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淺談電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電設(shè)計(jì)方案及監(jiān)控產(chǎn)品選型
閱讀：118 發(fā)布時(shí)間：2020-9-29蔣超萍
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：本文從數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)的安全性、可行性角度出發(fā)，分析當(dāng)前電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以及每種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。分析和研究智能母線槽配電方案，對(duì)其可靠性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行 深入探討，為關(guān)鍵電力負(fù)載提供可靠性的用電保障。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；列頭柜配電；智能母線槽；模塊化列頭柜；可靠性
0前言
低可靠性供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)中斷主要原因。如何優(yōu)化提高配電系統(tǒng)的可用性和安全性，增加設(shè)備更換擴(kuò)容的靈活性，提高運(yùn)維便利性，確保供電系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，是電力數(shù)據(jù)中心管理者所面臨的重大課題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的末端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)某信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心(以下簡(jiǎn)稱“本數(shù)據(jù)中心”)實(shí)施案例為研究對(duì)象，對(duì)幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對(duì)比研究，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，以及應(yīng)用場(chǎng)景，提出為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供可靠性用電保障的參考方案。
1 數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定
本數(shù)據(jù)中心按現(xiàn)行*標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè) 計(jì)規(guī)范》(GB 501 74．2017)和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T 50980—2014)的要求建設(shè)，采用A、B雙路系統(tǒng)進(jìn)行供電。
3機(jī)柜配電端智能母線槽方案
3.1 智能母線槽概算
機(jī)柜端配電采用智能化母線槽作為機(jī)柜端配電成熟技術(shù)之一，為國(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心所
應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心已有多個(gè)應(yīng)用案例，本數(shù)據(jù)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
3．2智能母線槽要求
3.2.1整體方案
本數(shù)據(jù)中心實(shí)施的機(jī)柜母線槽供電方案滿足機(jī)房要求，采用2N供電方式，如圖5所示。
圖5智能母線槽供電方案
主機(jī)房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2中UPS系統(tǒng)輸出A、B路主干母線槽(本案采用
IP54．1250 A密集母線)接人至機(jī)房每列機(jī)柜前段通道，每列機(jī)柜端母線槽始端箱通過(guò)電纜與主干母線槽上的插接箱進(jìn)行連接。
3.2.2安裝方式
母線槽安裝方便快捷，可采用機(jī)柜上方安裝和地板下安裝兩種方式。機(jī)柜上方安裝一般
需要預(yù)留1米左右垂直空間，需考慮強(qiáng)弱電橋架、風(fēng)管、照明等因素；地板下安裝一般需要預(yù)留0.6米左右垂直空間，需考慮地板下送風(fēng)氣流組織因素。如圖7所示。本案數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米，考慮機(jī)柜上方綜合管線和下送風(fēng)等因素，機(jī)柜端母線槽采用機(jī)柜上安裝方式并A、B垂直上下安裝。
圖7智能母線槽安裝示意圖
3.2.3監(jiān)控管理
機(jī)柜端智能母線槽通過(guò)在進(jìn)線箱、插接箱配置電能儀表、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通訊接口單元等元件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流，電壓，功率和電量，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)機(jī)柜PDU的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜的監(jiān)控和能效管理?？蓪?shí)現(xiàn)故障報(bào)警，實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量，包括負(fù)載系數(shù)，諧波含量等，所有監(jiān)測(cè)參數(shù)將匯集到母線系統(tǒng)的監(jiān)控總單元模塊，通過(guò)開(kāi)放通訊協(xié)議接口可與機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況，任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對(duì)應(yīng)編號(hào)，以便維護(hù)人員迅速作出響應(yīng)，大大減少檢修工作量。如圖8所示。
圖8智能母線槽監(jiān)控圖
4 智能母線槽配電方案優(yōu)勢(shì)
4.1 可靠性對(duì)比
1）智能化插接母線相對(duì)傳統(tǒng)的“列頭柜+電纜”，既避免電纜所帶來(lái)的諸如電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良等施工工藝問(wèn)題，將傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電工程安裝轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)
