淺談智能母線監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心末端配電的設計應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司       上海嘉定201801

摘要：針對目前數(shù)據(jù)中心末端供電列頭柜加電力電纜存在的不足，結(jié)合實際案例，采用末端智能母線系統(tǒng)全新的末端供電方式，有效提升了數(shù)據(jù)中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性，為建設安全、經(jīng)濟、綠色、智能的數(shù)據(jù)中心提供支撐。

關鍵詞：智能母線、智能母線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、末端供電

1. 引言

數(shù)據(jù)中心末端智能母線通過現(xiàn)代通信網(wǎng)絡監(jiān)控技術，實時監(jiān)控母線的溫升、電能運行參數(shù)等數(shù)據(jù)，并對采集的實時數(shù)據(jù)進行分析處理和存儲，上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心，發(fā)出告警及報警信息，通過音頻及可視化的界面對話窗口告知運營管理人員，及時排查故障。

數(shù)據(jù)中心末端智能母線供電系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的配電列頭柜加電力電纜有更大的優(yōu)勢。配

電列頭柜加電力電纜末端配電方式是由UPS輸出配電柜引電力電纜至列頭柜，經(jīng)主路斷路器控制開關控制各分路斷路器開關，最終至IT設備機柜PDU插排供電，若配電列頭柜電能參數(shù)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障，導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監(jiān)控，故存在單點隱患，若期間服務器發(fā)生宕機，不能有效及時處理，產(chǎn)生嚴重后果。

1. 智能母線系統(tǒng)架構(gòu)及特點

數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖如圖１所示。

圖 １ 數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構(gòu)圖

母線優(yōu)點：軌道式主體結(jié)構(gòu)，簡單明了，安全性高；插接箱旋轉(zhuǎn)式插接，帶電插拔，安裝快捷； 母線干線上隨處可插接插接箱，靈活性強；雙零線結(jié)構(gòu)，更好地應對諧波效應；全電參量智能檢測模塊單元，保證末端供電系統(tǒng)可靠、安全、智能。

插接箱單元特點：旋轉(zhuǎn)式插接，無需專用工具；磷銅卷口彈性插腳；可任意選裝1P/2P/3P開關；可以實現(xiàn)一拖一或者一拖多設置（單極開關單機柜，三極開關 三機柜）；內(nèi)裝有電壓、電流等電能參數(shù)監(jiān)測模塊。

1. 配電列頭柜與智能母線末端供電對比

數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖

數(shù)據(jù)中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜直接放射敷設至

配電列頭柜及IT設備柜。其優(yōu)點是各負載之間獨立受電，若發(fā)生系統(tǒng)故障，切除故障回路，

縮小停電范圍，不影響其他回路，滿足國家相應規(guī)范對IT設備重要負荷的用電技術要求。其缺點是分支線路多、有色金屬導體消耗量大、施工安裝工藝復雜、系統(tǒng)可擴展性差，不能滿足 不同業(yè)務的用電容量需求，分期實施時需要把末端電力線纜一次敷設到位，系統(tǒng)靈活性差。此外，傳統(tǒng)配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統(tǒng)中，配電列頭柜需要占用數(shù)據(jù)中心的空間資源。

數(shù)據(jù)中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖如圖3所示。缺點：線纜地板下鋪設工期長、難度大，且后期檢修、管理困難；列頭柜空間有限，后期變更的靈活性較差；線纜密集鋪設，容易聚集溫升，有火災隱患；線纜架空地板下鋪設，影響制冷效果；列頭柜占用機柜位置，造成土地成本浪費。

圖3 數(shù)據(jù)中心配電列頭柜拓撲圖

數(shù)據(jù)中心智能母線供配電系統(tǒng)采用樹干式的供配電系統(tǒng)，UPS總輸出配電柜至各IT設備機柜之間采用兩條干線（智能母線）連接的配電方式。其優(yōu)點是消耗的有色金屬導體量相對較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統(tǒng)擴展靈活，可滿足不同承租用戶的個性化業(yè)務用電容量，易于擴展與變更。與電力電纜相比，智能母線可靠性更高、工程生命周期長，并且可重復利用。其缺點是智能母線主干線發(fā)生故障時，影響范圍大，但母線干線的故障概率很低。

