浅谈电力数据中心机柜端配电设计方案及监控产品选型

从数据中心末端供配电系统的安全性和可行性的角度，分析了当前电力数据中心机柜端供配电系统的设计方案，以及各设计方案的优缺点。分析研究智能母线槽配电方案，从可靠性、灵活性和经济角度进行深入讨论，为关键电力负荷提供可靠的电力。关键词：数据中心、头柜配电、智能母线槽、模块化头柜、可靠性0前言电力数据中心是电力企业通信、调度、信息、营销、运营、综合管理、分析决策等服务的公共 公共信息平台，是各业务应用系统的数据交换共享平台，是电力企业跨业务、跨过程应用的重要支持平台。电力数据中心不仅包括信息系统应用服务，还包括综合数据通信链路和综合环境控制基础设施，其中提高配电系统的可用性和扩展性，是提高电力企业跨业、跨过程应用的关键。确保供电系统的不间断运行，是电力数据中心管理者所面临的重大课题之一。本文将从电力数据中心的末端供电可靠性出发，以南方电网某信息业务数据中心(以下简称“本数据中心”)实施案例为研究对象，对几种主要的数据中心机柜供电方案进行对比研究，分析其优缺点，以及应用场景，提出为电力数据中心的关键负载提供可靠性用电**的参考方案。1 数据中心末端配电范围界定 本数据中心按现行国家标准《数据中心设 计规范》(GB 501 74．2017年及《电力调度通信中心工程设计规范》(GB／T 建设需要50980-2014)A、B双路系统供电。 数据中心末端配电范围是指UPS输出配送 电柜输出端引出机柜PDU插座端，供电对象由机柜承载IT相关配电系统 拓扑图如图1所示

图1 数据中心配电系统拓扑图2机柜端头柜配电方案2.1 传统数据中心机柜端配电采用配电机柜配电方式，每个机柜配置两个PDU插座，通过电缆从头柜取电。头柜和机柜之间的电源通常有两种模式.1.1模式1每个列头柜配置A和B每个主输人开关及相应的馈线开关，每个机柜从一个头柜取电。如图2所示。

图2单列头柜供电模式2.1.2模式2每个列头柜配置A或B两个主输入开关和相应的馈线开关，每个机柜从两个头柜取电。如图3所示。

图3双列头柜供电模式2.1.1)可靠性和可用性比较：供配电系统的结构和配置直接决定了数据中心的可用性和可靠性。如果一个系统由各个子系统组成，任何子系统的故障都将直接影响系统的正常运行。模式1使用一列头柜为终端设备提供A、B路电源，模式二分布在两个头柜中，为终端设备提供A路或B电路。按国家标准。A机房供配电系统结构正常运行时，模式一和模式二满足容错要求，即A、B任何道路故障都不会影响终端设备的运行。从运行维护管理的角度来看，模式1中的故障是由于A、B两个电源都在一个头柜内，因此需要停电维护，增加了操作和维护的难度和可操作性。当头柜配置较低时，任何故障都可能导致另一个故障的风险。因此，从可靠性和可用性的比较来看，模式2相对较高。2）成本比较：当模式1和模式2相同配置时，头柜进线电缆长度相同，头柜与机柜之间的电缆（以便WDZB.YJV3×6 mm：以配置为例)，每个柜模式的2比模式过3米，差别不大。因此，对于两种电源模式，每个柜从两个柜到同一柜的电源可用性**同一柜，成本差异不大。.2传统的头柜配置比较头柜作为数据中心机房末端配电管理的设备，需要满足配电、监控、测量、保护、报警等功能。随着信息设备的进一步集中，数据中心对供电可靠性和管理的要求越来越高。同时，随着电力电子技术的发展和计算机技术的整合，头柜的高智能技术逐渐成熟，从一代简单的智能头柜逐渐演变为*四代高智能技术。头柜的发展大致分为四代，如下：一代：普通开关水平安装，配备机械表和指示灯，只有配电功能，没有任何检测和通信功能。*二代：大部分采用开关垂直安装，在入口端增加数字电表或触摸屏和通信接口，只监控主路，不监控分路。*三代：在*二代的基础上增加分路监控，实现电源监控和能源管理。*四代：在*三代的基础上，提高了智能技术，集中开关模块化、二次元件模块化、调节、监控和集成。*一代和*二代是传统的配电柜，*三代是当前数据中心常用的配电柜，*四代是模块化的配电柜口，从柜集成、监控、维护等方面进行比较，如表1所示。表1各类配电列头柜的比较分析

从表1中可以看出，与传统配电柜相比，从安全管理和运行管理的角度来看，配电柜可以提供机房电源管理功能，并将配电系统完全纳入机房监控系统。除电气系统主母线和支路外，监控内容为机房提供更好的管理和服务。同时，用户可以尽快发现安全风险，采取相应的改进措施，改善机房供电，有效规避风险。3柜配电端智能母线槽方案 3.1 智能母线槽概算机柜端配电采用智能母线槽作为机柜端配电的成熟技术之一，应用于国内外大型数据中心。目前，国内大型数据中心有多个应用案例，该数据中心也采用智能母线槽供电方案，如图4所示。

图4智能母线槽供电方案3．2智能母线槽要求3.2.1本数据中心实施的机柜母线槽供电方案满足机房要求，采用2N如图5所示。

图5智能母线槽供电方案主机房区UPS室I和UPS室2中UPS系统输出A、B主干线槽(本案采用)IP54．1250 A密集母线)连接到机房每列机柜前通道，每列机柜端母线槽端箱通过电缆与主母线槽上的插接箱连接。.2.2设计要点3.2.2.机柜端智能母线槽主要由进线箱、直线段、插接箱组成，如图6所示。

