淺談智能母線(xiàn)在數據中心末端配電中的應用研究

更新時(shí)間：2022-11-07瀏覽：586次

摘要：針對數據中心末端配電方式展開(kāi)了討論,研究了機房傳統配電方式構成及其優(yōu)缺點(diǎn),從提高數據中心配電系統的可靠性、可用性、擴展性以及維護性等角度,分析了智能母線(xiàn)的結構和技術(shù)特點(diǎn)。結合智能母線(xiàn)在江寧數據中心建設項目的實(shí)際應用,對以往機房采用傳統配電解決方案帶來(lái)的技術(shù)和管理層面上問(wèn)題提出了智能母線(xiàn)解決方案。

關(guān)鍵詞：智能母線(xiàn)；數據中心；末端配電

1 引言

數據中心作為電力行業(yè)的信息中心樞紐,承載著(zhù)關(guān)系電力行業(yè)核心信息的服務(wù)器,是一整套復雜的綜合設施。它不僅僅包括計算機系統和其他與之配套的設備,還包含配電系統、空調系統、環(huán)境監控系統、消防系統等。配電系統作為數據中心的關(guān)鍵環(huán)節之一,在某種程度上決定了數據中心運營(yíng)的安全性和可用性。斷電或低質(zhì)量供電是造成數據中心服務(wù)器宕機的主要因素之一。因此,保證數據中心電力持續而穩定的供應是工作的重中之重,對比傳統列頭柜配電方案,母線(xiàn)槽技術(shù)更先進(jìn)、可靠性更高,近幾年在數據中心末端配電中得到廣泛應用。

2 數據中心末端配電的界定

數據中心配電系統存在3個(gè)層次。

主配電區：中壓配電柜、變壓器、備用發(fā)電機、低壓配電柜。

干線(xiàn)配電區：UPS（uninterruptible powersystem,不間斷電源）、低壓二級配電柜。

終端配電區：列頭柜、機架、IT設備。數據中心末端配電范圍是指從UPS輸出柜引出至機柜內部PDU（power distribution unit,電源分配單元）,主要供電對象為IT設備。由于機房?jì)任锢砜缍仍?0-50m,這一區域是數據中心配電系統的核心環(huán)節,稱(chēng)為“后50m"。

3 傳統配電方案

機房傳統配電系統一般采用2回10kv市電接入,經(jīng)過(guò)變壓器、低壓配電柜分別接入兩組UPS電源設備,再經(jīng)過(guò)UPS輸出柜連接至各個(gè)列頭柜,從列頭柜敷設電纜接入機柜內PDU。傳統配電方式技術(shù)成熟、單根電纜故障影響范圍小。但是,列頭柜占用機柜空間大、電纜電能損耗較大、施工復雜、隱患排查和末端配電擴展困難。機房傳統配電方式如圖1所示。

圖1機房傳統配電方式

4智能母線(xiàn)配電方案

4.1概念

智能母線(xiàn)系統是一種取代傳統電纜的數據中心末端配電解決方案,由始端箱、干線(xiàn)單元、轉接單元、插接箱、連餅和綱組成,具有主路和支路電壓、電流、頻率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、母排溫度檢測等功能。母線(xiàn)槽由保護外殼（鋼板或鋁板）、導電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成智能母線(xiàn)組成部件如圖2所示。

4.2技術(shù)特點(diǎn)

(1)安全可靠

母線(xiàn)槽采用銅或鋁作為導電體,電流容量大,電氣和機械性能好。同時(shí),使用金屬槽作為保護外殼,不會(huì )燃燒。通過(guò)緊密接觸的金屬外殼散發(fā)熱量,散熱性能好。插接箱母線(xiàn)槽

