淺談智能母線監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心末端配電的設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前數(shù)據(jù)中心末端供電列頭柜加電力電纜存在的不足，結(jié)合實(shí)際案例，采用末端智能母線系統(tǒng)全新的末端供電方式，有效提升了數(shù)據(jù)中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性，為建設(shè)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色、智能的數(shù)據(jù)中心提供支撐。

關(guān)鍵詞：智能母線、智能母線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、末端供電

1. 引言

數(shù)據(jù)中心末端智能母線通過(guò)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控母線的溫升、電能運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲(chǔ)，上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心，發(fā)出告警及報(bào)警信息，通過(guò)音頻及可視化的界面對(duì)話窗口告知運(yùn)營(yíng)管理人員，及時(shí)排查故障。

數(shù)據(jù)中心末端智能母線供電系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的配電列頭柜加電力電纜有更大的優(yōu)勢(shì)。配

電列頭柜加電力電纜末端配電方式是由UPS輸出配電柜引電力電纜至列頭柜，經(jīng)主路斷路器控制開(kāi)關(guān)控制各分路斷路器開(kāi)關(guān)，最終至IT設(shè)備機(jī)柜PDU插排供電，若配電列頭柜電能參數(shù)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障，導(dǎo)致相應(yīng)配電列頭柜所帶載的機(jī)柜失去監(jiān)控，故存在單點(diǎn)隱患，若期間服務(wù)器發(fā)生宕機(jī)，不能有效及時(shí)處理，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

1. 智能母線系統(tǒng)架構(gòu)及特點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖如圖１所示。

圖 １ 數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖

母線優(yōu)點(diǎn)：軌道式主體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單明了，安全性高；插接箱旋轉(zhuǎn)式插接，帶電插拔，安裝快捷； 母線干線上隨處可插接插接箱，靈活性強(qiáng)；雙零線結(jié)構(gòu)，更好地應(yīng)對(duì)諧波效應(yīng)；全電參量智能檢測(cè)模塊單元，保證末端供電系統(tǒng)可靠、安全、智能。

插接箱單元特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)式插接，無(wú)需專用工具；磷銅卷口彈性插腳；可任意選裝1P/2P/3P開(kāi)關(guān)；可以實(shí)現(xiàn)一拖一或者一拖多設(shè)置（單極開(kāi)關(guān)單機(jī)柜，三極開(kāi)關(guān) 三機(jī)柜）；內(nèi)裝有電壓、電流等電能參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊。

1. 配電列頭柜與智能母線末端供電對(duì)比

數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖

數(shù)據(jù)中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜直接放射敷設(shè)至

配電列頭柜及IT設(shè)備柜。其優(yōu)點(diǎn)是各負(fù)載之間獨(dú)立受電，若發(fā)生系統(tǒng)故障，切除故障回路，

縮小停電范圍，不影響其他回路，滿足國(guó)家相應(yīng)規(guī)范對(duì)IT設(shè)備重要負(fù)荷的用電技術(shù)要求。其缺點(diǎn)是分支線路多、有色金屬導(dǎo)體消耗量大、施工安裝工藝復(fù)雜、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，不能滿足 不同業(yè)務(wù)的用電容量需求，分期實(shí)施時(shí)需要把末端電力線纜一次敷設(shè)到位，系統(tǒng)靈活性差。此外，傳統(tǒng)配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統(tǒng)中，配電列頭柜需要占用數(shù)據(jù)中心的空間資源。

數(shù)據(jù)中心配電列頭柜電力電纜拓?fù)鋱D如圖3所示。缺點(diǎn)：線纜地板下鋪設(shè)工期長(zhǎng)、難度大，且后期檢修、管理困難；列頭柜空間有限，后期變更的靈活性較差；線纜密集鋪設(shè)，容易聚集溫升，有火災(zāi)隱患；線纜架空地板下鋪設(shè)，影響制冷效果；列頭柜占用機(jī)柜位置，造成土地成本浪費(fèi)。

圖3 數(shù)據(jù)中心配電列頭柜拓?fù)鋱D

數(shù)據(jù)中心智能母線供配電系統(tǒng)采用樹(shù)干式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜至各IT設(shè)備機(jī)柜之間采用兩條干線（智能母線）連接的配電方式。其優(yōu)點(diǎn)是消耗的有色金屬導(dǎo)體量相對(duì)較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，可滿足不同承租用戶的個(gè)性化業(yè)務(wù)用電容量，易于擴(kuò)展與變更。與電力電纜相比，智能母線可靠性更高、工程生命周期長(zhǎng)，并且可重復(fù)利用。其缺點(diǎn)是智能母線主干線發(fā)生故障時(shí)，影響范圍大，但母線干線的故障概率很低。

數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓?fù)鋱D如圖4所示。優(yōu)點(diǎn)：取消配電列頭柜，節(jié)約占地面積，爭(zhēng)取了更多的盈利性機(jī)柜；開(kāi)關(guān)控制及數(shù)據(jù)采集分布于始端箱和各插接箱，避免互相影響；避免了強(qiáng)電在架空地板下敷設(shè)，主動(dòng)發(fā)熱少，對(duì)制冷造成的負(fù)擔(dān)小，有效降低數(shù)據(jù)中心能耗和PUE值； 安裝方便快捷，工期大大縮短；插接箱模塊化，實(shí)現(xiàn)分支數(shù)量及容量隨時(shí)調(diào)整；內(nèi)部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4 數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓?fù)鋱D

