淺談智能母線在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及監(jiān)控產(chǎn)品選型

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：根據(jù)《“十四五"信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，信息通信行業(yè)到2025年將實現(xiàn)整體規(guī)模進一步擴大，整體經(jīng)濟發(fā)展品質(zhì)顯著提高，基本形成高速泛在、融合互通、智慧綠色以及安全穩(wěn)定的新興數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)，進一步提高數(shù)據(jù)中心空間及環(huán)境利用率，提高其節(jié)能水平和智能化管理水平。在數(shù)據(jù)中心中使用智能母線可以替代列頭柜，從而進一步節(jié)省機房空間，提升經(jīng)濟效益。結(jié)合具體工程實例，分析智能母線在數(shù)據(jù)中心的詳細應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能母線；數(shù)據(jù)中心；空間利用；經(jīng)濟效益

    末端供電一般采用的是列頭柜供電方式，需要在每列機柜或兩列機柜設(shè)立一臺列頭柜，存在著占用空間大、電纜走線多及強弱電分離等問題。為了解決上述問題，智能母線應(yīng)運而生，其以高度的靈活性、完善的智能化監(jiān)控能力備受數(shù)據(jù)中心建設(shè)單位的青睞。

    智能母線的供電方案在不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）出線柜之后不需要再敷設(shè)線纜或設(shè)置配電設(shè)備，而是直接串接智能母線槽，并配合接插單元為每臺負載機箱內(nèi)裝置供電。數(shù)據(jù)中心智能母線采用樹干式的供配電系統(tǒng)，每列機柜均通過兩條母線槽供電，且地板下及機柜上沒有電纜橋架，便于管理維修。列頭柜供電系統(tǒng)如圖 1 所示，智能母線供電系統(tǒng)如圖2所示。

圖 1 列頭柜供電系統(tǒng)（2N）

圖 2 智能母線供電系統(tǒng)（2N）

    （1）部署簡單，易于擴展。傳統(tǒng)配電方式中，列頭配電柜到各機柜間均采用線纜一對一連接，需要鋪設(shè)大量電纜和電纜承載橋架。工程實施時需要根據(jù)機柜間隔裁剪、鋪設(shè)、捆扎或連接每一根電纜，不僅施工量大、周期長，而且未來新增回路需要增加鋪設(shè)線纜。智能母線部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有規(guī)劃設(shè)備的上方，無需鋪設(shè)大量電纜，可以

通過插接箱就近供電，部署周期為1～2周。插接箱位置可調(diào)，IT 機柜電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）插頭可以直接插入到母線插接箱中，無復(fù)雜接線工作。除此之外，智能母線配置熱插拔插接箱，可以在線熱插拔。當(dāng)機房需要增加新的回路時，只需要增加相應(yīng)輸出回路的插接箱，直接在線插拔就可以實現(xiàn)擴容，無需對母線槽進行新的調(diào)整。智能母線構(gòu)成如圖 3 所示。

 

圖 3 智能母線構(gòu)成圖

    （2）供電靈活，快速可靠。智能母線供配電模式更加適合現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢，在安全可靠的基礎(chǔ)上，還具備靈活、快速的優(yōu)點。傳統(tǒng)配電柜里的電纜和開關(guān)都是定額化的，如果 IT 設(shè)備使用的電功率增加，就需要重新布放電纜和更換開關(guān)等。智能母線可根據(jù) IT 負荷實際需要的電功率自動分配，提高了供電的靈活性。采用智能母線方式無需機柜強電電纜橋架等物理設(shè)備，如圖4所示，提高了空調(diào)送風(fēng)效率。此外，智能母線所有的產(chǎn)品都是模塊化設(shè)計，符合現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心快速靈活部署的要求。

 

圖 4 已經(jīng)敷設(shè)完成的電纜橋架

    （3）具有完善的配電監(jiān)控。智能母線供電方式具有與精密列頭柜同樣的智能監(jiān)控功能，可以監(jiān)測插接箱內(nèi)每條一回路中的相關(guān)信息，包括壓力、流量、輸出功率、電能、諧波以及溫度等。智能母線監(jiān)控系統(tǒng)配置通信接口，可以將所有監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳給后臺動環(huán)平臺。

    （4）節(jié)約機房面積，提高收益。采用智能母線供電無需配置強電列頭柜，節(jié)約了強電配電設(shè)備占用空間，可以增加 IT 機柜的安裝數(shù)量，提高了機房利用率和經(jīng)濟收益。

