一、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與難點

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)在低碳建設(shè)方面面臨著諸多挑戰(zhàn)。新能源的間歇性特征使其可控性差，易造成電網(wǎng)不穩(wěn)定，如何確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定以及實現(xiàn)新能源就地消納成為關(guān)鍵問題。例如，據(jù)相關(guān)研究顯示，在全部配電線路故障中，雷電擊中線路設(shè)備引起的故障占 1/3，而新能源的接入可能會增加這種故障發(fā)生的概率。

人員方面，隨著行業(yè)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心需要大量運維人員，但人力市場供給不足，人員技能水平參差不齊。目前的人工巡檢方式存在人力成本高、運維效率低、質(zhì)量不高等問題。運維人員培訓(xùn)方式較為單一，得不到系統(tǒng)性的實戰(zhàn)操作演練。

設(shè)備運維管理也存在難點。數(shù)據(jù)中心投運后很少大規(guī)模停電，無法按照電力預(yù)防性試驗規(guī)定的間隔周期進(jìn)行預(yù)防性維護。對于復(fù)雜問題和隱患，僅憑運維人員肉眼或簡單檢測工具很難直接判斷。例如，在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中，一些稍微復(fù)雜的問題可能需要專業(yè)的檢測設(shè)備和技術(shù)人員才能發(fā)現(xiàn)和解決。

二、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心一般是對外開放的商業(yè)性計算資源，規(guī)劃時應(yīng)保證其高可靠性和高安全性。對于 A 級數(shù)據(jù)中心，必須做到 7×24 有人值守，不允許發(fā)生單點故障，要求很高的容錯能力。為了減少成本、提高收益，機房規(guī)劃應(yīng)考慮經(jīng)濟性和可維護性原則，盡量減少初始投資和后期運維費用。大型數(shù)據(jù)機房由于工程浩大，因此需要滿足一定的靈活性和可擴展性，為數(shù)據(jù)中心的分期建設(shè)和分期投運提供保障。大型數(shù)據(jù)中心不允許出現(xiàn)設(shè)備斷電事故，因此應(yīng)急電源配置要合理，通常采用雙路市電 + UPS + 柴油發(fā)電機的多層次應(yīng)急供電方案。例如，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，在我國目前的數(shù)據(jù)中心建設(shè)情況中，供電等級以 35kV/10kV/6kV/3kV 幾種類型為主，其中 10kV 的應(yīng)用較為廣泛。高壓配電系統(tǒng)必須具備高可靠性，采用雙路電源并聯(lián)進(jìn)線，同時接入 UPS 和柴油發(fā)電機等多種應(yīng)急供電系統(tǒng)。變壓器必須采用容錯配置，采用雙路市電進(jìn)線，必要時采用雙備份設(shè)計。

三、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)監(jiān)控方案

（一）列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹

列頭柜是數(shù)據(jù)中心機房中為成行排列或按功能區(qū)劃分的機柜提供網(wǎng)絡(luò)布線傳輸服務(wù)或配電管理的設(shè)備，一般位于一列機柜的端頭。通常在最前端的叫列頭柜，最末端的叫列尾柜，主要功能是對這一列機柜的交流或者直流負(fù)載提供電源，起到配電，監(jiān)控，測量、保護、告警等功能。列頭柜類似于柜式的配電箱，里邊集中了很多斷路器。機房配電回路一般是雙路市電接入，首先進(jìn)市電配電箱，一部分給 UPS，一部分給空調(diào)和照明、普通插座，UPS 下端再進(jìn) UPS 配電柜，分配到各個列頭柜，經(jīng)列頭柜后接入各機柜 PDU 再到負(fù)載。

（二）小母線配電系統(tǒng)及監(jiān)控案例

智能小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。相對于傳統(tǒng)的列頭柜配電模式，智能小母線系統(tǒng)具有高度的靈活性、投入快施工周期短、安全性高使用壽命長、增加機房的利用率和收益等優(yōu)勢。

       小母線部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有的預(yù)期機柜上方，即可完成部署，可以依據(jù)用戶的進(jìn)駐實現(xiàn)即需即安裝的安裝安排。部署母線系統(tǒng)只需 10 - 15 天就可以完成一個機房的交付，相比列頭柜加線纜模式可以節(jié)省 1/2 - 2/3 的時間。小母線主要結(jié)構(gòu)為 “鋁合金外殼 + B 級及以上絕緣護套 + 銅母排”，使得整個輸電干線的電氣穩(wěn)定性更強，整條母線系統(tǒng)的散熱性良好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線使用壽命在 30 年左右，而電纜使用壽命一般在 10 - 15 年。采用母線方式后原列頭柜的位置可增加配置 1 個 IT 機柜。可增加 5% - 10% 左右的 IT 機柜數(shù)量。按一個機房 1000 個機柜為例，如需要 50 個列頭柜，采用母線后機房 IT 機柜可達(dá) 1050 個，每個機柜租賃利潤 2 萬 / 年計算，可增加年利潤 100 萬。

