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電力行業數據中心機柜端智能母線槽配電方案

文章更新時間：2023-03-23　點擊量：220

摘要：從數據中心終端供配電系統的安全性和可行性出發，分析了當前電力數據中心機柜終端供配電系統的設計方案，以及各種設計方案的優缺點。重點分析研究智能母線槽配電方案，深入探討其可靠性、靈活性和經濟性，為關鍵電力負荷提供可靠的用電保障。

關鍵詞：數據中心；頭柜配電；智能母線槽；模塊化頭柜；可靠性

前言

電力數據中心是電力企業通信、調度、信息、營銷、運營、綜合管理和分析決策服務的公共信息平臺，是業務應用系統的數據交換和共享平臺，是電力企業跨業務、跨流程高級應用的重要支持平臺¨1。電力數據中心不僅包括信息系統應用服務，還包括綜合數據通信鏈路和綜合環境控制基礎設施，其中配電系統是支持電力數據中心正常運行的關鍵設施之一。低可靠性供電是數據中心服務中斷的主要原因。如何優化和提高配電系統的可用性和安全性，提高設備更換和擴展的靈活性，提高操作和維護的便利性，確保供電系統的連續運行，是電力數據中心經理面臨的主要問題之一。本文將從電力數據中心的終端供電可靠性出發，以南方電網信息業務數據中心（以下簡稱“數據中心"）實施案例為研究對象，對幾種主要數據中心柜供電方案進行比較研究，分析其優缺點和應用場景，為電力數據中心的關鍵負荷提供可靠用電保障的參考方案。

一數據中心末端配電范圍界定

數據中心按照現行國家標準《數據中心設計規范》(GB50174)．2017年[41、電力調度通信中心工程設計規范(GB／T50980-2014)要求施工，采用A、B雙路系統供電。數據中心末端的配電范圍是指從UPS輸出配電柜輸出端引出到機柜PDU插座端的IT設備和服務器。相關配電系統拓撲圖如圖1所示。

圖1數據中心配電系統拓撲圖

二機柜端列頭柜配電方案

1傳統的排頭柜供電方式

傳統數據中心機柜端配電采用配電頭柜和電纜配電方式。同時，每個機柜配備兩個PDU插座，通過電纜從頭柜取電。頭柜和機柜之間通常有兩種供電方式。

（1）模式一

每個列頭柜同時配備A、B主輸送開關和相應的饋線開關，每個機柜從1個列頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

（2）模式二

每個列頭柜配有A或B主輸入開關和相應的饋線開關，每個機柜從2個列頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

(3)模式一與模式二的比較

可靠性和可用性比較：供配電系統的結構和配置直接決定了數據中心的可用性和可靠性。如果一個系統由子系統組成，任何子系統的故障都將直接影響系統的正常運行。

一種模式采用一個列頭柜為終端設備提供A、B路電源，模式2分布在兩個列頭柜中，為終端設備提供A路或B路電源。按照國家標準，A機房供配電系統結構正常運行時，模式1和模式2均滿足容錯要求，即A、B路任何一路故障都不影響終端設備的運行。從運維管理的角度來看，當模式1中的一路出現故障時，由于A、B兩個電源均在一個頭柜內，因此需要停電維護，增加了運行維護的難度和可操作性。當頭柜配置較低時，一路故障可能導致另一路故障。因此，從可靠性和可用性的比較來看，模型二相對較高。

成本比較：模式1和模式2兩種頭柜配置相同時，頭柜進線電纜長度相同，頭柜與機柜之間的電纜(WDZB)．YJV3×6mm：以配置為例)，每個機柜模式的二比模式超過3米，差別不大。因此，與兩種供電模式相比，每個機柜從兩個機柜取電的可用性高于從同一機柜取電的可用性，成本差別不大。

