機架母線槽配電技術在數(shù)據(jù)中心機房的應用

時間：2020-09-09

摘要：通過結(jié)合機架母線槽系統(tǒng)的使用特點，將“始端箱+母線槽+終端箱”機架母線配電方式與現(xiàn)有“列頭柜+電纜”配電方式進行使用性能與技術經(jīng)濟指標的對比，分析了機架母線柔性配電、保護、擴容、監(jiān)測等多種功能，說明機架母線在提高了數(shù)據(jù)中心供電方式穩(wěn)定性、靈活性的同時，大大提高了單位空間的裝機率。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心;機房配電;列頭柜;機架母線

0引言

隨著大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)機房的傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式已經(jīng)不能滿足日新月異的供電需求，于是出現(xiàn)了一種較加靈活的配電方案：機架母線配電技術，采用“始端箱+母線槽+終端箱”的配電形式，實現(xiàn)對電子信息設備進行柔性配電、保護、擴容、監(jiān)測等多種功能，提高了數(shù)據(jù)中心供電穩(wěn)定性、靈活性的同時，大大提高了單位空間的裝機率，為數(shù)據(jù)中心帶來額外的收入。

1傳統(tǒng)“l(fā)列頭柜+電繾”配電方式存在的問題

1.1列頭柜浪費空間，裝機率低下

傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式需要在每列加裝一個電源列頭柜及空調(diào)列頭柜，占用**的機房空間，影響數(shù)據(jù)中心的裝機率，制約公司IDC業(yè)務的發(fā)展。

1.2可靠性低，擴展困難

采用傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方案，列頭柜內(nèi)布線復雜，故障點較多，降低系統(tǒng)的可靠性;對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求，需要重新敷設新電纜，增加項目投資、施工復雜且周期長，擴展困難。

1.3列頭柜監(jiān)控系統(tǒng)存在單點隱患

傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式是由低壓電纜進入列頭柜，通過主路控制開關控制各分路開關，再由分路開關控制各機柜PDU供電，且還要實現(xiàn)眾多點位的電源監(jiān)控，但凡列頭柜

監(jiān)控模塊出現(xiàn)故障，將會導失去整列機柜的電源監(jiān)控，存在單點隱患，而且此類故障一般只能由廠家工程師現(xiàn)場調(diào)試更換后才能恢復，若在此期間發(fā)生宕機，將不能及時處理，產(chǎn)生嚴重后果。

1.4安裝工作復雜，易產(chǎn)生維護隱患

傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式接線工作量大、周期長，施工工藝與水平參差不齊，存在人為接線錯誤、標簽標識錯誤、動力線監(jiān)控線虛接等各類問題，對運行維護造成重大隱患。

2總體解決方案描述

為了克服上述問題，本文提出了采用了“始端箱+母線槽+終端箱”的機架母線(以下簡稱機架母線)配電方式實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心設備的配電、保護、擴容、監(jiān)測等多種功能，該配電方式由始端箱、導軌式母線槽、終端箱(插接箱)組成，其原理是在機柜**部預制母線槽，之后根據(jù)每一臺機柜內(nèi)設備的需要再單獨配置對應的終端箱(插接箱)，放置在對應機柜的擺放位置，由終端箱(插接箱)引出電纜為機柜供電(如圖1)。

圖1機架母線配電原理

3具體方案實施

3.1方案設計

母線系統(tǒng)有多種電流標準，大多數(shù)廠商產(chǎn)品都提供三種規(guī)格：100A、225A和400A。根據(jù)項目需求，結(jié)合母線槽系統(tǒng)的使用特點，由于建設模塊內(nèi)每列機柜均采用兩根母線槽的

雙路供電方式，由于機柜負載均為5KW，考慮到現(xiàn)階段實際應用以及日后擴容變更、單一支路增容、冗余、備份等需求，部署于機房模塊內(nèi)的AC交流母線槽主體均采用225A規(guī)格，可提供單列單路母線槽133KW負載需求。根據(jù)該機房柜列長度，搭配多根3米及2米AC母線槽主體，以及相應的接插箱、連接件等等，完成母線槽系統(tǒng)配置。

3.2現(xiàn)場實施要點

此次改造項目選取的中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心B02機房14模塊由于柜**部空間分別設置了弱電線纜橋架、光纖槽、背板空調(diào)管路橋架，個別列端頭位置還有空調(diào)管理系統(tǒng)的

