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      淺析數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線系統(tǒng)應用及產(chǎn)品監(jiān)控選型

      2023年09月14日 13:29:51人氣:302來源:安科瑞電氣股份有限公司

      陳怡錦
      安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
       
      摘要:針對目前數(shù)據(jù)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(tǒng)全新的末端供電方式,有效提升了數(shù)據(jù)中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性,為建設安全、經(jīng)濟、綠色、智能的數(shù)據(jù)中心提供支撐。
      關鍵詞:數(shù)據(jù)中心;末端供電;智能母線;供電方式
       
      0引言
             數(shù)據(jù)中心末端智能母線通過現(xiàn)代通信網(wǎng)絡監(jiān)控技術,實時監(jiān)控母線的溫升、電能運行參數(shù)等數(shù)據(jù),并對采集的實時數(shù)據(jù)進行分析處理和存儲,上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心,發(fā)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(shù)據(jù)中心末端智能母線供電系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的配電列頭柜加電力電纜有更大的優(yōu)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(jīng)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(shù)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障,導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監(jiān)控,故存在單點隱患,若期間服務器發(fā)生宕機,不能有效及時處理,產(chǎn)生嚴重后果。
       
      1末端供電智能母線系統(tǒng)架構及特點
             數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構圖如圖1所示。
      圖1數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線架構圖
       
             電力供應端口箱主要由金屬外殼和內部絕緣件組成。外殼可根據(jù)實際配電安裝需求開孔,為接入電纜或者母排提供空間母線槽:規(guī)格100-800A多個系列提供多種選擇。母線槽長度分為1m、2m和3m段,也可根據(jù)現(xiàn)場需求定制。智能母線槽插槽防護等級不小于IP2X,可有效防止手指或直徑大于12.5mm的固體異物進入殼內。母線外殼采用鋁鎂合金,壁厚不小于4mm,強度高,不易變形;導體采用高純度電解銅(≥99.97%),阻抗低,溫升?。唤^緣件采用改性PVC護套,耐溫120℃以上,安全系數(shù)高。
             母線優(yōu)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)監(jiān)測模塊。
       
      2配電列頭柜電力電纜與智能母線末端供電對比
             數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖如圖2所示
      圖2數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)平面圖
       
             數(shù)據(jù)中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統(tǒng),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(yōu)點是各負載之間獨立受電,若發(fā)生系統(tǒng)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(guī)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(tǒng)可擴展性差,不能滿足不同業(yè)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(tǒng)靈活性差。此外,傳統(tǒng)配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統(tǒng)中,配電列頭柜需要占用數(shù)據(jù)中心的空間資源。
      數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖
       
             數(shù)據(jù)中心智能母線供配電系統(tǒng)采用樹干式的供配電系統(tǒng),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(yōu)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(tǒng)擴展靈活,可滿足不同承租用戶的個性化業(yè)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(fā)生故障時,影響范圍大,但母線干線的故障概率很低。
      數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖如圖4所示。優(yōu)點:取消配電列頭柜,節(jié)約占地面積,爭取了更多的盈利性機柜;開關控制及數(shù)據(jù)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(fā)熱少,對制冷造成的負擔小,有效降低數(shù)據(jù)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(xiàn)分支數(shù)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(shù)據(jù)中心末端配電智能母線拓撲圖
       
       
      3某B級數(shù)據(jù)中心IT設備末端配電設計
             某B級數(shù)據(jù)中心配電架構系統(tǒng)圖如圖5所示。
      圖5某B級數(shù)據(jù)中心配電架構系統(tǒng)圖
       
             某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖、電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖分別如圖6、圖7所示。
      圖6某B級數(shù)據(jù)中心末端配電系統(tǒng)圖
       
      圖7某B級數(shù)據(jù)中心電氣監(jiān)控系統(tǒng)圖
       
            其中,每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮,機房內配電系統(tǒng)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(tǒng)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(jiān)控、防雷模塊,插接箱有開關及遠程監(jiān)控電流、功率等參數(shù)監(jiān)控功能,相應的監(jiān)控參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)中心ECC監(jiān)控中心。
             數(shù)據(jù)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(yè)務需求,施工安裝方便靈活,部署簡單快捷。為有效節(jié)約數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)中心,每個機柜租賃費8萬元/年計算,可增加經(jīng)濟效益160萬元,因此可有效提高數(shù)據(jù)中心的空間利用率和經(jīng)濟性;采用智能母線系統(tǒng),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(shù)據(jù)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安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
      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,有關數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設計已經(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)結構
      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↑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)額定電流設置、各相電流值;負載百分比;最↑需量。
       
      4)開關狀態(tài)
             左側一列為主路開關狀態(tài),主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關狀態(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。主路右側的皆為支路開關狀態(tài);默認為有源檢測點,合閘為紅色,分閘為綠色。
       
       
      5)報警查詢
             當前報警界面可查看實時報警和歷史報警;開關量動作告警;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安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案
      5.1概述
             數(shù)據(jù)中心IT服務器配電傳統(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)結構
       
      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(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↑需量
             顯示電壓、電流、功率的最↑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
       
      6結語
             本文介紹了數(shù)據(jù)中心末端配電智能母線系統(tǒng)與配電列頭柜形式供配電系統(tǒng)的技術性能,通過案例更進一步明確了末端智能母線系統(tǒng)的優(yōu)點,并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線系統(tǒng)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(tǒng)將更加適合新基建數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。
       
       
      參考文獻
      【1】邵帥飛、鄭曉茜.《數(shù)據(jù)中心末端供電智能母線系統(tǒng)設計應用》
      【2】數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范:GB 50174—2017[S]
      【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本
      【4】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版
       
      作者簡介
      陳怡錦,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)中心相關產(chǎn)品的研發(fā)及應用。


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