淺談電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電設(shè)計(jì)方案及監(jiān)控產(chǎn)品選型

時(shí)間：2022-02-28作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：459

從數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)的安全性和可行性的角度，分析了當(dāng)前電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以及各設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。分析研究智能母線槽配電方案，從可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行深入討論，為關(guān)鍵電力負(fù)荷提供可靠的電力。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0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、運(yùn)營(yíng)、綜合管理、分析決策等服務(wù)的公共 公共信息平臺(tái)，是各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換共享平臺(tái)，是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨過(guò)程應(yīng)用的重要支持平臺(tái)。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，其中提高配電系統(tǒng)的可用性和擴(kuò)展性，是提高電力企業(yè)跨業(yè)、跨過(guò)程應(yīng)用的關(guān)鍵。確保供電系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，是電力數(shù)據(jù)中心管理者所面臨的重大課題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的末端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)某信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心(以下簡(jiǎn)稱“本數(shù)據(jù)中心”)實(shí)施案例為研究對(duì)象，對(duì)幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對(duì)比研究，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，以及應(yīng)用場(chǎng)景，提出為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供可靠性用電**的參考方案。1 數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定 本數(shù)據(jù)中心按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè) 計(jì)規(guī)范》(GB 501 74．2017年及《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T 建設(shè)需要50980-2014)A、B雙路系統(tǒng)供電。 數(shù)據(jù)中心末端配電范圍是指UPS輸出配送 電柜輸出端引出機(jī)柜PDU插座端，供電對(duì)象由機(jī)柜承載IT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D2機(jī)柜端頭柜配電方案2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電采用配電機(jī)柜配電方式，每個(gè)機(jī)柜配置兩個(gè)PDU插座，通過(guò)電纜從頭柜取電。頭柜和機(jī)柜之間的電源通常有兩種模式.1.1模式1每個(gè)列頭柜配置A和B每個(gè)主輸人開關(guān)及相應(yīng)的饋線開關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從一個(gè)頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式2.1.2模式2每個(gè)列頭柜配置A或B兩個(gè)主輸入開關(guān)和相應(yīng)的饋線開關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從兩個(gè)頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式2.1.1)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)由各個(gè)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。模式1使用一列頭柜為終端設(shè)備提供A、B路電源，模式二分布在兩個(gè)頭柜中，為終端設(shè)備提供A路或B電路。按國(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)，模式一和模式二滿足容錯(cuò)要求，即A、B任何道路故障都不會(huì)影響終端設(shè)備的運(yùn)行。從運(yùn)行維護(hù)管理的角度來(lái)看，模式1中的故障是由于A、B兩個(gè)電源都在一個(gè)頭柜內(nèi)，因此需要停電維護(hù)，增加了操作和維護(hù)的難度和可操作性。當(dāng)頭柜配置較低時(shí)，任何故障都可能導(dǎo)致另一個(gè)故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，從可靠性和可用性的比較來(lái)看，模式2相對(duì)較高。2）成本比較：當(dāng)模式1和模式2相同配置時(shí)，頭柜進(jìn)線電纜長(zhǎng)度相同，頭柜與機(jī)柜之間的電纜（以便WDZB.YJV3×6 mm：以配置為例)，每個(gè)柜模式的2比模式過(guò)3米，差別不大。因此，對(duì)于兩種電源模式，每個(gè)柜從兩個(gè)柜到同一柜的電源可用性**同一柜，成本差異不大。.2傳統(tǒng)的頭柜配置比較頭柜作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電管理的設(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)供電可靠性和管理的要求越來(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，頭柜的高智能技術(shù)逐漸成熟，從一代簡(jiǎn)單的智能頭柜逐漸演變?yōu)?四代高智能技術(shù)。頭柜的發(fā)展大致分為四代，如下：一代：普通開關(guān)水平安裝，配備機(jī)械表和指示燈，只有配電功能，沒有任何檢測(cè)和通信功能。*二代：大部分采用開關(guān)垂直安裝，在入口端增加數(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，提高了智能技術(shù)，集中開關(guān)模塊化、二次元件模塊化、調(diào)節(jié)、監(jiān)控和集成。**代和*二代是傳統(tǒng)的配電柜，*三代是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心常用的配電柜，*四代是模塊化的配電柜口，從柜集成、監(jiān)控、維護(hù)等方面進(jìn)行比較，如表1所示。表1各類配電列頭柜的比較分析

