中心機房精密配電解決方案

未曉妃 

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

   新一代數據中心對供電系統的可靠性及可管理性要求越來越高。IT用戶需要對信息設備的供電系統進行更可靠與更靈活的配電、更精細化的管理、更準確的成本消耗等。UPS配電系統作為新一代數據中心機房UPS配電系統結構圖。從圖1看到，在UPS輸出和負載機柜之間，可以設置傳統的電源列頭柜（指放在一列機柜頭部用于配電的機柜，俗稱列頭柜），為后面的負載機柜進行供電，也可以設置精密配電柜。精密配電柜不但完成傳統的電源列頭柜的配電功能，同時還可以具有許多強大的監控管理功能，使得數據中心的管理者隨時可以了解負載機柜的加載情況、各配電分支回路的狀態、各種參數以及不同機群的電量消耗等。

圖1UPS配電系統

1機柜電功率的預設定問題

   從數據中心機房電源、空調設計的出發點。為此，電信規范專門給出表格（見表1），根據不同的機房，對機柜的電功率進行預先設定，從而再去確定UPS和空調系統的容量。

表1機柜電功率預設定

  從表1可以看出，不同的機柜電功率對應不同的機柜電流值，要設定的機柜電功率實際上也就是控制單機柜的電流。在沒有采用精密配電柜的場合，有些用戶在負載機柜上加電流表來控制單機柜的電流，這樣的控制方式很直觀，現場就可以讀出電流值，如圖2所示。

圖2單機柜電流表

  但是這樣控制機柜電流的方式有許多解決不了的問題。目前數據中心機房內的負載基本上都是雙電源負載，而采用機柜內安裝兩個電流表的方式，電流的控制需要將讀數進行現場相加，這樣做很不方便，且幾乎不太可能實現，因為負載隨應用是不斷變化的。另外一個問題就是負載機柜的電功率即使超出預先的設定值，系統也沒有辦法進行報警。并且，這樣的控制方式沒有辦法納入到機房監控系統中。

  從以上的介紹中，可以看到傳統配電遇到了挑戰，它沒有辦法解決數據中心電氣系統設計的思路，給配電系統賦予更強大的管理和監控功能，這時精密配電產品應運而生，艾默生服務器電源管理系統SPM（ServerPowerManagement）可以滿足這一需求。圖3是精密配電產品的兩種典型的系統圖，分為單母線系統和雙母線系統兩種類型。

  從圖3可以看出，精密配電柜的一個分支回路或是兩個分支回路對應一個機柜。精密配電柜可以監測每一個分支回路的額定電流、實際電流以及電流百分比，具體見精密配電柜的液晶監控顯示，如圖4所示。同時精密配電柜具有支路負載兩段的閾值報警功能，比如說單機柜功率按照4kVA進行預設定，對應的單機柜*大電流為18A，這時可以選擇25A的分支開關，當負載電流達到分支開關的0.6時，系統報警；當負載電流達到分支開關的0.8時，系統還可以進行報警，而且0.6和0.8的閾值點可以通過液晶監控屏幕進行修改（見圖5）。

圖3兩類母線系統

圖4監視的電流讀數

圖5過載報警

  通過以上介紹，知道精密配電產品可以很好地解決機房機柜電功率預設定的問題，而且通過后臺的機房監控系統，可以將任意的兩個支路電流進行疊加，從而避免了機柜上安裝兩個電流表的弊病。

2精密配電柜的強大功能

（1）安全管理功能

   全*的電源管理功能，將配電系統納入機房監控系統，監測內容豐富。對配電母線可以監測三相輸入電壓、電流、頻率、總功率、有功功率、功率因數、諧波百分比、負載百分比等。同時還可以監測所有回路（包括每一個輸出支路）斷路器電流、開關狀態、運行負載率等，使用戶對機房配電系統運行狀況一目了然，也便于用戶及早發現安全隱患，有效回避風險。

（2）運營成本管理功能

  精密配電產品實時偵測每一服務器機架的運營成本，精*計算及測量每一服務器機柜、每一路開關的用電功率和用電量。通過后臺監控系統可以分月度、季度、年度進行報表統計。

（3）記錄及報警功能

  精密配電產品支持歷史記錄功能，支持豐富的報警功能，包括主路的過壓、欠壓、缺相、掉電、過流、超*閾值、超低閾值、開關斷開，以及系統的報警等。

（4）輕松納入機房監控系統

精密配電產品提供RS232/485或SNMP多種智能接口通信方式，可以納入到機房監控系統中，其所有信息通過一個接口上傳，系統更加可靠，節省監控投資。液晶監控面板可以保存1000條報警信息，每個報警都有開始和結束的時間，便于故障分析。其報警類型和顯示形式如圖6和表2所示。

圖6報警類型表2報警類型

3精密配電柜的選擇與使用

   隨著IT用戶對配電可管理性的要求越來越高，精密配電產品應用的場合越來越多。其規格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六種規格。精密配電產品根據不同的場地需求，可選用單母線系統或者雙母線系統。其支路斷路器可以選擇固定式斷路器，也可以選擇熱插拔可調相斷路器。支路斷路器容量有16A、25A、32A、63A，單極或三極可選。當分支回路選擇熱插拔可調相斷路器時，系統不斷電即可進行檢修、擴容，同時不用改變后端的電纜接線就可進行三相負載的調平衡，非常靈活方便。通過圖7看到，只需要將開關拔下，重新調整開關后端的撥動開關到相應的位置，再重新將開關安裝到導軌上，就可以很方便地調整機房的三相負載平衡。

   為了解決機房的零地電壓問題，精密配電產品還可以內置隔離變壓器。在目前的機房工程投標中，招標方甚至會提出“零地電壓小于1V或小于2V"的指標。降低零地電壓有很多措施，這些措施都可以不同程度的降低零地電壓，但在工程實踐中，都不敢保證目前有些用戶提出的“保障IT設備的輸入零地電壓差小于2V"的要求。如果要達到上面的要求，*可靠的措施就是在IT負載前端加隔離變壓器，并將隔離后的中性線接地（見圖8、圖9）。如果采用精密配電柜做電源列頭柜，可以使IT負載輸入端零地電壓降低到小于0.5V的水平，從而*有效地保證了IT負載的良好供電環境。

圖7熱插拔開關圖8隔離變壓器

圖9隔離變壓器系統圖

4安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統

4.1平臺組成

  安科瑞電氣緊跟數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

  AcrelEMS數據中心的能源管理提供全*位的監測和控制，主要分為電力監控、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關的子系統。

4.2平臺拓撲圖

4.3精密配電管理系統解決方案

  系統可以展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。

5產品選型