數據機房智能母線(xiàn)槽技術(shù)分析

0引言

       數據中心是國家確定的“新基建"七大領(lǐng)域之一，數據中心在國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中起到越來(lái)越重要的作用，已經(jīng)成為各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎設施，為經(jīng)濟轉型升級提供了重要支撐。政府金融、互聯(lián)網(wǎng)公司、運營(yíng)商等行業(yè)客戶(hù)都在不斷地新建和升級數據中心，以匹配其數據業(yè)務(wù)的增長(cháng)速度。并且，隨著(zhù)國內數據中心的大力建設和發(fā)展，傳統的列頭柜配電模式已無(wú)法滿(mǎn)足日新月異的變化需求，智能小母線(xiàn)作為數據中心一種新型機房配電產(chǎn)品，通過(guò)對其合理的應用，有效地解決了傳統配電模式存在的各種問(wèn)題，提高了數據中心的可用性及供配電的穩定性。

       關(guān)鍵詞：數據中心；智能小母線(xiàn)；精密配電柜；穩定性

1數據中心應用需求

       隨著(zhù)電力業(yè)務(wù)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的升級，數據中心對供電系統的可靠性和智能維護要求也越來(lái)越高。數據中心機柜端配電設計除了要滿(mǎn)足傳統機房的配電功能，還應滿(mǎn)足遠期設備擴容的需求；同時(shí)，數據中心運維者還提出要盡可能減少設備擴容對已投運設備的影響。供電系統除了滿(mǎn)足高可靠性外，還應該具備強大的監控功能，機房運維人員隨時(shí)可以了解機柜負載情況、各配電分支回路的電氣狀態(tài)和不同負載機群的電量消耗情況等。

       當前，機房的配電容量一般保持在一定的范圍內，通常按照服務(wù)器機柜、刀片機柜、網(wǎng)絡(luò )機柜、工作機柜、小型機機柜等，常規數據中心單機柜負荷一般在3kW~8kW之間。根據各類(lèi)設備功率不同，電氣連接器接口標準也有所區別。這為供電基礎配套實(shí)施帶來(lái)了很大的挑戰。傳統落地式配電單元(列頭柜)已不能滿(mǎn)足越來(lái)越多的供電需求。

       近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心靈活性和多元化發(fā)展。一種更加靈活的機柜端設計方案逐步在電力機房中得到應用。即母線(xiàn)槽配電系統。目前已有大量大型數據中心采購母線(xiàn)槽設計方案，如Google、Facebook、阿里巴巴和騰訊等數據中心。母線(xiàn)槽在電力行業(yè)作為一種導線(xiàn)應用已經(jīng)有幾十年的歷史，但是對于數據中心應用而言，則比較新穎，應用案例不多。與傳統電纜方式對比，母線(xiàn)槽具備更加可靠的安全性、接口電阻和溫升控制也更加優(yōu)秀。

2智能母線(xiàn)槽的組成

       電力機房專(zhuān)用母線(xiàn)槽系統一般由三個(gè)部分組成：母線(xiàn)槽主體、母線(xiàn)槽連接模塊、監控模塊。

2.1母線(xiàn)槽主體

       外殼提供線(xiàn)槽保護，提高熱穩定性，滿(mǎn)足各種安裝方式，如豎直吊裝或者水平安裝，側邊可加上各種標識。導電銅排是根據載流量需求選擇不同截面，表面鍍錫，增強抗腐蝕性并減小接觸電阻的電解銅。表面的絕緣材料具備良好的可短路電流能力。

2.2母線(xiàn)槽連接模塊

       母線(xiàn)槽連接模塊用于母線(xiàn)槽主體與主體之間的連接，將原本3m左右的母線(xiàn)槽主體拼接起來(lái)，可延長(cháng)至幾百米甚至幾千米。母線(xiàn)槽連接處也是很容易發(fā)生連接異常的地方，連接不可靠可能導致溫升、爆炸等事故，燒毀母線(xiàn)槽。

