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淺談電力數據中心機柜端配電設計方案及監控產品選型
閱讀：117 發布時間：2020-9-29蔣超萍
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：本文從數據中心末端供配電系統的安全性、可行性角度出發，分析當前電力數據中心機柜端供配電系統的設計方案，以及每種設計方案的優缺點。分析和研究智能母線槽配電方案，對其可靠性、靈活性以及經濟性角度進行 深入探討，為關鍵電力負載提供可靠性的用電保障。
關鍵詞：數據中心；列頭柜配電；智能母線槽；模塊化列頭柜；可靠性
0前言
低可靠性供電是造成數據中心服務中斷主要原因。如何優化提高配電系統的可用性和安全性，增加設備更換擴容的靈活性，提高運維便利性，確保供電系統的不間斷運行，是電力數據中心管理者所面臨的重大課題之一。本文將從電力數據中心的末端供電可靠性出發，以南方電網某信息業務數據中心(以下簡稱“本數據中心”)實施案例為研究對象，對幾種主要的數據中心機柜供電方案進行對比研究，分析其優缺點，以及應用場景，提出為電力數據中心的關鍵負載提供可靠性用電保障的參考方案。
1 數據中心末端配電范圍界定
本數據中心按現行*標準《數據中心設 計規范》(GB 501 74．2017)和《電力調度通信中心工程設計規范》(GB／T 50980—2014)的要求建設，采用A、B雙路系統進行供電。
3機柜配電端智能母線槽方案
3.1 智能母線槽概算
機柜端配電采用智能化母線槽作為機柜端配電成熟技術之一，為國內外大型數據中心所
應用。目前國內大型數據中心已有多個應用案例，本數據中心也采用智能母線槽供電方案，如圖4所示。
圖4智能母線槽供電方案
3．2智能母線槽要求
3.2.1整體方案
本數據中心實施的機柜母線槽供電方案滿足機房要求，采用2N供電方式，如圖5所示。
圖5智能母線槽供電方案
主機房區各自從UPS室I和UPS室2中UPS系統輸出A、B路主干母線槽(本案采用
IP54．1250 A密集母線)接人至機房每列機柜前段通道，每列機柜端母線槽始端箱通過電纜與主干母線槽上的插接箱進行連接。
3.2.2安裝方式
母線槽安裝方便快捷，可采用機柜上方安裝和地板下安裝兩種方式。機柜上方安裝一般
需要預留1米左右垂直空間，需考慮強弱電橋架、風管、照明等因素；地板下安裝一般需要預留0.6米左右垂直空間，需考慮地板下送風氣流組織因素。如圖7所示。本案數據中心機房梁底4米，考慮機柜上方綜合管線和下送風等因素，機柜端母線槽采用機柜上安裝方式并A、B垂直上下安裝。
圖7智能母線槽安裝示意圖
3.2.3監控管理
機柜端智能母線槽通過在進線箱、插接箱配置電能儀表、開關狀態監控單元、通訊接口單元等元件實時監測電流，電壓，功率和電量，實時顯示每個機柜PDU的運行狀態，實現對機柜的監控和能效管理。可實現故障報警，實時監控電能質量，包括負載系數，諧波含量等，所有監測參數將匯集到母線系統的監控總單元模塊，通過開放通訊協議接口可與機房綜合監控系統進行對接，可實時查看數據中心機房運營狀況，任何監測點出現故障，均可在系統顯示界面找到其對應編號，以便維護人員迅速作出響應，大大減少檢修工作量。如圖8所示。
圖8智能母線槽監控圖
4 智能母線槽配電方案優勢
4.1 可靠性對比
1）智能化插接母線相對傳統的“列頭柜+電纜”，既避免電纜所帶來的諸如電纜接頭容易氧化、松動和接觸不良等施工工藝問題，將傳統現場機電工程安裝轉化為工廠預
制產品拼接，提升整體系統成品質量可靠性。
2）相對傳統列頭柜集中配電管理，當任意一個機柜端供電故障時，采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響范圍。
4.2 靈活性對比
1）智能化插接母線不需要敷設橋架和電纜，供電架構清晰明朗，提高機房整潔度。
2）智能化插接母線可根據機柜數量、位置、功率密度的變化靈活地調整母線的長度、走向、機柜端開關容量或相位。
3）智能化插接母線在進行巡檢或故障維護時，可降低系統維護影響范圍和檢修工作量。
4）系統支持部件級在線熱插拔擴展，可實現根據業務發展需求分期投資擴容。
4.3 成本對比
1）智能化插接母線降低了空間占用率，采用智能母線槽可省去配電列頭柜，并且不占用任何地面面積，節省的地板空間可用于擺放IT機柜，可降低機柜容積比，提升機房內部地面空間利用率。本信息中心機房采用智能化插接母線大約可降低大約6%的容積比，按機房面積單位造價可創造約800萬元空間價值。
2）采用智能化插接母線可降低運行維護成本，規避了傳統方式所帶來的后期運維工作量大、運維周期不可控以及人為干預帶來的安全性降低等問題。
3）可隨時根據客戶需要調整配置，減少技改投資。
5安科瑞列頭柜及監測產品介紹
隨著數據中心的迅猛發展，數據中心能耗問題也越來越突出，可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。
AMC系列數據中心配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環監控系統，實現對整個數據機房的實時監控和有效管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。
5.1配電管理解決方案
5.1.1交流系統
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
2）配置方案-示意
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
5.1.2直流系統
1) 功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V
開關電源 SBD-30 （48V）
5.2產品規格
型號 功能 | AMC16Z-ZA | AMC16Z-FAK48 | AMC16Z-FAK24 | AMC16Z-ZD | AMC16Z-FDK48 | AMC16Z-FDK24 | AMC16Z-KA | AMC16Z-KD | ||
測量系統 | 交流 | ■ | ■ | ■ |
|
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| ■ | ■ | |
直流 |
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| ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
| 進線 | 電壓 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / |
電流 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
有功功率 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
無功功率 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
功率因數 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
有功電能 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
無功電能 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | ||
| 零地電壓零序電流 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |
