本；另一方面，日常運維時，檢查及檢修方便，節省人力并大大降低平均可修復時間，提升數據中心的可用性。
3安科瑞配電及監控系統解決方案
3.1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，有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。
3.2應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心
3.3系統結構
1）交流
2）直流
3.4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；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；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。
3.5系統硬件配置
4安科瑞智能母線監控解決方案
4.1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。
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
4.4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)需量
顯示電壓、電流、功率的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。
4.5系統硬件配置
5結論
可靠性、可維護性、經濟性、可擴展性和節能環保是電力數據建設和運維的幾大關鍵要素，供配電系統是數據中心基礎設施中的關鍵環節。隨著電網IT信息系統快速發展，數據中心低壓配電應采用具備高可用性、高安全性和靈活性的配電結構進行支撐。本文通過對全母線方案和傳統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高的靈活性，同時其具有施工周期短、使用壽命長、可重復利用等特點，增加了機房的利用率和收益，投資回收期較短，因此隨著今后技術逐步成熟、成本進一步降低，可考慮逐步推廣使用。
參考文獻
【1】宋偉男,邵安,朱述振,李志鵬,劉 鵬.小母線配電模式在數據中心的應用研究[J],2022,03:173-174.
【2】數據中心設計規范GB50174-2017[S].2017.
【3】數據中心解決方案樣本2022.04版.
