電力行業數據中心機櫃端智能母線槽配電方案

摘要：本文從(cong) 數據中心末端供配電係統的安全性、可行性角度出發，分析當前電力數據中心機櫃端供配電係統的設計方案，以及每種設計方案的優(you) 缺點。重點分析和研究智能母線槽配電方案，對其可靠性、靈活性以及經濟性角度進行深入探討，為(wei) 關(guan) 鍵電力負載提供可靠性的用電保障。

       關(guan) 鍵詞：數據中心；列頭櫃配電；智能母線槽；模塊化列頭櫃；可靠性

   0前言

      電力數據中心是電力企業(ye) 通信、調度、信息、營銷、經營、綜合管理及分析決(jue) 策等服務的公共信息平台，是各業(ye) 務應用係統的數據交換和共享平台，是電力企業(ye) 跨業(ye) 務、跨流程高級應用的重要支持平台¨1。電力數據中心既包含信息係統應用服務，還包括綜合數據通信鏈路、綜合環境控製基礎設施，其中配電係統是支撐電力數據中心正常運行*為(wei) 關(guan) 鍵的設施之一。低可靠性供電是造成數據中心服務中斷*主要原因。如何優(you) 化提高配電係統的可用性和安全性，增加設備更換擴容的靈活性，提高運維便利性，確保供電係統的不間斷運行，是電力數據中心管理者所麵臨(lin) 的重大課題之一。本文將從(cong) 電力數據中心的末端供電可靠性出發，以南方電網某信息業(ye) 務數據中心(以下簡稱“本數據中心")實施案例為(wei) 研究對象，對幾種主要的數據中心機櫃供電方案進行對比研究，分6R析其優(you) 缺點，以及應用場景，提出為(wei) 電力數據中心的關(guan) 鍵負載提供可靠性用電保障的參考方案。

1數據中心末端配電範圍界定

      本數據中心按現行國家標準《數據中心設計規範》(GB50174．2017)【41和《電力調度通信中心工程設計規範》(GB／T50980—2014)的要求建設，采用A、B雙路係統進行供電。數據中心末端配電的範圍指從(cong) UPS輸出配電櫃輸出端引出至機櫃PDU插座端，供電對象為(wei) 機櫃承載的IT設備和服務器，相關(guan) 配電係統拓撲圖如圖1所示。

圖1 數據中心配電係統拓撲圖

2機櫃端列頭櫃配電方案

2．1傳(chuan) 統列頭櫃供電方式

       傳(chuan) 統數據中心機櫃端配電采用配電列頭櫃加電纜的配電方式，同時每個(ge) 機櫃配置兩(liang) 條PDU插座，通過電纜從(cong) 列頭櫃取電。列頭櫃與(yu) 機櫃之間的供電一般有兩(liang) 種模式。

2．1．1模式一

       每個(ge) 列頭櫃同時配置A和B兩(liang) 路主輸人開關(guan) 及對應饋線開關(guan) ，每個(ge) 機櫃從(cong) 1個(ge) 列頭櫃取電。如圖2所示。

圖2單列頭櫃供電模式

2．1．2模式二

       每個(ge) 列頭櫃配置A或B兩(liang) 路主輸入開關(guan) 及對應饋線開關(guan) ，每個(ge) 機櫃從(cong) 2個(ge) 列頭櫃取電。如圖3所示。

圖3雙列頭櫃供電模式

2．1．3模式一和模式二比較

       1)可靠性和可用性比較：供配電係統的結構及配置直接決(jue) 定了數據中心的可用性和可靠性。如果一個(ge) 係統是由各子係統組成的，則任何一個(ge) 子係統的故障將直接影響係統的正常運行。

模式一采用1個(ge) 列頭櫃向末端設備提供A、B路電源，模式二分布在兩(liang) 個(ge) 列頭櫃向末端設備提供A路或B路電源。按照國家標準機房供配電係統結構時，正常運行情況下，模式一和模式二均滿足容錯要求，即當A、B路任何一路出現故障時均不影響末端設備運行。從(cong) 運維管理角度考慮，模式一中的一路出現故障時，因A、B兩(liang) 路供電均在一個(ge) 列頭櫃內(nei) ，因此需停電維護，增加了運維的難度和可操作性。當列頭櫃內(nei) 配置較低時，存在任何一路故障時有可能對另外一路造成故障的風險。因此，從(cong) 可靠性和可用性比較，模式二相對較高。