從表1中可以看出，與傳統(tǒng)配電柜相比，從安全管理和運(yùn)行管理的角度來(lái)看，配電柜可以提供機(jī)房電源管理功能，并將配電系統(tǒng)完全納入機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)。除電氣系統(tǒng)主母線和支路外，監(jiān)控內(nèi)容為機(jī)房提供較好的管理和服務(wù)。同時(shí)，用戶可以盡快發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，改善機(jī)房供電，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。3柜配電端智能母線槽方案 3.1 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)中心有多個(gè)應(yīng)用案例，該數(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3．2智能母線槽要求3.2.1本數(shù)據(jù)中心實(shí)施的機(jī)柜母線槽供電方案滿足機(jī)房要求，采用2N如圖5所示。

圖5智能母線槽供電方案主機(jī)房區(qū)UPS室I和UPS室2中UPS系統(tǒng)輸出A、B主干線槽(本案采用)IP54．1250 A密集母線)連接到機(jī)房每列機(jī)柜前通道，每列機(jī)柜端母線槽端箱通過(guò)電纜與主母線槽上的插接箱連接。.2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.2.2.機(jī)柜端智能母線槽主要由進(jìn)線箱、直線段、插接箱組成，如圖6所示。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖1）進(jìn)線箱：用作整條母線供電，通過(guò)電纜從UPS主母線插入箱斷路器連接電源，并配置測(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)。2）直線段：用于承載電流，通過(guò)插入接口和插入箱為機(jī)柜供電。根據(jù)插入箱的安裝方法，有兩種類型：軌道滑動(dòng)母線槽和固定母線槽。區(qū)別在于軌道母線槽內(nèi)置滑動(dòng)導(dǎo)軌，插入箱可直接在母線上滑動(dòng)，以靈活滿足機(jī)柜的位置放置需求。固定母線槽直線段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插入接口，間距一般為0.6米和1.2米，基本能滿足高密度多變機(jī)柜的放置需求。軌道滑動(dòng)母線槽較適合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心設(shè)備的機(jī)柜布置和變更調(diào)整要求。3）插入箱：插入箱用于從母線直段取電，支持熱插入和調(diào)節(jié)。內(nèi)部配置測(cè)量單元、通信單元、防雷單元和工業(yè)連接器單元，可監(jiān)控機(jī)柜端的電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。.2.2.2.母線槽安裝方便快捷，可安裝在機(jī)柜上方和地板下。機(jī)柜上方的安裝一般需要預(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；地板下安裝一般需預(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。本案例數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米?？紤]到機(jī)柜上方的綜合管道和下送風(fēng)，機(jī)柜端母線槽安裝在機(jī)柜上A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖3.2.3監(jiān)控管理機(jī)柜端智能母線槽通過(guò)配置電能儀表、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通信接口單元等元件實(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運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)柜監(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)將匯集到母線系統(tǒng)監(jiān)控單元模塊，通過(guò)開放通信協(xié)議接口可與機(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，任何監(jiān)控點(diǎn)故障，可在系統(tǒng)顯示界面找到相應(yīng)的號(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4.1 可靠性比較1）與傳統(tǒng)的頭柜 電纜相比，智能插頭母線不僅避免了電纜接頭易氧化、松動(dòng)、接觸不良等施工工藝問題，而且將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電工程安裝轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)制產(chǎn)品拼接，提高了整個(gè)系統(tǒng)成品的質(zhì)量和可靠性。2）與傳統(tǒng)的頭柜集中配電管理相比，當(dāng)任何機(jī)柜端的電源故障時(shí)，采用智能插頭母線方案可以減少電源故障的影響范圍。.2 靈活性對(duì)比1）智能插頭母線不需要鋪設(shè)橋梁和電纜，供電架構(gòu)清晰，提高機(jī)房清潔度。2）智能插頭母線可根據(jù)機(jī)柜數(shù)量、位置和功率密度的變化靈活調(diào)整母線的長(zhǎng)度、方向、機(jī)柜端開關(guān)容量或相位。