    （5）安全性高，使用壽命長。智能母線采用“金屬外殼+絕緣護套+銅芯母排"結(jié)構(gòu)，電氣穩(wěn)定性更強，同時也擁有良好的散熱性能，有效避免了由熱沉積引起的老化，延長了使用壽命。

    從經(jīng)濟效益方面分析，智能母線也具有一定的競爭優(yōu)勢。雖然智能母線相對于列頭柜方案投資成本較高，但是使用智能母線時無需配置交流列頭柜，原有交流列頭柜的安裝位置可以供資源機柜使用，大大提高了實際收益。

以安徽省某數(shù)據(jù)中心為例， 其建筑面積約8000m2，采用常規(guī)供電方式時可以布置機架1 040架、交流列頭柜 64 架，交流列頭柜設(shè)備采購及安裝費用約為 192 萬元，列頭柜至IT 機柜配電線纜投資約為100 萬元，總投資約為 292 萬元。在同樣規(guī)模下，使用智能母線代替交流列頭柜后，智能母線的設(shè)備采購及安裝費用約為 570 萬元，投資比常規(guī)供電方式多出278 萬元。但使用智能母線方式供電時，無需交流列頭柜，該數(shù)據(jù)中心可使用IT機架增加 64 架。參考該單位過去3年的機架銷售數(shù)據(jù)，單機柜外租平均費用約為0.5萬元 / 月，每月可增加收入 32 萬元。此時計算投資回報周期為 278÷32 ≈ 9月，即在9個月以內(nèi)就能收回多出的投資。數(shù)據(jù)中心一般運行周期為15年，使用智能母線可以為該建設(shè)單位增加收益約為5472 萬元。

4.1 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。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負載，而數(shù)據(jù)中心負載回路非常的多，傳統(tǒng)的測量儀表無法滿足成本、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。    

4.2 應(yīng)用場所

適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心。

4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

1）交流

 

 

 

2）直流

 

4.4 系統(tǒng)功能

1）主頁

    開機進入主頁，包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。

 

2）進線參數(shù)監(jiān)測

    監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項及總的有功功率，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；最大需量。   

3）出線參數(shù)監(jiān)測 

    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；

負載百分比；最大需量。

 

 

 

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)、主路防雷故障點狀態(tài)，默認為無源檢測點，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)；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。

5）報警查詢

    當(dāng)前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警; 聲光告警功能。 

        

 

 

4.5 系統(tǒng)硬件配置

5.1 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。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

5.2 應(yīng)用場所

    適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

5.4 系統(tǒng)功能

1）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：此界面顯示了每個箱子的電壓。

 

 

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應(yīng)的儀表地址，即可實現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。   

 

3）諧波數(shù)據(jù)

    通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

 

4）最大需量

    顯示電壓、電流、功率的最大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。

5）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。

 

5.5系統(tǒng)硬件配置

 

 

 

    信息時代背景下，大規(guī)模集群式數(shù)據(jù)中心越來越多，在建設(shè)規(guī)模快速擴大的基礎(chǔ)上，對部署速度和節(jié)能效果也提出了更加苛刻的要求。基于此，需要進一步加強模塊化、智能化、綠色化的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，通過對智能母線等高效產(chǎn)品的應(yīng)用，進一步降低數(shù)據(jù)中心總體能耗，縮短部署時間。

【1】吳懷同.智能母線在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

【2】李玉昇.數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃與發(fā)展 [J]. 電氣應(yīng)用，2020，39（11）：4-7.

【3】于智勇，徐 義.數(shù)據(jù)中心10kV供配電系統(tǒng)切換自動化工程實踐 [J]. 智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（3）：79-82.

【4】肖 驍，戈文祺.數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案研究 [J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（23）：4.

【5】馬皓天.數(shù)據(jù)中心電氣設(shè)計要點 [J]. 住宅與房地產(chǎn)，2018（12）：67.

【6】霍 毅，羅秋菊，劉 宇，等.智能小母線與列頭柜配電模式比較 [J]. 廣東通信技術(shù)，2020，40（6）：56-59.

【7】向 榮.互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機房供電設(shè)計探討 [J]. 廣播與電視技術(shù)，2013，40（4）：54-60.

【8】林藝成.數(shù)據(jù)中心電源解決方案及選型 [J]. 企業(yè)技陳瀾，卞星明，萬樹偉，王黎明，關(guān)志成.交流老化導(dǎo)線溫升特性改變對載流量的影響[J].高電壓技術(shù)，2014，40(5) ：1499-1506.

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

【10】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

    任運業(yè)，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。