2傳統的排頭柜配置

比較機柜作為數據中心機房終端配電管理的核心設備，需要滿足配電、監控、測量、保護、報警等功能。隨著信息設備的進一步集中，數據中心對供電可靠性和可管理性的要求越來越高。同時，隨著電力電子技術的發展和計算機技術的整合，機柜的高智能技術也逐漸成熟，從第一代簡單的智能機柜逐漸演變為高智能第四代技術。

列頭柜的發展大致分為四代，如下：

一代：普通開關水平安裝，配備機械表和指示燈，只有配電功能，無檢測和通信功能。

二代：多采用開關垂直安裝，在進線端增加數字電表或觸摸屏和通信接口，只監控主路，不監控分路。

三代：在二代的基礎上增加分路監控，實現電源監控和能源管理。

四代：在三代的基礎上，完善智能技術，集中開關模塊化、二次元件模塊化、調整、監控和集成。

其中，一代和二代是傳統配電柜，三代是數據中心常用的精密配電柜，四代是模塊化精密配電柜口，從柜集成、監控、

三機柜配電智能母線槽方案

1智能母線槽概算

機柜端配電采用智能母線槽作為機柜端配電的成熟技術之一，應用于國內外大型數據中心。目前國內大型數據中心的應用案例很多，數據中心也采用智能母線槽供電方案。如圖4所示：

圖4智能母線槽供電方案

2智能母線槽要求

(1)總體方案

本數據中心實施的機柜母線槽供電方案滿足A機房要求，采用2N供電方式15、6jo]，如圖5所示。

圖5智能母線槽供電方案圖

主機房區各自從UPS室I和UPS室2輸出APS系統、B路主線槽(IP544)．1250A密集母線)連接到機房每個機柜的前通道，每個機柜端母線槽的開始箱通過電纜與主母線槽上的插入箱連接。

(2)設計要點

機柜端智能母線槽主要包括“進線箱、直線段、插接箱"，如圖6所示。

圖6智能母線槽構成圖

進線箱：用于整個母線供電，通過UPS主母線插入箱斷路器連接電源，配備測量單元和通信單元，監測電流、電壓、功率因數等數據。

直線段：用于承載電流，通過插接口和插接箱為機柜供電。根據插接箱的安裝方式，可分為軌道滑動母線槽和固定母線槽兩種類型。兩者的最大區別在于軌道母線槽內置滑動導軌，其插接箱可以直接在母線上滑動，以靈活滿足機柜的位置需求。固定母線槽直段標準化設計密集插接口，間距一般為0．6米和1．2米，基本能滿足高密度多變機柜擺放的需要。軌道滑動觸摸母線槽更適合當前數據中心設備機柜布局和變化調整的要求。

插件箱：插件箱用于從母線直段取電，支持熱插件、拔出和調節，配備測量單元、通信單元、防雷單元和工業連接器單元，監控柜端電流、電壓、功率因數等數據。

安裝方式：

母線槽安裝方便快捷，可采用機柜頂部安裝和地板底部安裝兩種方式。機柜頂部安裝一般需要預留1米左右的垂直空間，應考慮強弱電橋、風管、照明等因素；地板安裝一般需要預留0．垂直空間約6米，應考慮地板下送風氣流的組織因素。如圖7所示。本案數據中心機房梁底4米。考慮到機柜上方的綜合管道和下送風，機柜端的母線槽采用機柜上的安裝方式和A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

(3)監控管理

機柜端智能母線槽通過配置電能儀表、開關狀態監控單元、通信接口單元等部件，實時監控電流、電壓、功率和功率，實時顯示各機柜PDU的運行狀態，實現機柜的精確監控和能效管理。可實現故障報警，實時監控電能質量，包括負載系數、諧波含量等，所有監控參數最終集成到母線系統監控單元模塊，通過開放通信協議接口與機房綜合監控系統對接，可實時檢查數據中心機房運行情況，任何監控點故障，可在系統顯示界面找到相應號碼，使維護人員快速響應，大大降低維護工作量。如圖8所示。