3）在檢查或故障維護(hù)過(guò)程中，智能插頭母線可以減少系統(tǒng)維護(hù)的影響范圍和維護(hù)工作量。4）系統(tǒng)支持部件級(jí)在線熱插頭擴(kuò)展，可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要實(shí)現(xiàn)分期投資擴(kuò)展。.3 成本對(duì)比1)智能插接母線降低了空間占用率，采用智能母線槽可節(jié)省配電列頭柜，不占用任何面積，節(jié)省的地板空間可用于放置IT機(jī)柜可以降低機(jī)柜的體積比，提高機(jī)房?jī)?nèi)部地面空間的利用率。本信息中心機(jī)房采用智能插接母線，可降低約6%的體積比，按機(jī)房面積單位成本可創(chuàng)造約800萬(wàn)元的空間**。2）采用智能插接母線可降低運(yùn)維成本，避免傳統(tǒng)方式造成的后期運(yùn)維工作量大、運(yùn)維周期無(wú)法控制、人為干預(yù)造成的安全性降低等問題。3）配置可根據(jù)客戶需要隨時(shí)調(diào)整，減少技術(shù)改造投資。隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問題越來(lái)越**?？煽康臄?shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案是提高數(shù)據(jù)中心功率利用效率、降低設(shè)備能耗的有效途徑。AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是為數(shù)據(jù)室終端設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)，可以全面收集所有能源數(shù)據(jù)，為交流直流電源配電柜提供電參數(shù)信息，通過(guò)通信將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)態(tài)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)室的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠的.配電管理解決方案51.1.1交流系統(tǒng)1)功能要求:遙測(cè):輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率和有功功率；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率和有功功率；遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相、過(guò)流、輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài)，具有電流和功率消耗分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流和功率參數(shù)的越限報(bào)警功能。2）配置方案-表示配置方案多功能儀表 PZ72L-E4電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A5.1.2直流系統(tǒng)1) 功能要求遙測(cè):輸入分路的電壓、電流、功率和電度；遙信:輸入分路過(guò)壓/欠壓，輸入分路熔絲狀態(tài)，分析統(tǒng)計(jì)電流和功率需求，實(shí)現(xiàn)電壓、電流和功率參數(shù)的越限功能。2)配置方案-示意圖

配置方案多功能儀表 PZ72L-DE AHKC-F- XXA/5V 開關(guān)電源 SBD-30 （48V）5.2產(chǎn)品規(guī)格










說(shuō)明：■為標(biāo)配功能5.3配套附件







6安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹6.1概述數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)通常被稱為數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和較高的需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于機(jī)房的終端配電，具有電流小、插入方便、智能化程度高的特點(diǎn)。PDU配電。監(jiān)控模塊可設(shè)置在始端箱和插接箱中，并將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)1)交流系統(tǒng)功能:遙測(cè):三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、電纜溫度、系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；遙信:過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率報(bào)警、缺相、過(guò)頻、過(guò)頻、過(guò)頻、過(guò)頻、零地電壓、零線電流、溫/濕度報(bào)警、開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘； 2)直流系統(tǒng)功能:遙測(cè):電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；遙信:過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/過(guò)/過(guò)/過(guò)/過(guò)/過(guò)、過(guò)功率報(bào)警、過(guò)相、溫/濕度報(bào)警、開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘； .3產(chǎn)品介紹





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