安科瑞 陳聰

【摘要】數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)與小母線配電系統(tǒng)的特點和優(yōu)劣勢進行比對，從系統(tǒng)組成以及擴展性、節(jié)能性等各方面分析，并結(jié)合實際案例，論證了小母線系統(tǒng)技術(shù)的可行性和經(jīng)濟實用性。

【關(guān)鍵詞】小母線；數(shù)據(jù)中心；供配電；母線槽

0、引言

當前云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，我國數(shù)據(jù)中心運營的安全性和可用性。

伴隨IT技術(shù)的發(fā)展，機房租賃等商業(yè)模式的興起，機房建設(shè)初期對機柜密度不確定大為增加，數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)在經(jīng)濟型、持續(xù)性、靈活性、可靠性上提出新的要求和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的列頭柜加電纜的末端配電方式因其局限性而難以適應(yīng)當今技術(shù)的發(fā)展。使用靈活的小母線來替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電發(fā)展的一種新方式。

1、傳統(tǒng)配電方案

如圖1所示，機房傳統(tǒng)配電方式一般采用兩回10kV市電接入至大樓配電房，經(jīng)過變壓器、低壓配電柜后輸入2路雙回路市電進入機房雙電源切換箱，雙電源切換箱再引出電纜至UPS電源設(shè)備，再經(jīng)過UPS輸出柜連接至各列機柜配電列頭柜，列頭柜再敷設(shè)電纜至機柜內(nèi)PDU。傳統(tǒng)配電方式技術(shù)成熟可靠，單點故障率低。但配電列頭柜占用機柜空間、電纜傳輸損耗大、施工復雜、可擴展性和靈活性不大。

2、智能小母線配電方案

智能小母線配電系統(tǒng)是一種取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心末端配電解決方案，它由始端模塊、功能模塊、末端母線干線、干線連接模塊、分接配電模塊、干線防護模塊、干線端封等組成，它具備模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷，浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測，承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸?shù)裙δ?。如圖2和圖3所示。

(1)始端模塊：負責UPS配電柜與小母線的連接，包含電纜進線模塊、塑殼斷路器和600mm母線直線段，電纜在始端模塊中通過塑殼斷路器后接入對應(yīng)的母線端子排上。通過實現(xiàn)模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷功能，其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(2)功能模塊：集成了浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測等功能。

(3)末端母線干線：承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸，內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)為4根銅排(L1、L2、L3、

N)或5根銅排(L1、L2、L3、N、PE),其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

(4)干線連接：包括可實現(xiàn)干線擴展的連接件和用于改變母線走向的各種彎頭等。

(5)分接配電模塊：雙觸點取電，采用微型斷路器作為保護元件，是插于母線槽主體上的小型配電模塊，用于為每一個用電設(shè)備提供精準的電力，電流為6~100A。

(6)干線保護模塊：防護蓋板可以提高干線的防護等級并有效地防止人員接觸帶電導體。

(7)干線端封：保護干線末端的封蓋，提高防護等級。

(8)配電方式為：從前端UPS配電柜引出電纜連接至母線槽最前端的始端模塊，通過母線槽進行電力傳輸，再根據(jù)每個機柜的功率密度選擇相應(yīng)規(guī)格的分接配電模塊，與機柜內(nèi)PDU連接后即完成對一個機柜配電工作。

3、兩種配電方式的比較

列頭柜+電纜與智能小母線配電方式的對比如表1所示。

4、某數(shù)據(jù)中心配電方案介紹

本項目為某數(shù)據(jù)第4.3.8條相關(guān)要求。

機房共規(guī)劃8列設(shè)備，組成4個封閉冷通道，不設(shè)置配電列頭柜，在每列機柜后門上方水平布置雙列母線，每條小母線分別來自不同UPS輸出回路，用于該列機柜AB路供電，本次設(shè)計采用單列母線長度為2.4m、1.8m、1.2m三種規(guī)格的單條母線槽和長度為815mm的始端模塊(進線箱215mm+母線槽600mm)拼接而成，設(shè)計母線長度的原則優(yōu)先選擇多條2.4m拼接，余量選用1.8m或1.2m。

單列母線槽的長度不超過該列機柜總長度的最大長度，本機房每列機柜為12m,母線槽的長度=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列機柜16臺，按每臺功率4kW計算，單列機柜總功率為64kW,選擇160A母線槽與160A始端模塊。本次機柜設(shè)備考慮單相供電，選用單相插接箱，選擇32A插接箱，插接箱的數(shù)量根據(jù)16臺機柜計算為6個(每3口配電模塊為1個)。

通過智能小母線方案配電設(shè)計，每列省去1個配電列頭柜空間，更多地為IT設(shè)備的擴展預留條件。配電通過插接箱實現(xiàn)，支持在線熱插拔，用電需求可以隨時隨需增減，而不涉及大的工程改動，在不影響其他正在運行的機柜設(shè)備的前提下，可在同一條母線槽上實現(xiàn)單相、三相轉(zhuǎn)換。正因為這些優(yōu)點，隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)。

圖4 智能小母線供電方案平面圖

5、結(jié)束語

近些年，智能小母線配電方案還沒得到大規(guī)模的普及和應(yīng)用，但是隨著目前IDC大型數(shù)據(jù)國家“十四五”規(guī)劃中碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略定位也是一致的。筆者相信在不久的將來，智能小母線配電方式會得到大規(guī)模的應(yīng)用，也會隨著設(shè)計的不斷完善成為一種主流。

6、安科瑞智能小母線解決方案

  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。

6.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2、系統(tǒng)功能

6.2.1主菜單

用戶登錄進入主菜單頁面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報警查詢、參數(shù)設(shè)置和幫助四個板塊，點擊任意板塊可進入對應(yīng)界面進行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。

6.2.2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，系統(tǒng)實時顯示每一路的三相總電壓及各個插接箱、始端箱的電壓情況。

6.2.3 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(shè)備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應(yīng)的儀表地址，即可實現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

6.2.4 諧波數(shù)據(jù)

系統(tǒng)通過智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)，采集諧波參數(shù)，分析各回路是否存在諧波，并分析諧波次數(shù)，通過點擊“箭頭”可以左右切換各個插接箱、始端箱的2-63次諧波數(shù)據(jù)；

6.2.5 需量閾值

顯示電壓、電流、功率的需量閾值及發(fā)生時間，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，調(diào)整數(shù)據(jù)中心機房的用電負荷，根據(jù)實際用電情況調(diào)整變壓器容量，或者通過人為干預，降低需量閾值，保障供電連續(xù)性和穩(wěn)定性。

7.2.6 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。通過時間對比，區(qū)域?qū)Ρ?，分析出合適的用電方案，節(jié)能降耗，降低PUE值。

7.3 配置方案

8、結(jié)語

本文介紹了數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

參考文獻：

[1]中國電子工程設(shè)計院.GB 50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[2]中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，2016.

[3]謝昆.淺析機架母線配電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心機房的應(yīng)用[J].信息通信，2019(10):79-81.

[4]何鑫.某數(shù)據(jù)中心小母線配電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].智能建筑.2023(03)

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版。