1. 某B級(jí)數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備末端配電設(shè)計(jì)

某B級(jí)數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 某B級(jí)數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖

某B級(jí)數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖、電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 某B級(jí)數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖

圖7 某B級(jí)數(shù)據(jù)中心電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖

其中，每臺(tái)機(jī)柜IT設(shè)備用電量按4KW考慮，機(jī)房?jī)?nèi)配電系統(tǒng)采用的電纜選用低煙無(wú)鹵電力電纜，從電源列頭柜到設(shè)備機(jī)柜使用的電纜選 用低煙無(wú)鹵電力電纜。機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備機(jī)柜均采用雙回路供電的方式，每個(gè)機(jī)柜均配備2個(gè)PDU模塊。雙回路供電系統(tǒng)從2N雙總線配置的 UPS輸出柜到機(jī)柜采用母線（UPS至吊頂敷設(shè)智能母線采用電力電纜轉(zhuǎn)接）方式，母線到機(jī)柜采用插接箱+電力電纜方式，母線進(jìn)線箱內(nèi)設(shè)置斷路器及監(jiān)控、防雷模塊，插接箱帶有開(kāi)關(guān)及遠(yuǎn)程監(jiān)控電流、功率等參數(shù)監(jiān)控功能，相應(yīng)的監(jiān)控參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心。

數(shù)據(jù)中心末端配電采用智能母線配電技術(shù)，其供電容量靈活，可以滿足不同承租商的個(gè)性化業(yè)務(wù)需求，施工安裝方便靈活，部署簡(jiǎn)單快捷。為有效節(jié)約數(shù)據(jù)中心空間資源，取消末端強(qiáng)電列頭柜，原有配電列頭柜的位置可增加1套IT設(shè)備柜。一般情況下每40個(gè)左右IT設(shè)備柜配置2套配電列頭柜。取消配電列頭柜，可增加2/40左右的IT設(shè)備機(jī)柜數(shù)量，按主機(jī)房400架IT機(jī)柜為例，原需要20個(gè)列頭柜，采用智能母線后IT設(shè)備機(jī)柜可設(shè)置420個(gè)，對(duì)于對(duì)外承租的數(shù)據(jù)中心，每個(gè)機(jī)柜租賃費(fèi)8萬(wàn)元/年計(jì)算，可增加經(jīng)濟(jì)效益160萬(wàn)元，因此可有效提高數(shù)據(jù)中心的空間利用率和經(jīng)濟(jì)性；采用智能母線系統(tǒng)，機(jī)柜上方走線，可減少架空地板下電氣走線的火災(zāi)安全隱患，后期檢修方便。這為數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行提供有力保障，大大提高了供電運(yùn)行的可靠性以及運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平。

4、安科瑞智能小母線解決方案

??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。

4.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2、系統(tǒng)功能

4.2.1主菜單

用戶登錄進(jìn)入主菜單頁(yè)面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報(bào)警查詢、參數(shù)設(shè)置和幫助四個(gè)板塊，點(diǎn)擊任意板塊可進(jìn)入對(duì)應(yīng)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。

4.2.2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，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示每一路的三相總電壓及各個(gè)插接箱、始端箱的電壓情況。

4.2.3 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。

4.2.4 諧波數(shù)據(jù)

系統(tǒng)通過(guò)智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)，采集諧波參數(shù)，分析各回路是否存在諧波，并分析諧波次數(shù)，通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭"可以左右切換各個(gè)插接箱、始端箱的2-63次諧波數(shù)據(jù)；

4.2.5 需量閾值

顯示電壓、電流、功率的需量閾值及發(fā)生時(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，調(diào)整數(shù)據(jù)中心機(jī)房的用電負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際用電情況調(diào)整變壓器容量，或者通過(guò)人為干預(yù)，降低需量閾值，保障供電連續(xù)性和穩(wěn)定性。

4.2.6 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。通過(guò)時(shí)間對(duì)比，區(qū)域?qū)Ρ?，分析出合適的用電方案，節(jié)能降耗，降低PUE值。

4.3 配置方案

5、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線系統(tǒng)與配電列頭柜形式供配電系統(tǒng)的技術(shù)性能，通過(guò)案例更進(jìn)一步明確了末端智能母線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)配電列頭柜電力電纜方案和智能母線系統(tǒng)配電方案進(jìn)行分析。采用柔性更強(qiáng)、安全性和可靠性更高的智能母線系統(tǒng)將更加適合新基建數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn):

[1]數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范. GB50174-2017[S]．

[2]李玉昇．?dāng)?shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃與發(fā)展[J].電氣應(yīng)用，2020(11):4-7

[3]邵帥飛，鄭曉茜.數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣.2022.03.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)，2022.05版.

[5]數(shù)據(jù)中心綜合解決方案.2022.02版.