連續(xù)轉(zhuǎn)彎，導致空間非常緊張，機柜母線安裝困難，甚至出現(xiàn)了空調(diào)管路緊貼母線始端箱的情況?？紤]到機柜母線合理的安裝位置是機柜后門位置，建議前期空調(diào)、弱電施工時，在機柜**部空間的后部位置預留500～600mm的空間，用于安裝兩根機柜母線，分別用于機柜A/B路供電。

由于始端箱安裝位置比較高，且始端箱內(nèi)的電氣質(zhì)量采集參數(shù)也比較多，但在始端箱內(nèi)設置的顯示屏很難顯示完整并且由于位置過高，無法進行操作切換頁面，建議取消顯示屏，將采集結(jié)果顯示放到主控箱監(jiān)視屏上進行就地顯示和檢查。只在始端箱保留故障指示燈，便于后期運維人員簡單觀察和判斷始端箱是否出現(xiàn)故障。在實施順序上，建議機柜母線和橋架同時或銜接施工，便于各方溝通相互位置，保證各子系統(tǒng)均有合理充足的操作空間。此次項目實施過程中機柜母線和背板空調(diào)管路橋架發(fā)生沖突，因此只能將母線安裝在機柜前門位置，導致端接箱至PDU的電纜變長，且不便于走線。而且可能造成后期維護的不便。另外，當機柜母線和背板同時采用時，建議按照“水(冷)/電分離”的原則，將背板管路系統(tǒng)放置于地板下或機柜底座中，便于分別維護，減少各系統(tǒng)間的沖突。

3.3后期調(diào)試

安裝完畢后，以B02機房樓14模塊A列為例，分別測得不同時段各插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業(yè)插座連接處溫升、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)如圖所

示(如圖2)。

圖2單列機架母線系統(tǒng)測試情況

根據(jù)標準，母線槽在平均環(huán)境溫度為25"C、額定負荷狀態(tài)下，其溫升要求如下：

表1溫升要求

由此可見，當環(huán)境溫度為26"C，機柜負載6KW時，插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業(yè)插座連接處溫升、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)完全滿足要求。此外，現(xiàn)場針對整個模塊各列機柜母線做了季度試運行測試(如圖3)，結(jié)果均滿足要求。

圖3機架母線配電系統(tǒng)季度試運行情況

4‘始端箱+母線槽+終端箱’機架母線配電方式的效能分析

4.1節(jié)省空間。提高裝機率

相對于傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式，機架母線配電系統(tǒng)*在機柜*布置強電走線架，節(jié)省機柜上方空間;較重要的是“始端箱+母線槽+終端箱”機架母線配電方式，節(jié)省列頭柜占地，提高裝機率，就中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心機房為例，一個模塊就能節(jié)省8個機柜位置，一個機房32個模塊就能節(jié)省出256個機柜的空間，相當于2個模塊。按照一個機一年6萬元租金計算，中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心每個機房每年能增加收入1536萬元。

4.2柔性配電。即插即用

柜機架母線配電方式是根據(jù)每一臺機柜需求單獨配置終端箱(插接箱)，這樣便于調(diào)整分路及容量，柔性配電，避免容量浪費，較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”一對一供電方式較為靈活，能做到終端箱(插接箱)即插即用，可靈活適用需求;此外，母線槽系統(tǒng)需保證能在不停電的情況下對各部件安裝、連接的緊固程度進行檢查。此外，母線插接箱內(nèi)的斷路器與機柜PDU直接連接，故障點少，提高系統(tǒng)可用性;對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求，僅需要增加插接單元，直接帶電安裝于母線上即可完成擴展。

4.3分路采集。智能監(jiān)控

較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電依靠列頭柜實現(xiàn)監(jiān)控的方式，機架母線配電系統(tǒng)中的始端箱具有智能監(jiān)控模塊，支持多種通訊協(xié)議，包括ModbUS RTU，ModbUS TCP以及無線信號傳

輸，可以無縫連接到整個建筑管理系統(tǒng)(BMS)或數(shù)據(jù)中心基礎設施管理系統(tǒng)(DCIM)中，通過標準協(xié)議與后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行集成。在智能采集電氣參數(shù)(例如：輸入分路的電壓、電流、

功率、電度，輸出分路電流、功率、電度以及輸入分路的過壓/欠壓、輸入分路的熔絲狀態(tài)等)的同時，還能實現(xiàn)電壓、電流、功率、絕緣電阻值等參數(shù)的越限報警和重復性告警不阻塞功能，當維護人員為了消除原已發(fā)出的告警信號而關掉了告警聲信號后，如果又產(chǎn)生新的告警，會再次自動發(fā)出聲光告警信號(如圖4)。