        2)成本比較：模式一和模式二兩(liang) 種列頭櫃同等配置情況下，列頭櫃進線電纜長度相同，列頭櫃與(yu) 機櫃之間電纜(以WDZB．YJV3×6mm：配置為(wei) 例)，每麵機櫃模式二比模式一多3米，相差不大。因此，對於(yu) 列頭櫃兩(liang) 種供電模式比較，每個(ge) 機櫃從(cong) 兩(liang) 個(ge) 列頭櫃取電可用性比從(cong) 同一個(ge) 列頭櫃取電可用性高，而成本差異不大。

2．2傳(chuan) 統列頭櫃配置

       比較列頭櫃作為(wei) 數據中心機房末端配電管理的核心設備，需滿足配電、監控、測量、保護、告警等作用。由於(yu) 信息化設備進一步集中，數據中心對供電可靠性和可管理性要要求越來越高，同時，隨著電力電子技術的發展和計算機技術的融合，列頭櫃高度智能化的技術也逐步成熟，從(cong) 第一代簡單智能列頭櫃逐步演進到高度智能第四代的技術。

       列頭櫃的發展大致分為(wei) 四代，如下：

       第一代：普通開關(guan) 水平安裝，配置機械表和指示燈，隻有配電功能，無任何檢測及通訊功能。

       第二代：多數采用開關(guan) 豎直安裝，在進線端加人數字電表或觸摸屏和通訊接口，隻監控主路，未監控分路。

       第三代：在第二代基礎上增加分路監控，實現電源監控和能源管理。

       第四代：在第三代基礎上提高了智能化技術，集中開關(guan) 模塊化、二次元件模塊化、調相、監控與(yu) 一體(ti) 。

       其中，第一代和第二代為(wei) 傳(chuan) 統配電櫃，第三代為(wei) 目前數據中心常用精密配電櫃，第四代為(wei) 模塊化精密配電櫃口，從(cong) 櫃體(ti) 集成、監控、

3機櫃配電端智能母線槽方案

3．1智能母線槽概算

       機櫃端配電采用智能化母線槽作為(wei) 機櫃端配電成熟技術之一，為(wei) 國內(nei) 外大型數據中心所應用。目前國內(nei) 大型數據中心已有多個(ge) 應用案例，本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

3．2智能母線槽要求

3．2．1整體(ti) 方案

       本數據中心實施的機櫃母線槽供電方案滿足機房要求，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

       主機房區各自從(cong) UPS室I和UPS室2中UPS係統輸出A、B路主幹母線槽(本案采用IP54．1250A密集母線)接人至機房每列機櫃前段通道，每列機櫃端母線槽始端箱通過電纜與(yu) 主幹母線槽上的插接箱進行連接。

3．2．2設計要點

3．2．2．1

        主要構成機櫃端智能母線槽包含“進線箱、直線段、插接箱"，如圖6所示。

圖6智能母線槽構成圖

       1)進線箱：用作整條母線供電，通過電纜從(cong) UPS主幹母線插接箱斷路器連接取電，並在箱體(ti) 內(nei) 配置測量單元和通訊單元，監測電流、電壓、功率因數等數據。

       2)直線段：用於(yu) 承載電流、通過插接口和插接箱為(wei) 機櫃供電。根據插接箱安裝方式分兩(liang) 種類型，為(wei) 軌道滑觸式母線槽和固定式母線槽，兩(liang) 者*大區別在於(yu) 軌道式母線槽內(nei) 置滑觸導軌，其插接箱可以直接在母線上滑動，以靈活適應機櫃的位置擺放需求。而固定式母線槽直身段標準化設計密集插接口，間距一般為(wei) 0．6米和1．2米，基本能滿足高密度多變化的機櫃擺放需求。軌道滑觸式母線槽更適合當前數據中心設備機櫃布置和變化調整需求。

       3)插接箱：插接箱用於(yu) 從(cong) 母線直身段取電，支持熱插拔和調相，內(nei) 部配置測量單元、通訊單元、防雷單元及工業(ye) 連接器單元等，可監測機櫃端電流、電壓、功率因數等數據。