制產(chǎn)品拼接，提升整體系統(tǒng)成品質(zhì)量可靠性。
2）相對(duì)傳統(tǒng)列頭柜集中配電管理，當(dāng)任意一個(gè)機(jī)柜端供電故障時(shí)，采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響范圍。
4.2 靈活性對(duì)比
1）智能化插接母線不需要敷設(shè)橋架和電纜，供電架構(gòu)清晰明朗，提高機(jī)房整潔度。
2）智能化插接母線可根據(jù)機(jī)柜數(shù)量、位置、功率密度的變化靈活地調(diào)整母線的長(zhǎng)度、走向、機(jī)柜端開(kāi)關(guān)容量或相位。
3）智能化插接母線在進(jìn)行巡檢或故障維護(hù)時(shí)，可降低系統(tǒng)維護(hù)影響范圍和檢修工作量。
4）系統(tǒng)支持部件級(jí)在線熱插拔擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求分期投資擴(kuò)容。
4.3 成本對(duì)比
1）智能化插接母線降低了空間占用率，采用智能母線槽可省去配電列頭柜，并且不占用任何地面面積，節(jié)省的地板空間可用于擺放IT機(jī)柜，可降低機(jī)柜容積比，提升機(jī)房?jī)?nèi)部地面空間利用率。本信息中心機(jī)房采用智能化插接母線大約可降低大約6%的容積比，按機(jī)房面積單位造價(jià)可創(chuàng)造約800萬(wàn)元空間價(jià)值。
2）采用智能化插接母線可降低運(yùn)行維護(hù)成本，規(guī)避了傳統(tǒng)方式所帶來(lái)的后期運(yùn)維工作量大、運(yùn)維周期不可控以及人為干預(yù)帶來(lái)的安全性降低等問(wèn)題。
3）可隨時(shí)根據(jù)客戶需要調(diào)整配置，減少技改投資。
5安科瑞列頭柜及監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，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。
AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過(guò)通訊將數(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
5.1配電管理解決方案
5.1.1交流系統(tǒng)
1）功能要求：
遙測(cè)：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相,過(guò)流，輸入分路和輸出分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)警功能。
2）配置方案-示意
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測(cè)：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V
開(kāi)關(guān)電源 SBD-30 （48V）
5.2產(chǎn)品規(guī)格
型號(hào) 功能 | AMC16Z-ZA | AMC16Z-FAK48 | AMC16Z-FAK24 | AMC16Z-ZD | AMC16Z-FDK48 | AMC16Z-FDK24 | AMC16Z-KA | AMC16Z-KD | ||
測(cè)量系統(tǒng) | 交流 | ■ | ■ | ■ |
|
|
| ■ | ■ | |
直流 |
|
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| ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
| 進(jìn)線 | 電壓 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / |
電流 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
有功功率 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
無(wú)功功率 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
功率因數(shù) | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
有功電能 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
無(wú)功電能 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
| 零地電壓零序電流 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |
| 漏電流 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |
|
| 溫度濕度 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | |||
出線回路 | 路數(shù) | 2 | 24+24 | 12+12 | 2 | 24+24 | 12+12 | 48 | 48 | ||||
電壓 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | ■ | / | |||||
電流 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
有功功率 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
無(wú)功功率 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
功率因數(shù) | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
有功電能 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
無(wú)功電能 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
電力質(zhì)量分析 | 進(jìn)線回路 | 電壓電流總諧波 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |||
電流、電壓2~31次分次諧波 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |||||
出線回路 | 電壓、電流總諧波 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | ||||