圖4機架母線配電系統(tǒng)監(jiān)控

4.4分散散熱，自然冷卻

隨著裝機量的增加，需要布放越來越多的電纜，嚴重阻礙空氣流通，影響制冷效果。機架母線提供同等供電能力的同時，占用體積僅為電纜橋架的35%，能較好的保持空調(diào)風道暢通，提高制冷效率，降低電能損耗和數(shù)據(jù)中心運營成本。始端箱、母線槽、終端箱(插接箱)分開散熱，同時外殼采用鋁合金材質(zhì)，利用空氣自然冷卻，散熱效果非常好，運行過程中不產(chǎn)生噪聲或震動。

4.5安裝便捷，節(jié)省人工

相對于傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式，省去了走線架及大量電纜敷設的時間，母線安裝全部通過膨脹螺絲及吊桿，母線槽整體吊掛，終端箱(插接箱)安裝只需通過“旋轉(zhuǎn).鎖定”的方式即可(如圖5)。據(jù)不完全統(tǒng)計，該技術安裝便捷，時間成本節(jié)省30%-60%(機架母線5-7天左右，傳統(tǒng)做法直流電纜工期10天左右，交流電纜工期15天左右)，較電纜敷設、人工接線節(jié)省大量時間;此外母線槽及終端箱(插接箱)產(chǎn)品設計模塊化，安裝快捷的同時大大降低人為安裝錯誤率。

4.6導電性好，使用壽命長

由于母線型系統(tǒng)在相同距離的電壓損失較低，相較于電力線纜可以提供較好的能源效率。較傳統(tǒng)電纜采用的紫銅材料，軌道式母線系統(tǒng)采用銅和銀的含量較高的無氧銅，并且母排全長鍍錫，阻抗遠遠小于線纜阻抗，電阻率達到0.01717Q.mill2/m，發(fā)熱量小，而且系統(tǒng)一次性投資雖然比傳統(tǒng)列頭柜電纜配電系統(tǒng)高出50%，但是綜合考慮到使用壽命因素(母線槽50年，電纜約10～15年)，機架母線技術較為經(jīng)濟可靠。

5安科瑞ANDPF精密列頭柜介紹

5.1產(chǎn)品介紹

隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越**，高效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。

AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供準確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現(xiàn)*綠色IDC提供可靠保證。

5.2安科瑞精密配電產(chǎn)品解決方案

1)交流系統(tǒng)

功能要求

遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度;

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相，過流，頻率過高/過低，輸入分路的開關狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、頻率等參數(shù)的越限報警功能。

配置方案如圖1，

圖5 交流系統(tǒng)配置方案

2)直流系統(tǒng)

功能要求

遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度;

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài)，具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。

配置方案如圖2，

圖6 直流系統(tǒng)配置方案

5.3產(chǎn)品選型

表2 產(chǎn)品選型表

6 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)介紹

6.1產(chǎn)品介紹

針對數(shù)據(jù)中心智能小母線的監(jiān)控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監(jiān)控解決方案，該方案包括采集模塊、配套附件、監(jiān)控系統(tǒng),能對母線運行過程中的各種參數(shù)進行監(jiān)控，發(fā)生故障則進行告警，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

AMB檢測單元是針對數(shù)據(jù)中心智能小母線插接箱/始端箱的監(jiān)控要求新設計的產(chǎn)品，該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內(nèi)部，插接箱/始端箱采用特有的方式與母線連通，它集成全部電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù))以及全面的電能監(jiān)測和考核管理。同時可以實時監(jiān)控母線接口溫度，配合2路Rs45通訊接口(1進1出)或LORA無線通訊，采用MODBUS-RTU協(xié)議可以方便可靠的將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至主控箱和后臺系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全可靠運行。

6.2產(chǎn)品選型

安科瑞智能母線測控儀表選型如表2，

表3 產(chǎn)品選型規(guī)格

注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統(tǒng)、D-直流系統(tǒng)可選配AMB10顯示器，顯示器只循環(huán)顯示電壓、電流參數(shù)。

7結(jié)語

數(shù)據(jù)中心機架配電采用“始端箱+母線槽+終端箱”的機架母線，替代“列頭柜+電纜”的傳統(tǒng)方式對通信機柜進行柔性配電，不僅靈活解決了客戶不斷變化的用電需求，提高了數(shù)據(jù)中心供電方式穩(wěn)定性，而且節(jié)省列頭柜占地，避免了容量資源浪費，大大提高了單位空間的裝機率，而且便于維護，綠色節(jié)能。

【參考文獻】

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