淺析智能小母線在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品選型

 

摘要：智能小母線是目前數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的一種形式，在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，相對(duì)于傳統(tǒng)列頭柜形式，有其*的優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)今數(shù)據(jù)中心趨于裝配式、模塊化、預(yù)制化的形勢(shì)下，智能小母線的普及應(yīng)用無疑是一種趨勢(shì)。本文通過對(duì)智能小母線的架構(gòu)、容量規(guī)格、組件、監(jiān)控方式、安裝方式等的介紹，詳細(xì)分析了智能小母線在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。

 

關(guān)鍵詞：智能小母線；容量規(guī)格；安裝方式；智能監(jiān)控；數(shù)據(jù)中心

 

       智能小母線是目前數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的一種形式。十年前，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心機(jī)房機(jī)柜的配電均采用列頭柜的形式，即采用放置于一列IT機(jī)柜端部的配電機(jī)柜，作為一列或若干列IT機(jī)柜的電源分配與保護(hù)的終端配電柜。列頭柜通常以主斷路器從前端UPS柜受電，再依靠多個(gè)微型輸出斷路器以放射式與各個(gè)IT機(jī)柜的PDU連接，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的終端供配電系統(tǒng)。

       近五年來，在數(shù)據(jù)中心趨于裝配式、模塊化、預(yù)制化的形勢(shì)下，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中。智能小母線系統(tǒng)通過始端箱接受前端UPS來電，以具有金屬外殼的母排系統(tǒng)組成輸電干線，采用即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)設(shè)置電力監(jiān)測(cè)模塊，并具有通訊至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心功能。

 

（一）小母線的分類

       智能小母線可分為滑動(dòng)小母線和固定小母線。滑動(dòng)小母線的接插箱可以根據(jù)機(jī)柜位置和使用需要在母線上隨意滑動(dòng)，固定小母線的接插箱一旦接插到母線上則不能隨意滑動(dòng)位置。

（二）小母線的組成

       智能小母線主要由下列組件組成：始端箱、插接箱、母線段、拐彎母線段（T型、直角）、母線連接配件（連接耦合器）、末端蓋（箱）、pvc蓋板、監(jiān)控模塊、安裝工具。始端箱是給母線供電的裝置，一端與電源進(jìn)線的大母線對(duì)接，另一端與末端小母線連接。接插箱則是接插在小母線上進(jìn)行分線出線的母線分支插接箱，也稱為終端箱，通過接插電纜及工業(yè)連接器即可與IT機(jī)柜內(nèi)的PDU連接，為IT設(shè)備供電。與下圖為智能小母線各組件連接示意圖：

智能小母線各組件連接示意圖

（三）小母線的容量規(guī)格

       智能小母線在數(shù)據(jù)中心常用的容量主要有：100A、160A、225A、250A、400A，直線段的成品長(zhǎng)度有1米、1.5米、2米、3米，針對(duì)非直線路徑，還通常配有外彎段、內(nèi)彎段、T型件等滿足拐彎需要。

 

       小母線的安裝方式大致分為機(jī)柜上安裝及機(jī)柜下安裝兩種方式。機(jī)柜上安裝又分為柜頂支架安裝、吊桿安裝、天花嵌入式安裝等，天花嵌入安裝通常用在與后部煙沖機(jī)柜一起使用，嵌在天花內(nèi)。機(jī)柜下安裝即為地板下安裝，采用支架支于地面上。除此之外，還有集裝箱及模塊化機(jī)房*的安裝方式。

       接插箱的安裝則非常便捷，一般準(zhǔn)備、插入、旋轉(zhuǎn)、鎖定四部搞定。滑動(dòng)型小母線的接插箱可以根據(jù)機(jī)柜位置和使用需要在小母線上隨意滑動(dòng)。

 

       智能小母線的始端箱和插接箱內(nèi)設(shè)置電力監(jiān)測(cè)模塊，接于數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，便于監(jiān)控中心對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)電力監(jiān)控。智能小母線的始端箱和插接箱內(nèi)分別設(shè)置智能電量?jī)x，通過RS485總線手拉手環(huán)形連接至一個(gè)主控模塊，主控模塊箱上口有RS485、TCP/IP接口用于接入動(dòng)環(huán)系統(tǒng)。

 

