浅谈数据中心末端配电方式特点

时间：2022-03-01作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：931

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随着云服务、互联网、大数据等信息技术的快速发展，现代数据中心正朝着大型化、高密度、绿色环保、模块化的方向发展；IT随着技术的发展和出租机房等商业模式的兴起，机房建设初期机柜密度的不确定性大大提高，对机房终端供配电系统的经济性、可持续性、灵活性和可靠性提出了新的挑战。由于其局限性，传统的终端配电方式难以适应当今技术的发展。使用1万A以下灵活的小母线取代了机柜和电缆的配电模式，成为解决数据中心机房供配电发展的新途径。灵活的小母线可以分阶段快速部署确定的情况下分阶段快速部署，这将成为数据中心供配电的发展趋势，为客户的关键负荷提供更可靠的。新模式带来新的价值，新的配电模式将减少数据中心的整体投资，提高设备的电力可靠性，使数据中心更加绿色和环保。

关键词:终端配电；灵活母线；智能母线监控系统；头柜

1引言

随着互联网技术的快速发展，云计算、电子商务、电子政务、电子金融、网络游戏、云存储等网络服务相继出现，使当今社会成为云时代、大数据信息时代、数据中心成为信息的重要载体，承担电子信息传输、计算、存储等功能。为了适应当今网络服务的快速发展和第三方托管数据中心的兴起，除了建设足够、稳定、经济、可靠的数据中心外，还应追求其高效、绿色、灵活、低能耗。高效体现在以较小的投资换取收入，如采用高压直流供电取代传统的交流供电：例如，数据中心的管理人员将根据服务器的使用情况重新划定高密度区域和低密度区域，以达到更好的制冷效果。绿色反映在数据中心应尽可能多地使用一些可回收的产品。灵活反映在数据中心的产品应尽可能减少热插入、标准化、集成的工程服务。

2数据中心末端配电的定义

如图1所示，机房末端配电范围应从UPS将配电柜引入机柜PDU止，这一段上的电流在800A以下是主要供电对象IT设备，A一般采用级数据中心A、B双路系统供电。

图1 监控模块

3 数据中心采用传统配电方法进行分析

3.传统的机房配电方式

机房配电系统一般采用双路市电接入，低压配电柜分别接入两组UPS设备，UPS配电柜分配到各列头柜，经列头柜后接入备用柜PDU，再接入IT设备(见图2)。

图2 机房配电模式采用列头柜

机房传统配电方式采用电缆从UPS从出线柜到机房每个头柜的方式；配电后，用电缆连接到机柜PDU方式。列头环是机柜设备**部的机柜。其主要功能是为机柜的交流或直流负载提供电源，起到配电、监控、测量、保护、报警等作用。配电列头柜内部主要由5个母排列(L1、L2、L3、N、PE)以及由前端断路器组成的断路器UPS配电柜引出的电缆将首先通过机柜内的塑料外壳断路器(MCB)，然后从塑壳断路器上引出3条相线，连接到3条母排。母排压接线后，连接到每个断路器，然后连接到N排及PE排出的导线汇成一根电缆为机柜供电。

3.传统的机房配电监控模式

通过监控配电列头柜CT、PT测量各种辅助触点的电压和电流，然后通过计算机主板中的公式算法计算各种电参数：然后通过RS485等通信线与机桓上的人机交互界面传输，然后人机显示器通过RS485等通信线统一收集各列头柜的监控信息，上传至 :用户从主控室或移动电子设备读取数据

3.3传统配电方式在机房的优势

传统配电方式采用柱头柜加电缆有以下优点：

1)技术成熟，适用于事先确定容量的机柜配电；

2)采用放射性结构，可降低故障影响范围；

3)集中监控，方便运维人员在现场获取数据:

4)当零地电压不满足时IT隔离变压器可安装在配电柱头柜内，降低零地电压。

3.4传统机房配电方式的缺点

虽然柱头柜和电缆的配电方式仍在使用中，但不符合当今数据中心对灵活性和可靠性的要求。其缺点如下：

1)列头柜占地面积约为机房地板面积7％，即机桓数量减少7％；

2)由于电缆较多，电能损耗较大:

3)电缆在地板下占用大量空间，干扰地板下的气流，降低空调效率:

4)故障率高，电缆接头*氧化、松动、接触不良，导致电阻增加、过热或着火，造成建筑火灾事故:

5)配电设计有限，确定功率密度后需要确定配电柜的数量和位置；

6)由于线路复杂，IT设备不能断电，导致线路和设备维护困难：

7)由于列头柜的容量和出线路数已固定，不能满足新的机柜和容量。

4数据中心分析小母线配电方法

4．机房小母线配电

采用小母线配电方式是为了减少传统配电方式的缺点，利用小母线和配电接插箱完成每个柜的配电，其基本结构如图3所示。

1)电力端口箱(Power Feed)：负责UPS配电环与小母线连接，电缆通过电源端口箱中的塑壳断路器连接到相应的母线端子排。

2)母线槽主体(Housing Section)：它是导电的主体，内部基本结构为4根铜排(L1、L2、L3、N)或5根铜排(L1、L2、L3、N、PE)。

3)配电接插箱(Plug—in Units)：插入母线槽主体的小型配电箱一般由监控设备、输出端口、保护设备等组成，主要用于为每个电气设备提供准确的电源。一些插件箱还配备了相位选择旋钮，以确保三相负载的平衡。

4)连接辅助件:转弯件(Elbow)、连接件(HousingCoupler)、T型件(Te)、末湍盖(End Cap)等，用于完成母线槽的主体连接。

5)配电方式为:前端UPS配电柜将电缆引出连接到母线槽前端的电源端口箱，通过母线槽主体进行电源传输，然后根据各机柜的功率密度选择相应规格的插入箱，并与机柜内部相匹配PDU连接后，机柜配电完成，图4为灵活母线现场效果图。

图3 灵活母线配电方案

图4

4.灵活的母线配电监控模式

灵活母线配电模式的中心理念是用即插即用的模块化产品代替头柜和大量电缆，简化安装步骤，灵活部署。因此，灵活母线的监控也应符合这一理念，即采用无线通信和模块化监控方案（见图5）。灵活母线电力分配监控系统应具有多个通信协议和无线网络，并可无缝集成到建筑管理系统或数据中心基础设施管理系统中。通过提供优化管理所需的关键信息，为数据中心电力分配系统的管理奠定基础。电力信号采集和监控功能通过每个连接箱RS485接口或无线监控模块来采集数据，再通过SNMP协议或MODBUS协议传输到上行端环控系统，简化了监控过程。在监控电源信息的同时，每个机柜的温度和湿度可以通过传感器进行监控，并与电源监控信息集成 收集收集的电力和环境数据，实现电力和环境数据的统一管理。

每个监控模块不仅是一个信号的发送端，而且是一个信号的发送者。因为现在机房的总面积越来越大，而且会有很多屏蔽，如果所有的无线模块只能依靠一个 接受必然会影响信号传输，因此每个监控模块都应能够转移相邻模块发出的信号，以确保距离 远处模块发出的信号可以完整同步地传输给 。对于不同房间的 ，监控网络应能支持自动负载均衡，使得每一个 与其他 形成更好的带宽利用率和线性可扩展性。该系统可以自动使用所有可用的 ，多个 安装提供冗余设备。

图5

4．3灵活母线配电的优点

1)提高配电的可靠性

即插即用的小母线取代了传统的电缆，可以避免电缆接头氧化、松动、接触不良等问题，提高机房的可靠性和安全性。

2)增强配电的灵活性

配电方式的灵活性：当机柜容量不能提前准确确定时，可随时使用该母线，并可随时调整电容量。母线槽和接插箱可根据实际情况分期部署，即对于当前数据中心的白色空间和测试室，小母线槽可实现供配电分离，当机柜容量和位置不确定时，可选择接插箱配电。

小母线可带电热插拔:在数据中心正常运行的情况下，小母线可以在带电隋的情况下随时加载或卸载，可以在不影响其他设备运行的情况下随时增加或减少环的数量或容量。机柜容量可达16A到63A，任意选择单相、三相，有针对性地为用电设备提供准确的供电。

安装方法的灵活性：支持多种安装方法，可安装在机柜**部、地板下、嵌入式天花板安装等。母线槽样式和插箱单元可根据客户需要定制，如2N选择不同的插座或悬挂电缆进行系统、单独接地或专用接地。

