摘要：從數(shù)據(jù)中心終端供配電系統(tǒng)的安全性和可行性出發(fā)，分析了當(dāng)前電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜終端供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以及各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)分析研究智能母線槽配電方案，深入探討其可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性，為關(guān)鍵電力負(fù)荷提供可靠的用電保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；頭柜配電；智能母線槽；模塊化頭柜；可靠性

前言

 電力數(shù)據(jù)中心是電力企業(yè)通信、調(diào)度、信息、營(yíng)銷(xiāo)、運(yùn)營(yíng)、綜合管理和分析決策服務(wù)的公共信息平臺(tái)，是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺(tái)，是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨流程高級(jí)應(yīng)用的重要支持平臺(tái)¨1。電力數(shù)據(jù)中心不僅包括信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)，還包括綜合數(shù)據(jù)通信鏈路和綜合環(huán)境控制基礎(chǔ)設(shè)施，其中配電系統(tǒng)是支持電力數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施之一。低可靠性供電是數(shù)據(jù)中心服務(wù)中斷的主要原因。如何優(yōu)化和提高配電系統(tǒng)的可用性和安全性，提高設(shè)備更換和擴(kuò)展的靈活性，提高操作和維護(hù)的便利性，確保供電系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，是電力數(shù)據(jù)中心經(jīng)理面臨的主要問(wèn)題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的終端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“數(shù)據(jù)中心"）實(shí)施案例為研究對(duì)象，對(duì)幾種主要數(shù)據(jù)中心柜供電方案進(jìn)行比較研究，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)荷提供可靠用電保障的參考方案。

一數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定

 數(shù)據(jù)中心按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174)．2017年[41、電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB／T50980-2014)要求施工，采用A、B雙路系統(tǒng)供電。數(shù)據(jù)中心末端的配電范圍是指從UPS輸出配電柜輸出端引出到機(jī)柜PDU插座端的IT設(shè)備和服務(wù)器。相關(guān)配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D

二機(jī)柜端列頭柜配電方案

1傳統(tǒng)的排頭柜供電方式

 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電采用配電頭柜和電纜配電方式。同時(shí)，每個(gè)機(jī)柜配備兩個(gè)PDU插座，通過(guò)電纜從頭柜取電。頭柜和機(jī)柜之間通常有兩種供電方式。

（1）模式一

 每個(gè)列頭柜同時(shí)配備A、B主輸送開(kāi)關(guān)和相應(yīng)的饋線開(kāi)關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從1個(gè)列頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

（2）模式二

 每個(gè)列頭柜配有A或B主輸入開(kāi)關(guān)和相應(yīng)的饋線開(kāi)關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從2個(gè)列頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

(3)模式一與模式二的比較

 可靠性和可用性比較：供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置直接決定了數(shù)據(jù)中心的可用性和可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)由子系統(tǒng)組成，任何子系統(tǒng)的故障都將直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

 一種模式采用一個(gè)列頭柜為終端設(shè)備提供A、B路電源，模式2分布在兩個(gè)列頭柜中，為終端設(shè)備提供A路或B路電源。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，A機(jī)房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行時(shí)，模式1和模式2均滿足容錯(cuò)要求，即A、B路任何一路故障都不影響終端設(shè)備的運(yùn)行。從運(yùn)維管理的角度來(lái)看，當(dāng)模式1中的一路出現(xiàn)故障時(shí)，由于A、B兩個(gè)電源均在一個(gè)頭柜內(nèi)，因此需要停電維護(hù)，增加了運(yùn)行維護(hù)的難度和可操作性。當(dāng)頭柜配置較低時(shí)，一路故障可能導(dǎo)致另一路故障。因此，從可靠性和可用性的比較來(lái)看，模型二相對(duì)較高。

 成本比較：模式1和模式2兩種頭柜配置相同時(shí)，頭柜進(jìn)線電纜長(zhǎng)度相同，頭柜與機(jī)柜之間的電纜(WDZB)．YJV3×6mm：以配置為例)，每個(gè)機(jī)柜模式的二比模式超過(guò)3米，差別不大。因此，與兩種供電模式相比，每個(gè)機(jī)柜從兩個(gè)機(jī)柜取電的可用性高于從同一機(jī)柜取電的可用性，成本差別不大。

2傳統(tǒng)的排頭柜配置

 比較機(jī)柜作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房終端配電管理的核心設(shè)備，需要滿足配電、監(jiān)控、測(cè)量、保護(hù)、報(bào)警等功能。隨著信息設(shè)備的進(jìn)一步集中，數(shù)據(jù)中心對(duì)供電可靠性和可管理性的要求越來(lái)越高。同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的整合，機(jī)柜的高智能技術(shù)也逐漸成熟，從第一代簡(jiǎn)單的智能機(jī)柜逐漸演變?yōu)楦咧悄艿谒拇夹g(shù)。