（一）小母線具有更高的靈活性

       傳統(tǒng)的配電方式為典型的放射式供配電系統(tǒng)，今后新增或機(jī)柜擴(kuò)容變更提升功率時(shí)需要重新排放電纜。而小母線配電系統(tǒng)是典型的樹干式供配電系統(tǒng)，總配電柜至各機(jī)柜之間采用一條干線覆蓋，再依靠分接單元配電至各機(jī)柜PDU。初期建設(shè)時(shí)，僅需將母線槽安裝到所有機(jī)柜位上方，包括遠(yuǎn)期規(guī)劃的機(jī)柜位，可以依據(jù)用戶的進(jìn)駐實(shí)現(xiàn)即需即安裝的部署。個(gè)別機(jī)柜增加輸出容量或者回路數(shù)量無需對(duì)母線槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，可帶電插拔，適合IT業(yè)務(wù)不確定性發(fā)展擴(kuò)容的需求。

（二）小母線增加了機(jī)房的利用率和收益

       傳統(tǒng)列頭柜的方式每個(gè)列頭柜占據(jù)了一個(gè)IT機(jī)柜位。按每20個(gè)IT機(jī)柜配置1臺(tái)強(qiáng)電列頭柜計(jì)算，一個(gè)1000機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心則需要50個(gè)列頭柜，采用智能小母線后，這50個(gè)列頭柜均可省去，用于安裝50個(gè)IT機(jī)柜，大大提高了機(jī)房的利用率。每個(gè)機(jī)柜租賃費(fèi)按6萬元/年計(jì)算，則可增加收益300萬元。

（三）小母線系統(tǒng)投入快，施工周期短

       智能小母線系統(tǒng)安裝部署快速，無須鋪設(shè)大量電纜，IT機(jī)柜PDU工業(yè)插頭可直接插入到母線插接箱中，相序自動(dòng)對(duì)應(yīng)，無復(fù)雜接線工作。而傳統(tǒng)列頭柜加線纜模式，需要完成配電柜就位、電纜橋架安裝、電纜裁剪鋪設(shè)、電纜對(duì)接等多個(gè)煩瑣工序。小母線系統(tǒng)的安裝工期相比列頭柜系統(tǒng)能縮短3～4倍左右，節(jié)約大量的施工時(shí)間和人工投入。

（四）小母線使用壽命長(zhǎng)，可重復(fù)利用

       智能小母線使用壽命可達(dá)到20～25年以上，由于采用模塊化拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可多次拆卸、移位使用。而傳統(tǒng)的配電列頭柜加電纜的使用周期為8～10年左右，且一旦擴(kuò)容或搬遷，列頭柜和線纜無重復(fù)利用的可能。因此，智能小母線系統(tǒng)的使用周期比列頭柜系統(tǒng)要長(zhǎng)2～3倍以上，而且可以多次重復(fù)使用，降低了長(zhǎng)期應(yīng)用費(fèi)用。

 

（一）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突出，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(cè)每個(gè)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(cè)量?jī)x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。

（二）應(yīng)用場(chǎng)所

       適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

（三）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）交流

2）直流

（四）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(bào)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(cè)

       監(jiān)測(cè)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；*大需量。

3）出線參數(shù)監(jiān)測(cè) 

       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；*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(cè)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(cè)點(diǎn)，合閘為紅色，分閘為綠色。

5）報(bào)警查詢

       當(dāng)前報(bào)警界面可查看實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警；開關(guān)量動(dòng)作告警；任意數(shù)據(jù)的定時(shí)存儲(chǔ)；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。

（五）系統(tǒng)硬件配置

 

七、安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案

（一）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(cè)模塊、插接箱監(jiān)測(cè)模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

（二）應(yīng)用場(chǎng)所

       適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

（三）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

（四）系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

       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(gè)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(duì)應(yīng)的儀表地址，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

3）諧波數(shù)據(jù)

       通過點(diǎn)擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

4）*大需量

       顯示電壓、電流、功率的*大需量的數(shù)值及發(fā)生時(shí)間。

5）電能查詢

       電能情況可以查詢上12月份的每個(gè)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(shí)間查詢電能值。

（五）系統(tǒng)硬件配置

 

【1】堯素貞.智能小母線在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用.2020

【2】張大紅.數(shù)據(jù)中心小母線與列頭柜供配電系統(tǒng)的綜合比較.2019

【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本

【4】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

 

劉細(xì)鳳，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。