随着业务发展的可扩展性：整体架构不仅可以支持初始电力需求，还可以根据需求的变化快速扩展，达到随需而建的效果。

3)采用小母线可降低机房配电综合成本

降低运行维护成本：采用小母线避免传统方法造成的后期运行维护工作量大、运行维护周期不可控、人为干预造成的安全降低等问题。同时，小母线可以随意插入和拼接，可以多次重复使用，提高资本效率3倍以上。母线槽模式可根据客户需要随时调整配置，25年内可随时迁移和重用，减少重复投资。

增加数据中心的运营收入：使用小母线可以节省机柜，为机房腾出更多的空间，平均可以增加7％机柜的数量将是机柜租赁业主的一大笔收入。

4．4灵活母线配电的缺点

1）母线配电方式是将头柜集中配电方式改为随机柜 的分散配电方式。机柜内各种电参数（电流、电压、频率等） 的检测采用分散测量和控制室集中显示的方式。因此， 在机房现场集中显示各机柜的电参数，可能给运维人员带来不便。

2)由于大量铝合金型材用于灵活的母线槽外壳，机柜功率密度低的机房成本会增加。

3)如果母线槽布置在两列机柜之间，从接插箱上引出的工业连接器可能会影响机房的美观。

5配电方式对比

列头柜 电缆与灵活母线配电方对比l所示。

表1 两种配电方式的对比

6安科瑞ANDPF列头柜介绍

6.1产品介绍

随着数据中心的快速发展，数据中心的能耗问题越来越**。高效可靠的数据中心配电系统方案是提高数据中心功耗效率、降低设备能耗的有效途径。

AMC系列数据中心精密配电系统是为数据室末端设计的智能系统，可以全面收集所有能源数据，为交流直流电源配电柜提供准确的电参数信息，通过通信将数据上传到动态环监控系统，实现整个数据室的实时监控和有效管理，实现全面绿色IDC提供可靠的。

6.安科瑞精密配电产品解决方案

1）交流系统

功能要求

遥测：输入分路的三相电压、三相电流、频率、有功功率、有功电度；

遥信：输入分路的过压/欠压、缺相、过流、频率过高/过低、输入分路的开关状态、电流和功率需求的分析和统计，实现电压、电流和频率参数的越限报警功能。

配置方案如图6所示，

图6

2）直流系统

功能要求

遥测：输入分路的电压、电流、功率和电度；

遥信：输入分路过压/欠压、输入分路熔丝状态、电流和功率需求量分析和统计，实现电压、电流和功率参数的越限报警功能。

配置方案如图7所示，

图7

6.3产品选型

表3 产品选型表

7安科瑞智能小母线监控系统介绍

7.1产品介绍

安科瑞推出了数据中心智能小母线的监控要求AMB一系列小母线监控解决方案包括采集模块、配套附件和监控系统，可以监控母线运行过程中的各种参数，并报警故障，以确保系统的稳定运行。

AMB检测单元是根据数据中心智能小母线插接箱/始端箱的监控要求设计的新产品。检测单元安装固定在插接箱/始端箱内。插接箱/始端箱以*特的方式与母线连接。它集成了所有电源参数的测量（如单相或三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率和功率因数）以及综合的电能监测和评估管理。同时，可实时监控母线接口温度，配合2路Rs45通讯接口（1进1出）或LORA采用无线通信MODBUS-RTU协议可以方便可靠地将监控数据上传到主控箱和后台系统，确保系统的安全可靠运行。

7.2产品选型

安科瑞智能母线测控仪表选型如表2所示，

表4 产品选型规格

注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系统、D-直流系统可选配AMB10显示器，显示器只循环显示电压、电流参数。

8结束语

数据中心建设和运维注重可靠性、可维护性、灵活性、经济性、可扩展性和节能环保等要求，通过对“列头柜+电缆”配电方式和“小母线”配电方式的综合分析，以及国际上数据中心配电方式的发展趋势，证明采用小母线配电方式更有利于数据中心今后发展。

【参考文献】

[1] 钟晨.数据中心末端配电方式探讨[J]

[2] 中国建筑标准设计研究院 .电子信息系统机房工程设计与安装[M].北京：中国计划出版社，2009.

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册. 2019.11版

安科瑞电气股份有限公司专注于4G计量表,多用户表,分表计电,建筑能耗系统,蓝牙电表,马达保护器,配电房运维系统,配电列头柜,手机抄表系统,温度监测方案,线路保护器,银行安全用电,远程抄表系统等

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