圖2智能母線(xiàn)組成部件

(2)安裝便捷

母線(xiàn)槽配有標準的安裝支架,無(wú)需單獨橋架支撐,采用插接方式把主干線(xiàn)電源分接至支線(xiàn),結構緊湊,插拔方便。

(3)維護方便

母線(xiàn)槽日常維護通常僅需測量外殼、穿心螺栓和接頭溫升,維護量少。

(4)靈活擴容

各個(gè)功能單元為模塊化定制,靈活應對功率變化,并且可以隨需擴容。

(5)智能監控

終端箱及插接箱均采用智能化設計,可實(shí)現集成監控,監測整個(gè)數據中心的運行狀況。

4.3智能母線(xiàn)配電方式

智能母線(xiàn)在數據中心末端配電中連接方式如圖3所示。干線(xiàn)母線(xiàn)槽接自二級配電柜,通過(guò)終端箱分接至次級母線(xiàn)槽,機柜采用雙路PDU供電,分別接入不同次級母線(xiàn)槽插接箱。

圖3 智能母線(xiàn)配電方式

4.4智能監控

智能母線(xiàn)的數據采集點(diǎn)分散于整個(gè)機房供配電系統的每個(gè)機柜插接箱,準確采集每個(gè)機柜的每一回路的用電信息,包含負載的電壓、電流、功率等；每一路母線(xiàn)干線(xiàn)的電能參數,包含電流、電壓、功率、干線(xiàn)能耗、諧波畸變率及功率因數等。通過(guò)開(kāi)放式通信協(xié)議將數據傳輸至后臺監控系統,集中監控顯示,便于運維人員獲取數據。

同時(shí),智能母線(xiàn)監控系統還能通過(guò)數據采集實(shí)現母線(xiàn)槽溫度、濕度和水浸智能化實(shí)時(shí)顯示和控制,預警由安裝、維護不當、表面積水或水滲入內部引起的母線(xiàn)故障,提升智能母線(xiàn)的安全性,實(shí)現全生命周期管理。智能母線(xiàn)系統監控網(wǎng)絡(luò )拓撲如圖4所示。

圖4智能母線(xiàn)配電圖

4.5性能比較

數據中心末端配電傳統方式與智能母線(xiàn)配電方式性能比較見(jiàn)表1。

表1末端配電傳統方式與智能母線(xiàn)配電方式性能比較

5系統方案

5.1項目介紹

江寧數據中心建設項目主要完成機房基礎環(huán)境建設,包括土建裝修、電源系統、空調系統、動(dòng)環(huán)監控系統、消防系統、數據配套等。按照國網(wǎng)公司機房建設標準,將江寧機房建成符合模塊化、虛擬化、智能化、綠色節能、安全可靠的數據中心。其中,電源系統是整體數據中心機房髙可用性的后盾。

5.2設計方案

采用智能母線(xiàn)取代傳統電纜的數據中心配電解決方案,IT設備由UPS供電,制冷機組、末端空調、照明等其他負荷由市電直供。經(jīng)核算,3層中密度機房可安裝機架208架,新增兩套獨立的800KVA UPS系統,共配置4臺400KVA UPS主機,每臺主機配置1組400V/1000AH蓄電池組。采用2N雙母線(xiàn)配電架構,每個(gè)機柜安裝雙路PDU,分別由兩條獨立母線(xiàn)上的插接箱供電,其中,UPS配電柜至始端箱智能母線(xiàn)采用1250A規格,始端箱至封閉冷通道各機柜智能母線(xiàn)采用160A規格。中密度機房末端配電方式如圖5所示。

圖5中密度機房末端配電方式

6安科瑞智能母線(xiàn)監控解決方案

6.1概述

數據中心IT服務(wù)器配電傳統采用精密配電柜,占用空間較大,配電線(xiàn)纜多,新增設備不便,為了節省面積,智能小母線(xiàn)方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔,受到很多數據中心的青睞,被越來(lái)越多的應用。

安科瑞智能母線(xiàn)監控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監控兩類(lèi),包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線(xiàn)槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線(xiàn)槽的運行溫度,確保母線(xiàn)槽配電安全。通過(guò)標準網(wǎng)線(xiàn)手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng),可以實(shí)現任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線(xiàn)運行的插接箱的數據上傳通訊。

6.2 應用場(chǎng)所

適用于運營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數據中心

6.3 系統結構