列頭柜的發(fā)展大致分為四代，如下：

一代：普通開(kāi)關(guān)水平安裝，配備機(jī)械表和指示燈，只有配電功能，無(wú)檢測(cè)和通信功能。

二代：多采用開(kāi)關(guān)垂直安裝，在進(jìn)線端增加數(shù)字電表或觸摸屏和通信接口，只監(jiān)控主路，不監(jiān)控分路。

三代：在二代的基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理。

四代：在三代的基礎(chǔ)上，完善智能技術(shù)，集中開(kāi)關(guān)模塊化、二次元件模塊化、調(diào)整、監(jiān)控和集成。

其中，一代和二代是傳統(tǒng)配電柜，三代是數(shù)據(jù)中心常用的精密配電柜，四代是模塊化精密配電柜口，從柜集成、監(jiān)控、

三機(jī)柜配電智能母線槽方案

1智能母線槽概算

 機(jī)柜端配電采用智能母線槽作為機(jī)柜端配電的成熟技術(shù)之一，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心。目前國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用案例很多，數(shù)據(jù)中心也采用智能母線槽供電方案。如圖4所示：

圖4智能母線槽供電方案

2智能母線槽要求

(1)總體方案

 本數(shù)據(jù)中心實(shí)施的機(jī)柜母線槽供電方案滿足A機(jī)房要求，采用2N供電方式15、6jo]，如圖5所示。

圖5智能母線槽供電方案圖

 主機(jī)房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2輸出APS系統(tǒng)、B路主線槽(IP544)．1250A密集母線)連接到機(jī)房每個(gè)機(jī)柜的前通道，每個(gè)機(jī)柜端母線槽的開(kāi)始箱通過(guò)電纜與主母線槽上的插入箱連接。

(2)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 機(jī)柜端智能母線槽主要包括“進(jìn)線箱、直線段、插接箱"，如圖6所示。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖

進(jìn)線箱：用于整個(gè)母線供電，通過(guò)UPS主母線插入箱斷路器連接電源，配備測(cè)量單元和通信單元，監(jiān)測(cè)電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

直線段：用于承載電流，通過(guò)插接口和插接箱為機(jī)柜供電。根據(jù)插接箱的安裝方式，可分為軌道滑動(dòng)母線槽和固定母線槽兩種類(lèi)型。兩者的最大區(qū)別在于軌道母線槽內(nèi)置滑動(dòng)導(dǎo)軌，其插接箱可以直接在母線上滑動(dòng)，以靈活滿足機(jī)柜的位置需求。固定母線槽直段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插接口，間距一般為0．6米和1．2米，基本能滿足高密度多變機(jī)柜擺放的需要。軌道滑動(dòng)觸摸母線槽更適合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜布局和變化調(diào)整的要求。

插件箱：插件箱用于從母線直段取電，支持熱插件、拔出和調(diào)節(jié)，配備測(cè)量單元、通信單元、防雷單元和工業(yè)連接器單元，監(jiān)控柜端電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

安裝方式：

 母線槽安裝方便快捷，可采用機(jī)柜頂部安裝和地板底部安裝兩種方式。機(jī)柜頂部安裝一般需要預(yù)留1米左右的垂直空間，應(yīng)考慮強(qiáng)弱電橋、風(fēng)管、照明等因素；地板安裝一般需要預(yù)留0．垂直空間約6米，應(yīng)考慮地板下送風(fēng)氣流的組織因素。如圖7所示。本案數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米。考慮到機(jī)柜上方的綜合管道和下送風(fēng)，機(jī)柜端的母線槽采用機(jī)柜上的安裝方式和A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

(3)監(jiān)控管理

 機(jī)柜端智能母線槽通過(guò)配置電能儀表、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通信接口單元等部件，實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、功率和功率，實(shí)時(shí)顯示各機(jī)柜PDU的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)柜的精確監(jiān)控和能效管理。可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量，包括負(fù)載系數(shù)、諧波含量等，所有監(jiān)控參數(shù)最終集成到母線系統(tǒng)監(jiān)控單元模塊，通過(guò)開(kāi)放通信協(xié)議接口與機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接，可實(shí)時(shí)檢查數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)行情況，任何監(jiān)控點(diǎn)故障，可在系統(tǒng)顯示界面找到相應(yīng)號(hào)碼，使維護(hù)人員快速響應(yīng)，大大降低維護(hù)工作量。如圖8所示。

圖8智能母線槽監(jiān)控圖

四智能小母線監(jiān)控解決方案

 數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器傳統(tǒng)配電采用精密配電柜，占用空間大，配電電纜多，新設(shè)備不方便。為了節(jié)省面積，智能小母線方案受到許多數(shù)據(jù)中心的青睞，因?yàn)樗徽加脵C(jī)房面積，可以根據(jù)需要靈活插拔。

 安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為溝通和DC母線監(jiān)控兩類(lèi)，包括開(kāi)始箱監(jiān)控模塊、插入箱監(jiān)控模塊和觸摸屏。此外，還可與母線槽連接器紅外溫度測(cè)量模塊配合，監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)行溫度，確保母線槽配電的安全。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手，可以實(shí)現(xiàn)任何插入箱的數(shù)據(jù)上傳和通信，不影響其他在線運(yùn)行。

1智能母線監(jiān)控

五結(jié)束語(yǔ)

可靠性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性、節(jié)能環(huán)保是電力數(shù)據(jù)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的幾個(gè)關(guān)鍵要素，供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)IT信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的終端配電應(yīng)采用更高的可用性、更高的安全性和靈活性的配電結(jié)構(gòu)。智能母線槽是電力數(shù)據(jù)中心終端配電的方案之一。

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