3．2．2．2安裝方式

       母線槽安裝方便快捷，可采用機櫃上方安裝和地板下安裝兩(liang) 種方式。機櫃上方安裝一般需要預留1米左右垂直空間，需考慮強弱電橋架、風管、照明等因素；地板下安裝一般需要預留0．6米左右垂直空間，需考慮地板下送風氣流組織因素。如圖7所示。本案數據中心機房梁底4米，考慮機櫃上方綜合管線和下送風等因素，機櫃端母線槽采用機櫃上安裝方式並A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

3．2．3監控管理

         機櫃端智能母線槽通過在進線箱、插接箱配置電能儀(yi) 表、開關(guan) 狀態監控單元、通訊接口單元等元件實時監測電流，電壓，功率和電量，實時顯示每個(ge) 機櫃PDU的運行狀態，實現對機櫃的精密監控和能效管理。可實現故障報警，實時監控電能質量，包括負載係數，諧波含量等，所有監測參數將*終匯集到母線係統的監控總單元模塊，通過開放通訊協議接口可與(yu) 機房綜合監控係統進行對接，可實時查看數據中心機房運營狀況，任何監測點出現故障，均可在係統顯示界麵找到其對應編號，以便維護人員迅速作出響應，大大減少檢修工作量。如圖8所示。

圖8智能母線槽監控圖

4智能母線槽配電方案優(you) 勢

4．1可靠性對比

       1)智能化插接母線相對傳(chuan) 統的“列頭櫃+電纜"，既避免電纜所帶來的諸如電纜接頭容易氧化、鬆動和接觸不良等施工工藝問題，將傳(chuan) 統現場機電工程安裝*大程度轉化為(wei) 工廠預製產(chan) 品拚接，提升整體(ti) 係統成品質量可靠性。

2)相對傳(chuan) 統列頭櫃集中配電管理，當任意一個(ge) 機櫃端供電故障時，采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響範圍。

4．2靈活性對比

       1)智能化插接母線不需要敷設橋架和電纜，供電架構清晰明朗，提高機房整潔度。

        2)智能化插接母線可根據機櫃數量、位置、功率密度的變化靈活地調整母線的長度、走向、機櫃端開關(guan) 容量或相位。

        3)智能化插接母線在進行巡檢或故障維護時，可降低係統維護影響範圍和檢修工作量。

4)係統支持部件級在線熱插拔擴展，可實現根據業(ye) 務發展需求分期投資擴容。

4．3成本對

       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櫃，並且不占用任何地麵麵積，節省的地板空間可用於(yu) 擺放IT機櫃，可降低機櫃容積比，提升機房內(nei) 部地麵空間利用率。本信息中心機房采用智能化插接母線大約可降低大約6％的容積比，按機房麵積單位造價(jia) 可創造約800萬(wan) 元 空間價(jia) 值。

       2)采用智能化插接母線可降低運行維護成本，規避了傳(chuan) 統方式所帶來的後期運維工作量大、運維周期不可控以及人為(wei) 幹預帶來的安全性降低等問題。

      3)比可隨時根據客戶需要調整配置，減少技改投資。

5智能小母線監控解決(jue) 方案

       數據中心IT服務器配電傳(chuan) 統采用精密配電櫃，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為(wei) 了節省麵積，智能小母線方案由於(yu) 不占用機房麵積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。 

       安科瑞智能母線監控產(chan) 品分為(wei) 交流和直流母線監控兩(liang) 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於(yu) 監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現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據上傳(chuan) 通訊。

5.1 智能母線監測

6結束語

       可靠性、可維護性、經濟性、可擴展性和節能環保是電力數據建設和運維的幾大關(guan) 鍵要素，供配電係統更是數據中心基礎設施中的關(guan) 鍵環節。隨著電網IT信息係統快速發展，數據中心末端配電應采用具備更高可用性、更高安全性和靈活性的配電結構進行支撐。本文通過對不同種機櫃端配電方式的對比分析，以及結合實際案例應用分析智能母線槽設計要求、安裝方式、對比優(you) 勢，智能母線槽是電力數據中心末端配電的優(you) 選方案之一。

安科瑞侯文莉