數(shù)據(jù)中心機房末端配電應(yīng)用方案

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：數(shù)據(jù)中心機房末端配電的可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性直接關(guān)系到 IT 設(shè)備的安全供電。數(shù)據(jù)中心的末端配電技術(shù)主要有兩種，一種采用列頭柜加電纜配電，另一種是智能小母線配電。分別對兩種配電技術(shù)進(jìn)行了介紹和探討，最后對兩種配電方式進(jìn)行了對比分析，得出一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；末端配電；列頭柜；智能小母線

      數(shù)據(jù)中心是確定的“新基建”七大領(lǐng)域之一。數(shù)據(jù)中心在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中所起的作用越來越重要，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為了各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級提供了重要支撐。

      數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運行，前提是其供電系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠、不間斷。當(dāng)前，重要程度高的級數(shù)據(jù)中心一般采用2N架構(gòu)的UPS供電方式，以實現(xiàn)容錯要求，供電系統(tǒng)包括高低壓配電、后備發(fā)電機組、不間斷電源、后備蓄電池、配電等子系統(tǒng)，典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)如圖1所示。

      從圖1可以看出，最終的用電設(shè)備實現(xiàn)了全程雙路由容錯供電。

      數(shù)據(jù)中心機房的末端配電一般是指從不間斷電源輸出柜到最終用電設(shè)備的配電部分，最終用電設(shè)備包括IT設(shè)備、動力設(shè)備和照明等。數(shù)據(jù)中心的末端配電較接近用電設(shè)備，是整個供配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的安全可靠十分重要。

      傳統(tǒng)的末端配電技術(shù)一般采用列頭柜加電纜配電，典型的配電系統(tǒng)如圖2所示。

3.1 列頭柜配電技術(shù)與智能小母線配電技術(shù)的優(yōu)缺點

      傳統(tǒng)的機房末端配電技術(shù)采用列頭柜加電纜的配電方式，列頭柜需要占用機柜安裝位置；需要安裝走線架，施工難度大，電纜較多，且一般需要一次性建成；IT機柜的配電容量是固定的，無法進(jìn)行靈活調(diào)整；若機房搬遷，列頭柜、電纜、走線架等一般無法重復(fù)利用。

      智能小母線配電技術(shù)采用了進(jìn)線箱、母線槽和插接箱，為模塊化結(jié)構(gòu)，不需要占用寶貴的機柜安裝位置；無需走線架，施工工期短；若IT機柜容量調(diào)整，插接箱可熱插拔，只需更換插接箱即可；若機房搬遷，設(shè)備均可重復(fù)利用。

      但智能小母線也存在如下缺點。

      （1）對機房高度要求更高。采用列頭柜配電方式，為滿足走線要求，一般要求IT機柜上方有不小于500mm的高度，而智能小母線，要求上方不小于800mm的高度。

      （2）維護(hù)操作不方便。智能小母線的安裝位置較高，操作人員如果要對開關(guān)進(jìn)行分合閘等操作，比較不方便。

      （3）設(shè)置復(fù)雜。若插接箱內(nèi)的空氣開關(guān)故障，就要更換插接箱，而且插接箱更換后需要廠家重新設(shè)置通訊地址。兩種配電方式的特點對比如表5所示。

      綜上所述，如果是一次性部署服務(wù)器或是方案固定的數(shù)據(jù)中心，一般會采用列頭柜加電纜的配電方案。如果是需要分批次部署服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，或后期需要進(jìn)行末端負(fù)荷調(diào)整的數(shù)據(jù)中心，推薦采用全點位、滑軌式的智能小母線配電方案。

3.2 兩種配電方式的造價對比

      我們?nèi)砸猿Ｒ姷姆忾]冷通道來進(jìn)行對比，該封閉冷通道采用2N雙母線UPS供電方式。一般來說，封閉冷通道內(nèi)的單列IT機柜數(shù)量在25個以內(nèi)，現(xiàn)假設(shè)為單列18個機柜，若采用列頭柜配電方式，則單列IT機柜數(shù)為17個，單個IT 機柜額定功率為4 kW。采用智能小母線方案，則單列機柜數(shù)為18個機柜。

      列頭柜配電方案如圖3所示，智能小母線配電方案如圖7所示。

      列頭柜配電方案的造價如表6所示。智能小母線配電方案的造價如表7所示。

      從表6和表7可以看出，兩種配電方式的造價相差105840元，但智能小母線配電方式可以多安裝2個IT機柜，假設(shè)每機柜的月租金（不含電費）為2500元，則多花的投資部分，其回收期約為1.76年。在10年的運營期內(nèi)，小母線配電方式可以為增加租金收入約49.4 萬。

4.1 配電管理解決方案

      AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設(shè)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精確的電參量信息，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)控和管理，為實現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。

41.1交流系統(tǒng)

      1）功能要求：

      遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

      遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guān)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。

      2）配置方案-示意圖

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

4.1.2直流系統(tǒng)

      1) 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)的越限功能。

      2)配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

 霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開關(guān)電源            SBD-30  （48V）

說明：■為標(biāo)配功能。

配套附件

6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)

      數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

      1）交流系統(tǒng)功能：

      遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

      遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；    

      2）直流系統(tǒng)功能：

      遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；

      遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；                             

 

      末端配電是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的末梢環(huán)節(jié)，它的可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性直接關(guān)系到IT設(shè)備的安全供電。數(shù)據(jù)中心的末端配電方式主要包括兩種，一種是采用列頭柜加電纜的配電方式，另一種是智能小母線配電方式。本文通過分析，得出如下結(jié)論：

      （1）對于封閉冷通道，如果采用列頭柜加電纜的配電方式，建議采用上文中的方案一，即每個冷通道配置2個列頭柜，每個IT機柜分別從2個列頭柜各取1路電源。

      （2）智能小母線分為滑軌式小母線和直列式小母線，考慮到機房的實際應(yīng)用環(huán)境，推薦采用滑軌式小母線，不建議采用直列式小母線。

      （3）智能小母線推薦采用單列雙母線方案。

      （4）智能小母線的插接箱推薦采用一拖三方案。

      （5）對于分批次部署服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，或后期需要進(jìn)行末端負(fù)荷調(diào)整的數(shù)據(jù)中心，強烈建議采用滑軌式的智能小母線配電方案；如果是一次性部署服務(wù)器或是方案固定的數(shù)據(jù)中心，可采用列頭柜加電纜的配電方案。

      （6）智能小母線造價相對較高，投資回收期約為2年。

      總的來說，由于智能小母線具有不占用機柜位置、配電回路清晰、模塊化結(jié)構(gòu)、工期短、可重復(fù)利用等優(yōu)點，雖然其造價相對較高，但在整個運營期內(nèi)可以為投資方帶來更大的收益。因此，建議在數(shù)據(jù)中心內(nèi)推廣應(yīng)用智能小母線末端配電技術(shù)。

【1】謝擁華.數(shù)據(jù)中心機房末端配電技術(shù)與應(yīng)用探討

【2】袁云濤.數(shù)據(jù)中心機房機柜母線的布置方式探討.2021年2月

【3】姚燕家.IDC產(chǎn)業(yè)變革數(shù)據(jù)中心末端配電領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)與機遇.2020年11月

【4】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版