2.3監控模塊

       監控模塊可以分為母線(xiàn)槽連接處的測溫模塊和始端箱、插接箱的電參量采集模塊。監控模塊集成了常規的電力參數測量、溫度監測、開(kāi)關(guān)量檢測、漏電檢測等功能，同時(shí)具備在線(xiàn)報警功能，可以實(shí)時(shí)檢測母線(xiàn)接口溫度數據。采用ModbusRTU有線(xiàn)通訊或Lora無(wú)線(xiàn)通訊的方式，可方便可靠地將監測數據上傳本地監控系統，確保母線(xiàn)槽的安全運行。

3智能母線(xiàn)槽方案優(yōu)勢

3.1智能母線(xiàn)槽具有高度的靈活性

       傳統列頭柜方案，其配電方式為UPS出線(xiàn)柜之后接配電列頭柜，之后通過(guò)線(xiàn)纜為每臺機柜內設備供電。采用放射狀供配電結構，即每個(gè)機柜通過(guò)一根電纜與列頭配電柜線(xiàn)纜一對一連接，今后新增或機柜擴容變更提升功率時(shí)需要重新排放電纜。

       智能小母線(xiàn)擺脫了傳統列頭柜布線(xiàn)困難的問(wèn)題，部署簡(jiǎn)易快捷，僅需將母線(xiàn)槽安裝到所有的預期機柜上方即可完成部署，可以依據用戶(hù)的進(jìn)駐實(shí)現即需即安裝。個(gè)別機柜增加輸出容量或者回路數量無(wú)需對母線(xiàn)槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。

3.2智能母線(xiàn)槽投入快，施工周期短

       采用軌道式小母線(xiàn)系統安裝部署快速，如使用傳統列頭柜加線(xiàn)纜模式，完成一個(gè)機房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設，電纜對接等多個(gè)繁瑣工序。而部署母線(xiàn)系統只需10-15天就可以完成一個(gè)機房的交付，節約大量的施工時(shí)間和人工投入同時(shí)也節省了橋架和電纜的需求?？商崆敖?個(gè)月交付客戶(hù)使用。

3.3智能母線(xiàn)槽系統安全性更高、使用壽命更長(cháng)

       由于小母線(xiàn)主要結構為“鋁合金外殼+B級及以上絕緣護套+銅母排"，一方面使得整個(gè)輸電干線(xiàn)的電氣穩定性（包括短時(shí)耐受電流、過(guò)載能力)更強:另一方面，整條母線(xiàn)系統的散熱性很好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線(xiàn)使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。

3.4母線(xiàn)增加了機房的利用率和收益

       采用母線(xiàn)方式由于省去了強電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個(gè)IT機柜。一般每20個(gè)左右IT機柜配置1臺強電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機柜數量，按一個(gè)機房1000個(gè)機柜為例，原需要50個(gè)列頭柜，采用母線(xiàn)后機房IT機柜可達1050個(gè)，每個(gè)機柜租賃利潤2萬(wàn)/年計算，可增加年利潤100萬(wàn)。

       因此，智能小母線(xiàn)作為數據中心機房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對傳統的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續增長(cháng)，正是由于以上優(yōu)點(diǎn)做支撐。

4安科瑞智能小母線(xiàn)解決方案

圖1、母線(xiàn)監控裝置技術(shù)參數

圖2、母線(xiàn)監控裝置實(shí)物圖片

圖3、母線(xiàn)監控裝置通訊組網(wǎng)示意圖

圖4、母線(xiàn)監控裝置系統架構圖

5、結語(yǔ)

       綜上，無(wú)論從技術(shù)性能，全壽命周期成本，還是數據中心的后續擴容等方面考慮，都會(huì )將智能小母線(xiàn)系統作為數據中心后50米配電的極優(yōu)選擇方案。安科瑞一直致力于改進(jìn)和研發(fā)出更加先進(jìn)、更加安全的智能小母線(xiàn)產(chǎn)品，為國家數據中心的建設和發(fā)展助力。

【參考文獻】

[1]一種數據中心機房新型配電技術(shù)——小母線(xiàn)配電系統.徐曉東.邵宏躍.張子堃.張磊.耿偉.電氣時(shí)代.2021.10.10.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.5版.