淺談智能母線監控系統在數據中心末端配電的設計應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司  201801

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

關鍵詞：智能母線、智能母線系統、數據中心、末端供電

1. 引言

數據中心末端智能母線通過現代通信網絡監控技術，實時監控母線的溫升、電能運行參數等數據，并對采集的實時數據進行分析處理和存儲，上傳至數據中心ECC監控中心，發出告警及報警信息，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。

數據中心末端智能母線供電系統相對于傳統的配電列頭柜加電力電纜有更大的優勢。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監控單元出現故障，導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監控，故存在單點隱患，若期間服務器發生宕機，不能有效及時處理，產生嚴重后果。

1. 智能母線系統架構及特點

數據中心末端供電智能母線架構圖如圖１所示。

圖 １ 數據中心末端供電智能母線架構圖

母線優點：軌道式主體結構，簡單明了，安全性高；插接箱旋轉式插接，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；雙零線結構，更好地應對諧波效應；全電參量智能檢測模塊單元，保證末端供電系統可靠、安全、智能。

插接箱單元特點：旋轉式插接，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）；內裝有電壓、電流等電能參數監測模塊。

1. 配電列頭柜與智能母線末端供電對比

數據中心末端供配電系統平面圖如圖2所示。

圖2 數據中心末端供配電系統平面圖

數據中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統，UPS總輸出配電柜直接放射敷設至

配電列頭柜及IT設備柜。其優點是各負載之間獨立受電，若發生系統故障，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、系統可擴展性差，不能滿足 不同業務的用電容量需求，分期實施時需要把末端電力線纜一次敷設到位，系統靈活性差。此外，傳統配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統中，配電列頭柜需要占用數據中心的空間資源。

數據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 數據中心配電列頭柜拓撲圖

數據中心智能母線供配電系統采用樹干式的供配電系統，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、系統擴展靈活，可滿足不同承租用戶的個性化業務用電容量，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生故障時，影響范圍大，但母線干線的故障概率很低。

數據中心末端配電智能母線拓撲圖如圖4所示。優點：取消配電列頭柜，節約占地面積，爭取了更多的盈利性機柜；開關控制及數據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，主動發熱少，對制冷造成的負擔小，有效降低數據中心能耗和PUE值； 安裝方便快捷，工期大大縮短；插接箱模塊化，實現分支數量及容量隨時調整；內部均為銅排輸電，安全性能更高。

圖4 數據中心末端配電智能母線拓撲圖

1. 某B級數據中心IT設備末端配電設計

某B級數據中心配電架構系統圖如圖5所示。

圖5 某B級數據中心配電架構系統圖

某B級數據中心末端配電系統圖、電氣監控系統圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 某B級數據中心末端配電系統圖

圖7 某B級數據中心電氣監控系統圖

其中，每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮，機房內配電系統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，母線進線箱內設置斷路器及監控、防雷模塊，插接箱帶有開關及遠程監控電流、功率等參數監控功能，相應的監控參數上傳至數據中心ECC監控中心。

數據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務需求，施工安裝方便靈活，部署簡單快捷。為有效節約數據中心空間資源，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，對于對外承租的數據中心，每個機柜租賃費8萬元/年計算，可增加經濟效益160萬元，因此可有效提高數據中心的空間利用率和經濟性；采用智能母線系統，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。這為數據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

??安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類，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槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。

4.1、系統結構

4.2、系統功能

4.2.1主菜單

用戶登錄進入主菜單頁面，主菜單上顯示有數據采集、報警查詢、參數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據查看及參數、功能編輯。

4.2.2實時監測

在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統圖界面，系統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 基本參數界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實現對箱子中儀表數據的采集。

4.2.4 諧波數據

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

4.2.5 需量閾值

顯示電壓、電流、功率的需量閾值及發生時間，根據數據分析，調整數據中心機房的用電負荷，根據實際用電情況調整變壓器容量，或者通過人為干預，降低需量閾值，保障供電連續性和穩定性。

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、根據選擇不同時間查詢電能值。通過時間對比，區域對比，分析出合適的用電方案，節能降耗，降低PUE值。

4.3 配置方案

5、結語

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

參考文獻:

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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊，2022.05版.

[5]數據中心綜合解決方案.2022.02版.

作者簡介：任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能小母線監控系統及相關解決方案。