安科瑞 陳聰

【摘要】數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)與小母線(xiàn)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行比對(duì)，從系統(tǒng)組成以及擴(kuò)展性、節(jié)能性等各方面分析，并結(jié)合實(shí)際案例，論證了小母線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】小母線(xiàn)；數(shù)據(jù)中心；供配電；母線(xiàn)槽

0、引言

當(dāng)前云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，我國(guó)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的安全性和可用性。

伴隨IT技術(shù)的發(fā)展，機(jī)房租賃等商業(yè)模式的興起，機(jī)房建設(shè)初期對(duì)機(jī)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(jì)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(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。使用靈活的小母線(xiàn)來(lái)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(jī)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(guò)變壓器、低壓配電柜后輸入2路雙回路市電進(jìn)入機(jī)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(guò)UPS輸出柜連接至各列機(jī)柜配電列頭柜，列頭柜再敷設(shè)電纜至機(jī)柜內(nèi)PDU。傳統(tǒng)配電方式技術(shù)成熟可靠，單點(diǎn)故障率低。但配電列頭柜占用機(jī)柜空間、電纜傳輸損耗大、施工復(fù)雜、可擴(kuò)展性和靈活性不大。

2、智能小母線(xiàn)配電方案

智能小母線(xiàn)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(xiàn)干線(xiàn)、干線(xiàn)連接模塊、分接配電模塊、干線(xiàn)防護(hù)模塊、干線(xiàn)端封等組成，它具備模塊外側(cè)接線(xiàn)、線(xiàn)路保護(hù)或控制通斷，浪涌保護(hù)、干線(xiàn)電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，承載電能的主體，實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)裙δ?。如圖2和圖3所示。

(1)始端模塊：負(fù)責(zé)UPS配電柜與小母線(xiàn)的連接，包含電纜進(jìn)線(xiàn)模塊、塑殼斷路器和600mm母線(xiàn)直線(xiàn)段，電纜在始端模塊中通過(guò)塑殼斷路器后接入對(duì)應(yīng)的母線(xiàn)端子排上。通過(guò)實(shí)現(xiàn)模塊外側(cè)接線(xiàn)、線(xiàn)路保護(hù)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(hù)、干線(xiàn)電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

(3)末端母線(xiàn)干線(xiàn)：承載電能的主體，實(shí)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(xiàn)連接：包括可實(shí)現(xiàn)干線(xiàn)擴(kuò)展的連接件和用于改變母線(xiàn)走向的各種彎頭等。

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

(6)干線(xiàn)保護(hù)模塊：防護(hù)蓋板可以提高干線(xiàn)的防護(hù)等級(jí)并有效地防止人員接觸帶電導(dǎo)體。

(7)干線(xiàn)端封：保護(hù)干線(xiàn)末端的封蓋，提高防護(hù)等級(jí)。

(8)配電方式為：從前端UPS配電柜引出電纜連接至母線(xiàn)槽最前端的始端模塊，通過(guò)母線(xiàn)槽進(jìn)行電力傳輸，再根據(jù)每個(gè)機(jī)柜的功率密度選擇相應(yīng)規(guī)格的分接配電模塊，與機(jī)柜內(nèi)PDU連接后即完成對(duì)一個(gè)機(jī)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(xiàn)配電方式的對(duì)比如表1所示。

4、某數(shù)據(jù)中心配電方案介紹

本項(xiàng)目為某數(shù)據(jù)第4.3.8條相關(guān)要求。

機(jī)房共規(guī)劃8列設(shè)備，組成4個(gè)封閉冷通道，不設(shè)置配電列頭柜，在每列機(jī)柜后門(mén)上方水平布置雙列母線(xiàn)，每條小母線(xiàn)分別來(lái)自不同UPS輸出回路，用于該列機(jī)柜AB路供電，本次設(shè)計(jì)采用單列母線(xiàn)長(zhǎng)度為2.4m、1.8m、1.2m三種規(guī)格的單條母線(xiàn)槽和長(zhǎng)度為815mm的始端模塊(進(jìn)線(xiàn)箱215mm+母線(xiàn)槽600mm)拼接而成，設(shè)計(jì)母線(xiàn)長(zhǎng)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(xiàn)槽的長(zhǎng)度不超過(guò)該列機(jī)柜總長(zhǎng)度的最大長(zhǎng)度，本機(jī)房每列機(jī)柜為12m,母線(xiàn)槽的長(zhǎng)度=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列機(jī)柜16臺(tái)，按每臺(tái)功率4kW計(jì)算，單列機(jī)柜總功率為64kW,選擇160A母線(xiàn)槽與160A始端模塊。本次機(jī)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(tái)機(jī)柜計(jì)算為6個(gè)(每3口配電模塊為1個(gè))。

通過(guò)智能小母線(xiàn)方案配電設(shè)計(jì)，每列省去1個(gè)配電列頭柜空間，更多地為IT設(shè)備的擴(kuò)展預(yù)留條件。配電通過(guò)插接箱實(shí)現(xiàn)，支持在線(xiàn)熱插拔，用電需求可以隨時(shí)隨需增減，而不涉及大的工程改動(dòng)，在不影響其他正在運(yùn)行的機(jī)柜設(shè)備的前提下，可在同一條母線(xiàn)槽上實(shí)現(xiàn)單相、三相轉(zhuǎn)換。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)。

圖4 智能小母線(xiàn)供電方案平面圖

5、結(jié)束語(yǔ)

近些年，智能小母線(xiàn)配電方案還沒(méi)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(guó)家“十四五”規(guī)劃中碳達(dá)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(lái)，智能小母線(xiàn)配電方式會(huì)得到大規(guī)模的應(yīng)用，也會(huì)隨著設(shè)計(jì)的不斷完善成為一種主流。

6、安科瑞智能小母線(xiàn)解決方案

  安科瑞智能母線(xiàn)監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監(jiān)控兩類(lèi)，包括始端箱監(jiān)測(cè)模塊、插接箱監(jiān)測(cè)模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線(xiàn)槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線(xiàn)槽的運(yùn)行溫度，確保母線(xiàn)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(hù)登錄進(jìn)入主菜單頁(yè)面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報(bào)警查詢(xún)、參數(shù)設(shè)置和幫助四個(gè)板塊，點(diǎn)擊任意板塊可進(jìn)入對(duì)應(yīng)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。

6.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

在主頁(yè)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進(jìn)入系統(tǒng)圖界面，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示每一路的三相總電壓及各個(gè)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(duì)應(yīng)的儀表地址，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)智能小母線(xiàn)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(guò)點(diǎn)擊“箭頭”可以左右切換各個(gè)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(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，調(diào)整數(shù)據(jù)中心機(jī)房的用電負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際用電情況調(diào)整變壓器容量，或者通過(guò)人為干預(yù)，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(xún)

電能情況可以查詢(xún)上12月份的每個(gè)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(shí)間查詢(xún)電能值。通過(guò)時(shí)間對(duì)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(yǔ)

本文介紹了數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院.GB 50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2017.

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

[3]謝昆.淺析機(jī)架母線(xiàn)配電技術(shù)在數(shù)據(jù)中心機(jī)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(xiàn)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(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版。