淺談機(jī)架母線配電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用

時間：2022-10-25作者：安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司瀏覽：86

摘要:通過結(jié)合機(jī)架母線槽系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，將“始端箱7線槽+終端箱”機(jī)架母線配電方式與現(xiàn)有"列頭柜+電纜"配電 方式進(jìn)行使用性能與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比，分析了機(jī)架母線柔，性配電、保護(hù)、擴(kuò)容、監(jiān)測等多種功能，說明機(jī)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(jī)率。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;機(jī)房配電；列頭柜;機(jī)架母線
 
0引言
       隨著大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)機(jī)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(jī)架母線配電技術(shù)，釆用“始端箱+母線槽+終端箱”的配電形式，實(shí)現(xiàn)對電子信息設(shè)備進(jìn)行柔性配電、保護(hù)、擴(kuò)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(jī)率,為數(shù)據(jù)帶來額外的收入。
 
1傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式存在的問題
1.1列頭柜浪費(fèi)空間，裝機(jī)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(jī)房空間，影響數(shù)據(jù)中心的裝機(jī)率，制約公司IDC業(yè)務(wù)的發(fā)展。
1.2可靠性低，擴(kuò)展困難
       釆用傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方案，列頭柜內(nèi)布線復(fù)雜，故障點(diǎn)較多,降低系統(tǒng)的可靠性;對于機(jī)柜經(jīng)常變化的負(fù)載容量需求，需要重新敷設(shè)新電纜，增加項(xiàng)目投資、施工復(fù)雜且周期長，擴(kuò)展困難。
1.3列頭柜監(jiān)控系統(tǒng)存在單點(diǎn)隱患
       傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式是由低壓電纜進(jìn)入列頭柜，通過主路控制開關(guān)控制各分路開關(guān)，再由分路開關(guān)控制各機(jī)柜PDU 供電，且還要實(shí)現(xiàn)眾多點(diǎn)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(dǎo)失去整列機(jī)柜的電源監(jiān)控，存在單點(diǎn)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(fù)，若在此期間發(fā)生宕機(jī)，將不能及時處理，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
1.4安裝工作復(fù)雜，易產(chǎn)生維護(hù)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(biāo)簽標(biāo)識錯誤、動力線監(jiān)控線虛接等各類問題，對運(yùn)行維護(hù)造成重大隱患。
 
2總體解決方案描述
       為了克服上述問題，本文提出了釆用了 “始端箱+母線槽+終端箱”的機(jī)架母線（以下簡稱機(jī)架母線）配電方式實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心設(shè)備的配電、保護(hù)、擴(kuò)容、監(jiān)測等多種功能，該配 電方式由始端箱、導(dǎo)軌式母線槽、終端箱（插接箱）組成，其原理是在機(jī)柜**部預(yù)制母線槽,之后根據(jù)每一臺機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的需要再單獨(dú)配置對應(yīng)的終端箱（插接箱），放置在對應(yīng)機(jī)柜的擺放位置，由終端箱（插接箱）引出電纜為機(jī)柜供電（如圖1）.
 