四、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)解決方案

4.1 方案組成

安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心發(fā)展形式，推出數(shù)據(jù)中心AcrelEMS-IDC綜合能效解決方案，集成了變配電監(jiān)測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明控制、電能質(zhì)量監(jiān)測及治理、蓄電池在線監(jiān)測、列頭柜監(jiān)控、智能母線監(jiān)控以及消防監(jiān)控等多種子系統(tǒng)功能，能夠幫助用戶實時掌握數(shù)據(jù)中心的運行情況，保障數(shù)據(jù)中心安全可靠的運行，輔助運維團隊提升數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低。

4.2 功能介紹

1）系統(tǒng)主頁

展示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心總能耗，動力能耗，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計算出當(dāng)前數(shù)據(jù)中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。

2）變電站綜自

對數(shù)據(jù)中心變電站實時監(jiān)控，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當(dāng)前遙測、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

在變配電過程中的各場景，安科瑞可以提供各類硬件產(chǎn)品。如AM系列微機保護裝置、APView電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、APF&SVG電能質(zhì)量治理裝置、ANDPF精密配電列頭柜、ARCM電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、ASL系列智能照明控制等產(chǎn)品。

3）電力監(jiān)控

電力監(jiān)控云平臺針對供配電系統(tǒng)的特點，對35KV及以下供配電實施一體化的實時監(jiān)控，對電網(wǎng)的安全運行提供現(xiàn)代化手段，可實現(xiàn)無人值守。

4）電能質(zhì)量監(jiān)測

電能質(zhì)量在線監(jiān)測，可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線等。

5）分布式光伏

對逆變器運行和電站進(jìn)行監(jiān)測，對電站發(fā)電進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

6）UPS監(jiān)測

系統(tǒng)采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)頻率，同時監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負(fù)載下的剩余時間等數(shù)據(jù)。

7）蓄電池監(jiān)測

展示單體電池電壓、內(nèi)阻和溫度，預(yù)測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數(shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報警，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。

8）列頭柜監(jiān)測

系統(tǒng)可以展示精密配電柜內(nèi)進(jìn)線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關(guān)狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行報警設(shè)置和分級，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。

9）母線槽監(jiān)測

系統(tǒng)可以展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù)，包括電流電壓、開關(guān)狀態(tài)、插接點溫度，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行報警設(shè)置和分級。

10）能源分布

通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布，設(shè)備分布情況，并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，點擊平面圖上設(shè)備可以進(jìn)入具體設(shè)備監(jiān)控界面。

11）能耗分析

顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進(jìn)行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進(jìn)行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。

12）環(huán)境監(jiān)測

監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、開關(guān)門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數(shù)據(jù)查詢。

13）空調(diào)監(jiān)測

系統(tǒng)可監(jiān)測精密空調(diào)的回風(fēng)溫濕度，出回水溫度，并可以設(shè)定精密空調(diào)的溫濕度，達(dá)到更好的控制效果。

14） 智能照明

用戶可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能化控制。

15）電氣安全

電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故。

16）消防監(jiān)控

智慧消防管理云平臺是在智慧安全用的基礎(chǔ)上，增加了火報系統(tǒng)，智慧煙感和智慧消防用水等設(shè)備和系統(tǒng)。實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防、火情報警和聯(lián)動控制等功能。

17）故障報警

報警事件分為四級，通過列表顯示各類報警事件數(shù)量，通過柱狀圖顯示逐日報警數(shù)量，提供報警總數(shù)以及增長趨勢。

4.3典型硬件

下圖為安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)的系統(tǒng)拓?fù)鋱D，按照能源的流向、電壓等級的變化，數(shù)據(jù)中心的供配電從市電引入后，需要經(jīng)過用戶變電站、中高壓配電室、柴發(fā)室、低壓配電室、電池室等場景、最后能源流向數(shù)據(jù)機房給IT設(shè)備進(jìn)行供電。

整個供配電場景中可以用到安科瑞的相關(guān)產(chǎn)品如下：

五、結(jié)語

數(shù)據(jù)中心建設(shè)正朝著規(guī)?；⒖茖W(xué)化、集中化、綠色化方向發(fā)展，在此背景下安科瑞希望能夠如何通過AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統(tǒng)幫助數(shù)據(jù)中心建設(shè)者管理者保障數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定、安全、持續(xù)運行。

作者介紹：

安躍強，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網(wǎng)供配電。