電流、電壓2~31次分次諧波 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
開(kāi)關(guān)量輸入 | 無(wú)源 | 6 | / | / | 6 | / | / | / | 24+24 | ||||
有源 | / | 24+24 | 12+12 | / | 24+24 | 12+12 | 24+24 | / | |||||
繼電器輸出 | ■（2路） | / | / | ■（2路） | / | / | / | / | |||||
通訊 | Modbus-RTU | 1路 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | |||
型號(hào) 功能 | AMC16Z-ZJY | AMC16Z-FJY | ||||
測(cè)量系統(tǒng) | DC240/DC336 | |||||
| 進(jìn)線 | 電壓 | ■ | / | ||
絕緣電阻 | ■ | / | ||||
出線回路 | 路數(shù) | 2 | 12+12 | |||
絕緣電阻 | / | ■ | ||||
繼電器輸出 | ■（2路） | / | ||||
通訊 | Modbus-RTU |
| 2路 | 1路 | ||
說(shuō)明：■為標(biāo)配功能。
5.3配套附件
圖片 | 名稱 | 型號(hào) | 輸入 | 輸出 | 備注 |
| 進(jìn)線電流互感器 | AKH-0.66I | XXA | 5A | 測(cè)量型 |
| 出線電流互感器 | AKH-0.66-W-9N | 50A | 50mA | 內(nèi)孔徑Φ9mm |
AKH-0.66-W-12N | 100A | 內(nèi)孔徑Φ12mm | |||
| AKH-0.66-W-20 | 200A | 50mA | 內(nèi)孔徑Φ20mm | |
| AKH-0.66-W-30N | 200A~400A | 50mA | 內(nèi)孔徑31*13mm | |
| AKH-0.66K-φ10 | 50A | 50mA | 內(nèi)孔徑Φ10mm | |
AKH-0.66K-φ16 | 100A | 內(nèi)孔徑Φ16mm | |||
AKH-0.66K-φ24 | 200-300A | 內(nèi)孔徑Φ24mm | |||
AKH-0.66K-φ36 | 300-600A | 內(nèi)孔徑Φ36mm | |||
| AKH-0.66Z-10 | 50A | 50mA | 內(nèi)孔徑Φ10mm | |
| AKH-0.66/EMS | 50A | 10mA | 直接式 | |
| 霍爾電流傳感器 | AHKC-F | XXA | 5V | 42.5*12.5 |
| 霍爾電流傳感器 | AHKC-BS | 100A | 5V | 20.5*10.5 |
| 直流漏電流傳感器 | AHLC-LTA | 10mA-2A | 5V | 內(nèi)孔徑Φ20mm |
| 開(kāi)關(guān)電源 | D-20 | 220V | ±15V | 霍爾傳感器配套使用 |
| SBD-30 | ±48V | ±15V | ||
圖片 | KDYA-DG75-24 | AC220V | DC24V | 觸摸屏配套使用 |
6安科瑞母線槽監(jiān)測(cè)產(chǎn)品介紹
6.1概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測(cè)模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。
6.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測(cè)：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測(cè)：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；
6.3產(chǎn)品介紹
型號(hào) 功能 | AMB100-A | AMB100-A/W | AMB110-A | AMB110-A/W | AMB100-D | AMB100-D/W | AMB110-D | AMB110-D/W | ||||
測(cè)量系統(tǒng) | 交流 | ■ | ■ | ■ | ■ |
|
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|
| |||
直流 |
|
|
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| ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
| 電參量 | 電壓 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
有功功率 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
無(wú)功功率 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
功率因數(shù) | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
有功電能 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
無(wú)功電能 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
電參量 | 零地電壓、零序電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | |||
漏電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
| 電力質(zhì)量分析 | 電壓、電流總諧波 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||
電流、電壓2~63次分次諧波 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
| 機(jī)柜溫度、濕度 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | |||
| 電纜溫度 | ■（8路） | ■（8路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | |||
開(kāi)關(guān)量輸入 | 無(wú)源 | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | |||
有源 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | ||||
繼電器輸出 | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ||||
| Modbus-RTU | 1路 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
說(shuō)明：■為標(biāo)配功能。