3具體方案實(shí)施
3.1方案設(shè)計(jì)
       母線系統(tǒng)有多種電流標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)廠商產(chǎn)品都提供三種 規(guī)格：10QA、225A和400A.根據(jù)項(xiàng)目需求，結(jié)合母線槽系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，由于建設(shè)模塊內(nèi)每列機(jī)柜均釆用兩根母線槽的雙路供電方式，由于機(jī)柜負(fù)載均為5KW,考慮到現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng) 用以及日后擴(kuò)容變更、單一支路增容、冗余、備份等需求，部署于機(jī)房模塊內(nèi)的AC交流母線槽主體均釆用225A規(guī)格，可提供單列單路母線槽133KW負(fù)載需求.根據(jù)該機(jī)房柜列長度，措配多根3米及2米AC母線槽主體，以及相應(yīng)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(shí)施要點(diǎn)
       此次改造項(xiàng)目選取的中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心B02 機(jī)房14模塊由于柜**部空間分別設(shè)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(dǎo)致空間非常緊張，機(jī)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.考慮到機(jī)柜母線合理的安裝位置是機(jī)柜后門位置，建議前期空調(diào)、弱電施工時，在機(jī)柜**部空間的后部位置預(yù)留500~600nmi的空間，用于安裝兩根機(jī)柜母線,分別用于機(jī)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)量釆集參數(shù)也比較多，但在始端箱內(nèi)設(shè)置的顯示屏很難顯示完整 并且由于位置過高，無法進(jìn)行操作切換頁面，建議取消顯示屏，將釆集結(jié)果顯示放到主控箱監(jiān)視屏上進(jìn)行就地顯示和檢査。只在始端箱保留故障指示燈，便于后期運(yùn)維人員簡單觀察和判斷始端箱是否出現(xiàn)故障。
       在實(shí)施順序上，建議機(jī)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(xiàng)目實(shí)施過程中機(jī)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(jī)柜前門位置,導(dǎo)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(hù)的不便。
       另外，當(dāng)機(jī)柜母線和背板同時釆用時，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(jī)柜底座中，便于分別維護(hù)，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(jī)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(jī)架母線系統(tǒng)測試情況
       根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，母線槽在平均環(huán)境溫度為25℃、額定負(fù)荷狀態(tài)下，其溫升要求如下：
       由此可見,當(dāng)環(huán)境溫度為26℃,機(jī)柜負(fù)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(jī)柜母線做了季度試運(yùn)行測試（如圖3）, 結(jié)果均滿足要求。
圖3機(jī)架母線配電系統(tǒng)季度試運(yùn)行情況
4 “始端箱+母線槽+終端箱”機(jī)架母線配電方式的效能分析
4.1節(jié)省空間，提高裝機(jī)率
       相對于傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電方式，機(jī)架母線配電系統(tǒng)*在機(jī)柜*布置強(qiáng)電走線架,節(jié)省機(jī)柜上方空間;較重要的是“始端箱+母線槽+終端箱”機(jī)架母線配電方式，節(jié)省列頭 柜占地，提高裝機(jī)率，就中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心機(jī)房為例，一個模塊就能節(jié)省8個機(jī)柜位置，一個機(jī)房32個模塊就 能節(jié)省出256個機(jī)柜的空間，相當(dāng)于2個模塊。按照一個機(jī)柜一年6萬元租金計(jì)算，中國移動（呼和浩特）數(shù)據(jù)中心每個機(jī)房每年能增加收入1536萬元。
4.2柔性配電，即插即用
       機(jī)架母線配電方式是根據(jù)每一臺機(jī)柜需求單獨(dú)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(fèi)，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(jìn)行檢查。此外，母線插接箱內(nèi)的斷路器與機(jī)柜PDU直接連接，故障點(diǎn)少，提高系統(tǒng)可用性；對于機(jī)柜經(jīng)常變化的負(fù)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(kuò)展。
4.3分路釆集，智能監(jiān)控
       較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜”配電依靠列頭柜實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的方式, 機(jī)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(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)（DCIM）中，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與后臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成。在智能釆集電氣參數(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(shí)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(fù)性告警不阻塞功能, 當(dāng)維護(hù)人員為了消除原已發(fā)出的告警信號而關(guān)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(jī)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(jī)量的增加,需要布放越來越多的電纜，嚴(yán)重阻礙空氣流通，影響制冷效果。機(jī)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(fēng)道暢 通,提高制冷效率，降低電能損耗和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本。始端箱、母線槽、終端箱（插接箱）分開散熱，同時外殼釆用鋁合金材質(zhì)，利用空氣自然冷卻，散熱效果非常好，運(yùn)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(shè)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(jì)，該技術(shù)安裝便捷，時間成本節(jié)省30%-60%（機(jī)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(shè)、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(shè)計(jì)模塊化，安裝快捷的同時大大降低人為安裝錯誤率。
 
5 安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
5.1 概述
       隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問題也越來越**，有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為熱門問題，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(shè)備能耗的有效方式。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負(fù)載，而數(shù)據(jù)中心負(fù)載回路非常的多，傳統(tǒng)的測量儀表無法滿足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求，因此需要采用適用于數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。    
5.2 應(yīng)用場所
       適用于運(yùn)營商、金融、**、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心。
5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
       1）交流
 
       2）直流
5.4 系統(tǒng)功能
       1）主頁
       開機(jī)進(jìn)入主頁，包含進(jìn)線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進(jìn)入各功能界面查看。
       2）進(jìn)線參數(shù)監(jiān)測
       監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項(xiàng)及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，有功電能、無功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；較大需量。   
       3）出線參數(shù)監(jiān)測 
       分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設(shè)置、各相電流值；
負(fù)載百分比；較大需量。
4）開關(guān)狀態(tài)
左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點(diǎn)狀態(tài)，默認(rèn)為無源檢測點(diǎn)，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài)；默認(rèn)為有源檢測點(diǎn)，合閘為紅色，分閘為綠色。
5）報警查詢
當(dāng)前報警界面可查看實(shí)時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進(jìn)線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進(jìn)線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警; 聲光告警功能。          
5.5 系統(tǒng)硬件配置
6安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案
6.1概述
       數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設(shè)備不便，為了節(jié)省面積，智能小母線方案由于不占用機(jī)房面積、可按需靈活插拔，受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞，被越來越多的應(yīng)用。
       安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線監(jiān)控兩類，包括始端箱監(jiān)測模塊、插接箱監(jiān)測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監(jiān)測母線槽的運(yùn)行溫度，確保母線槽配電安全。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。
6.2 應(yīng)用場所
       適用于運(yùn)營商、金融、**、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心
6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4 系統(tǒng)功能
       1）實(shí)時監(jiān)測
       在主頁點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進(jìn)入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。
  
       2）基本參數(shù)界面
      顯示電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)數(shù)據(jù)，在設(shè)備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應(yīng)的儀表地址，即可實(shí)現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。   
 
       3）諧波數(shù)據(jù)
       通過點(diǎn)擊“頭”來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。
       4）較大需量
       顯示電壓、電流、功率的較大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。
       5）電能查詢
       電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據(jù)選擇不同時間查詢電能值。
 
7 系統(tǒng)硬件配置
 
8結(jié)語
       數(shù)據(jù)中心機(jī)架配電釆用“始端箱+母線槽+終端箱”的機(jī)架母線，替代“列頭柜+電纜”的傳統(tǒng)方式對通信機(jī)柜進(jìn)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(fèi)，大大提高了單位空間的裝機(jī)率,而且便于維護(hù)，綠色節(jié)能。
 
參考文獻(xiàn)
【1】謝昆，王智慧，朱林.淺析機(jī)架母線配電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用
【2】王其英.數(shù)據(jù)中心節(jié)能供電系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.
【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本.
【3】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

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