图6智能母线槽构成图1）进线箱：用作整条母线供电，通过电缆从UPS主母线插入箱断路器连接电源，并配置测量单元和通信单元，监测电流、电压、功率因数等数据。2）直线段：用于承载电流，通过插入接口和插入箱为机柜供电。根据插入箱的安装方法，有两种类型：轨道滑动母线槽和固定母线槽。区别在于轨道母线槽内置滑动导轨，插入箱可直接在母线上滑动，以灵活满足机柜的位置放置需求。固定母线槽直线段标准化设计密集插入接口，间距一般为0.6米和1.2米，基本能满足高密度多变机柜的放置需求。轨道滑动母线槽更适合当前数据中心设备的机柜布置和变更调整要求。3）插入箱：插入箱用于从母线直段取电，支持热插入和调节。内部配置测量单元、通信单元、防雷单元和工业连接器单元，可监控机柜端的电流、电压、功率因数等数据。.2.2.2.母线槽安装方便快捷，可安装在机柜上方和地板下。机柜上方的安装一般需要预留1米左右的垂直空间，应考虑强弱电桥、风管、照明等因素；地板下安装一般需预留0.垂直空间约6米，应考虑地板下送风气流的组织因素。如图7所示。本案例数据中心机房梁底4米。考虑到机柜上方的综合管道和下送风，机柜端母线槽安装在机柜上A、B垂直上下安装。

图7智能母线槽安装示意图3.2.3监控管理机柜端智能母线槽通过配置电能仪表、开关状态监控单元、通信接口单元等元件实时监控电流、电压、功率和功率，实时显示各机柜PDU运行状态，实现机柜监控和能效管理。可实现故障报警，实时监控电能质量，包括负载系数、谐波含量等，所有监控参数将汇集到母线系统监控单元模块，通过开放通信协议接口可与机房综合监控系统对接，可实时检查数据中心机房运行，任何监控点故障，可在系统显示界面找到相应的号码，使维护人员快速响应，大大降低维护工作量。如图8所示。

图8智能母线槽监控图4.1 可靠性比较1）与传统的头柜 电缆相比，智能插头母线不仅避免了电缆接头易氧化、松动、接触不良等施工工艺问题，而且将传统的现场机电工程安装转化为工厂预制产品拼接，提高了整个系统成品的质量和可靠性。2）与传统的头柜集中配电管理相比，当任何机柜端的电源故障时，采用智能插头母线方案可以减少电源故障的影响范围。.2 灵活性对比1）智能插头母线不需要铺设桥梁和电缆，供电架构清晰，提高机房清洁度。2）智能插头母线可根据机柜数量、位置和功率密度的变化灵活调整母线的长度、方向、机柜端开关容量或相位。3）在检查或故障维护过程中，智能插头母线可以减少系统维护的影响范围和维护工作量。4）系统支持部件级在线热插头扩展，可根据业务发展需要实现分期投资扩展。.3 成本对比1)智能插接母线降低了空间占用率，采用智能母线槽可节省配电列头柜，不占用任何面积，节省的地板空间可用于放置IT机柜可以降低机柜的体积比，提高机房内部地面空间的利用率。本信息中心机房采用智能插接母线，可降低约6%的体积比，按机房面积单位成本可创造约800万元的空间价值。2）采用智能插接母线可降低运维成本，避免传统方式造成的后期运维工作量大、运维周期无法控制、人为干预造成的安全性降低等问题。3）配置可根据客户需要随时调整，减少技术改造投资。随着数据中心的快速发展，数据中心的能耗问题越来越**。可靠的数据中心配电系统方案是提高数据中心功率利用效率、降低设备能耗的有效途径。AMC系列数据中心配电系统是为数据室终端设计的智能系统，可以全面收集所有能源数据，为交流直流电源配电柜提供电参数信息，通过通信将数据上传到动态环监控系统，实现整个数据室的实时监控和有效管理，实现绿色IDC提供可靠的.配电管理解决方案51.1.1交流系统1)功能要求:遥测:输入分路的三相电压、三相电流、有功功率和有功功率；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率和有功功率；遥信：输入分路的过压/欠压，缺相、过流、输入分路和输出分路的开关状态，具有电流和功率消耗分析和统计，实现电压、电流和功率参数的越限报警功能。2）配置方案-表示配置方案多功能仪表 PZ72L-E4电流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A5.1.2直流系统1) 功能要求遥测:输入分路的电压、电流、功率和电度；遥信:输入分路过压/欠压，输入分路熔丝状态，分析统计电流和功率需求，实现电压、电流和功率参数的越限功能。2)配置方案-示意图

配置方案多功能仪表 PZ72L-DE AHKC-F- XXA/5V 开关电源 SBD-30 （48V）5.2产品规格

说明：■为标配功能5.3配套附件

6安科瑞母线槽监测产品介绍6.1概述数据中心小母线系统通常被称为数据中心末端母线供配电系统。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高的需求，智能小母线系统逐渐应用于机房的终端配电，具有电流小、插入方便、智能化程度高的特点。PDU配电。监控模块可设置在始端箱和插接箱中，并将数据上传到动环监控中心。.2 AMB智能小母线管理系统1)交流系统功能:遥测:三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功功率、无功功率、电缆温度、系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；遥信:过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率报警、缺相、过频、过频、过频、过频、零地电压、零线电流、温/湿度报警、开关状态、开关跳闸； 2)直流系统功能:遥测:电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；遥信:过电流2段阀值越限、过/过/过/过/过/过、过功率报警、过相、温/湿度报警、开关状态、开关跳闸； .3产品介绍