數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖如圖4所示。優(yōu)點：取消配電列頭柜，節(jié)約占地面積，爭取了更多的盈利性機柜；開關控制及數(shù)據(jù)采集分布于始端箱和各插接箱，避免互相影響；避免了強電在架空地板下敷設，主動發(fā)熱少，對制冷造成的負擔小，有效降低數(shù)據(jù)中心能耗和PUE值； 安裝方便快捷，工期大大縮短；插接箱模塊化，實現(xiàn)分支數(shù)量及容量隨時調(diào)整；內(nèi)部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4 數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖

1. 某B級數(shù)據(jù)中心IT設備末端配電設計

某B級數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 某B級數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)系統(tǒng)圖

某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖、電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖

圖7 某B級數(shù)據(jù)中心電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖

其中，每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮，機房內(nèi)配電系統(tǒng)采用的電纜選用低煙無鹵電力電纜，從電源列頭柜到設備機柜使用的電纜選 用低煙無鹵電力電纜。機房內(nèi)設備機柜均采用雙回路供電的方式，每個機柜均配備2個PDU模塊。雙回路供電系統(tǒng)從2N雙總線配置的 UPS輸出柜到機柜采用母線（UPS至吊頂敷設智能母線采用電力電纜轉(zhuǎn)接）方式，母線到機柜采用插接箱+電力電纜方式，母線進線箱內(nèi)設置斷路器及監(jiān)控、防雷模塊，插接箱帶有開關及遠程監(jiān)控電流、功率等參數(shù)監(jiān)控功能，相應的監(jiān)控參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心。

數(shù)據(jù)中心末端配電采用智能母線配電技術，其供電容量靈活，可以滿足不同承租商的個性化業(yè)務需求，施工安裝方便靈活，部署簡單快捷。為有效節(jié)約數(shù)據(jù)中心空間資源，取消末端強電列頭柜，原有配電列頭柜的位置可增加1套IT設備柜。一般情況下每40個左右IT設備柜配置2套配電列頭柜。取消配電列頭柜，可增加2/40左右的IT設備機柜數(shù)量，按主機房400架IT機柜為例，原需要20個列頭柜，采用智能母線后IT設備機柜可設置420個，對于對外承租的數(shù)據(jù)中心，每個機柜租賃費8萬元/年計算，可增加經(jīng)濟效益160萬元，因此可有效提高數(shù)據(jù)中心的空間利用率和經(jīng)濟性；采用智能母線系統(tǒng)，機柜上方走線，可減少架空地板下電氣走線的火災安全隱患，后期檢修方便。這為數(shù)據(jù)中心安全運行提供有力保障，大大提高了供電運行的可靠性以及運行管理的自動化水平。

4、安科瑞智能小母線解決方案

??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)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。

4.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2、系統(tǒng)功能

4.2.1主菜單

用戶登錄進入主菜單頁面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報警查詢、參數(shù)設置和幫助四個板塊，點擊任意板塊可進入對應界面進行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。

4.2.2實時監(jiān)測

在主頁點擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進入系統(tǒng)圖界面，系統(tǒng)實時顯示每一路的三相總電壓及各個插接箱、始端箱的電壓情況。

4.2.3 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)，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

4.2.4 諧波數(shù)據(jù)

系統(tǒng)通過智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)，采集諧波參數(shù)，分析各回路是否存在諧波，并分析諧波次數(shù)，通過點擊“箭頭"可以左右切換各個插接箱、始端箱的2-63次諧波數(shù)據(jù)；

4.2.5 需量閾值

顯示電壓、電流、功率的需量閾值及發(fā)生時間，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，調(diào)整數(shù)據(jù)中心機房的用電負荷，根據(jù)實際用電情況調(diào)整變壓器容量，或者通過人為干預，降低需量閾值，保障供電連續(xù)性和穩(wěn)定性。

4.2.6 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。通過時間對比，區(qū)域?qū)Ρ?，分析出合適的用電方案，節(jié)能降耗，降低PUE值。

4.3 配置方案

5、結(jié)語

本文介紹了數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線系統(tǒng)與配電列頭柜形式供配電系統(tǒng)的技術性能，通過案例更進一步明確了末端智能母線系統(tǒng)的優(yōu)點，并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線系統(tǒng)配電方案進行分析。采用柔性更強、安全性和可靠性更高的智能母線系統(tǒng)將更加適合新基建數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

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[5]數(shù)據(jù)中心綜合解決方案.2022.02版.

作者簡介：劉細鳳，女，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)及相關解決方案，