小母線監(jiān)控系統(tǒng)在新型數(shù)據(jù)中心的應用

0、引言

當前云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能領域技術快速發(fā)展，我國數(shù)據(jù)中心運營的安全性和可用性。

伴隨IT技術的發(fā)展，機房租賃等商業(yè)模式的興起，機房建設初期對機柜密度不確定大為增加，數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)在經(jīng)濟型、持續(xù)性、靈活性、可靠性上提出新的要求和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的列頭柜加電纜的末端配電方式因其局限性而難以適應當今技術的發(fā)展。使用靈活的小母線來替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電發(fā)展的一種新方式。

1、傳統(tǒng)配電方案

如圖1所示，機房傳統(tǒng)配電方式一般采用兩回10kV市電接入至大樓配電房，經(jīng)過變壓器、低壓配電柜后輸入2路雙回路市電進入機房雙電源切換箱，雙電源切換箱再引出電纜至UPS電源設備，再經(jīng)過UPS輸出柜連接至各列機柜配電列頭柜，列頭柜再敷設電纜至機柜內(nèi)PDU。傳統(tǒng)配電方式技術成熟可靠，單點故障率低。但配電列頭柜占用機柜空間、電纜傳輸損耗大、施工復雜、可擴展性和靈活性不大。

2、智能小母線配電方案

智能小母線配電系統(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，它由始端模塊、功能模塊、末端母線干線、干線連接模塊、分接配電模塊、干線防護模塊、干線端封等組成，它具備模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷，浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測，承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸?shù)裙δ堋Ｈ鐖D2和圖3所示。

(1)始端模塊：負責UPS配電柜與小母線的連接，包含電纜進線模塊、塑殼斷路器和600mm母線直線段，電纜在始端模塊中通過塑殼斷路器后接入對應的母線端子排上。通過實現(xiàn)模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷功能，其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(2)功能模塊：集成了浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測等功能。

(3)末端母線干線：承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸，內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)為4根銅排(L1、L2、L3、N)或5根銅排(L1、L2、L3、N、PE),其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(4)干線連接：包括可實現(xiàn)干線擴展的連接件和用于改變母線走向的各種彎頭等。

(5)分接配電模塊：雙觸點取電，采用微型斷路器作為保護元件，是插于母線槽主體上的小型配電模塊，用于為每一個用電設備提供精準的電力，電流為6~100A。

(6)干線保護模塊：防護蓋板可以提高干線的防護等級并有效地防止人員接觸帶電導體。

(7)干線端封：保護干線末端的封蓋，提高防護等級。

(8)配電方式為：從前端UPS配電柜引出電纜連接至母線槽最前端的始端模塊，通過母線槽進行電力傳輸，再根據(jù)每個機柜的功率密度選擇相應規(guī)格的分接配電模塊，與機柜內(nèi)PDU連接后即完成對一個機柜配電工作。

3、兩種配電方式的比較

列頭柜+電纜與智能小母線配電方式的對比如表1所示。

4、某數(shù)據(jù)中心配電方案介紹

本項目為某數(shù)據(jù)第4.3.8條相關要求。

機房共規(guī)劃8列設備，組成4個封閉冷通道，不設置配電列頭柜，在每列機柜后門上方水平布置雙列母線，每條小母線分別來自不同UPS輸出回路，用于該列機柜AB路供電，本次設計采用單列母線長度為2.4m、1.8m、1.2m三種規(guī)格的單條母線槽和長度為815mm的始端模塊(進線箱215mm+母線槽600mm)拼接而成，設計母線長度的原則優(yōu)先選擇多條2.4m拼接，余量選用1.8m或1.2m。

單列母線槽的長度不超過該列機柜總長度的最大長度，本機房每列機柜為12m,母線槽的長度=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列機柜16臺，按每臺功率4kW計算，單列機柜總功率為64kW,選擇160A母線槽與160A始端模塊。本次機柜設備考慮單相供電，選用單相插接箱，選擇32A插接箱，插接箱的數(shù)量根據(jù)16臺機柜計算為6個(每3口配電模塊為1個)。

通過智能小母線方案配電設計，每列省去1個配電列頭柜空間，更多地為IT設備的擴展預留條件。配電通過插接箱實現(xiàn)，支持在線熱插拔，用電需求可以隨時隨需增減，而不涉及大的工程改動，在不影響其他正在運行的機柜設備的前提下，可在同一條母線槽上實現(xiàn)單相、三相轉(zhuǎn)換。正因為這些優(yōu)點，隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機房建設。

圖4 智能小母線供電方案平面圖

5、結(jié)束語

近些年，智能小母線配電方案還沒得到大規(guī)模的普及和應用，但是隨著目前IDC大型數(shù)據(jù)國家“十四五”規(guī)劃中碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略定位也是一致的。筆者相信在不久的將來，智能小母線配電方式會得到大規(guī)模的應用，也會隨著設計的不斷完善成為一種主流。

6、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)測模塊、插接箱監(jiān)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(jiān)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。

6.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2、系統(tǒng)功能

6.2.1主菜單

用戶登錄進入主菜單頁面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報警查詢、參數(shù)設置和幫助四個板塊，點擊任意板塊可進入對應界面進行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。

6.2.2實時監(jiān)測

在主頁點擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進入系統(tǒng)圖界面，系統(tǒng)實時顯示每一路的三相總電壓及各個插接箱、始端箱的電壓情況。

6.2.3 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(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

6.2.4 諧波數(shù)據(jù)

系統(tǒng)通過智能小母線監(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)，通過點擊“箭頭”可以左右切換各個插接箱、始端箱的2-63次諧波數(shù)據(jù)；

6.2.5 需量閾值

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

7.2.6 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(jù)選擇不同時間查詢電能值。通過時間對比，區(qū)域?qū)Ρ龋治龀龊线m的用電方案，節(jié)能降耗，降低PUE值。

7.3 配置方案

8、結(jié)語

本文介紹了數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

參考文獻：

[1]中國電子工程設計院.GB 50174-2017數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[2]中國航空規(guī)劃設計研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2016.

[3]謝昆.淺析機架母線配電技術在數(shù)據(jù)中心機房的應用[J].信息通信，2019(10):79-81.

[4]何鑫.某數(shù)據(jù)中心小母線配電系統(tǒng)的應用[J].智能建筑.2023(03)

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版。