| 漏電流 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |
|
| 溫度濕度 | ■ | / | / | ■ | / | / | / | / | |||
出線回路 | 路數 | 2 | 24+24 | 12+12 | 2 | 24+24 | 12+12 | 48 | 48 | ||||
電壓 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | ■ | / | |||||
電流 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
有功功率 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
無功功率 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
功率因數 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
有功電能 | / | ■ | ■ | / | ■ | ■ | / | / | |||||
無功電能 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
電力質量分析 | 進線回路 | 電壓電流總諧波 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |||
電流、電壓2~31次分次諧波 | ■ | / | / | / | / | / | / | / | |||||
出線回路 | 電壓、電流總諧波 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | ||||
電流、電壓2~31次分次諧波 | / | ■ | ■ | / | / | / | / | / | |||||
開關量輸入 | 無源 | 6 | / | / | 6 | / | / | / | 24+24 | ||||
有源 | / | 24+24 | 12+12 | / | 24+24 | 12+12 | 24+24 | / | |||||
繼電器輸出 | ■（2路） | / | / | ■（2路） | / | / | / | / | |||||
通訊 | Modbus-RTU | 1路 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | |||
型號 功能 | AMC16Z-ZJY | AMC16Z-FJY | ||||
測量系統 | DC240/DC336 | |||||
| 進線 | 電壓 | ■ | / | ||
絕緣電阻 | ■ | / | ||||
出線回路 | 路數 | 2 | 12+12 | |||
絕緣電阻 | / | ■ | ||||
繼電器輸出 | ■（2路） | / | ||||
通訊 | Modbus-RTU |
| 2路 | 1路 | ||
說明：■為標配功能。
5.3配套附件
圖片 | 名稱 | 型號 | 輸入 | 輸出 | 備注 |
| 進線電流互感器 | AKH-0.66I | XXA | 5A | 測量型 |
| 出線電流互感器 | AKH-0.66-W-9N | 50A | 50mA | 內孔徑Φ9mm |
AKH-0.66-W-12N | 100A | 內孔徑Φ12mm | |||
| AKH-0.66-W-20 | 200A | 50mA | 內孔徑Φ20mm | |
| AKH-0.66-W-30N | 200A~400A | 50mA | 內孔徑31*13mm | |
| AKH-0.66K-φ10 | 50A | 50mA | 內孔徑Φ10mm | |
AKH-0.66K-φ16 | 100A | 內孔徑Φ16mm | |||
AKH-0.66K-φ24 | 200-300A | 內孔徑Φ24mm | |||
AKH-0.66K-φ36 | 300-600A | 內孔徑Φ36mm | |||
| AKH-0.66Z-10 | 50A | 50mA | 內孔徑Φ10mm | |
| AKH-0.66/EMS | 50A | 10mA | 直接式 | |
| 霍爾電流傳感器 | AHKC-F | XXA | 5V | 42.5*12.5 |
| 霍爾電流傳感器 | AHKC-BS | 100A | 5V | 20.5*10.5 |
| 直流漏電流傳感器 | AHLC-LTA | 10mA-2A | 5V | 內孔徑Φ20mm |
| 開關電源 | D-20 | 220V | ±15V | 霍爾傳感器配套使用 |
| SBD-30 | ±48V | ±15V | ||
圖片 | KDYA-DG75-24 | AC220V | DC24V | 觸摸屏配套使用 |
6安科瑞母線槽監測產品介紹
6.1概述
數據中心小母線系統是數據中心末端母線供配電系統的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發展和更高需求，智能小母線系統逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監測模塊，將數據上傳至動環監控中心。
6.2 AMB智能小母線管理系統
1）交流系統功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態、開關跳閘；
2）直流系統功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態、開關跳閘；
6.3產品介紹
型號 功能 | AMB100-A | AMB100-A/W | AMB110-A | AMB110-A/W | AMB100-D | AMB100-D/W | AMB110-D | AMB110-D/W | ||||
測量系統 | 交流 | ■ | ■ | ■ | ■ |
|
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| |||
直流 |
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| ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
| 電參量 | 電壓 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
有功功率 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
無功功率 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
功率因數 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
有功電能 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
無功電能 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
電參量 | 零地電壓、零序電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | |||
漏電流 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||||
| 電力質量分析 | 電壓、電流總諧波 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||
電流、電壓2~63次分次諧波 | ■ | ■ | ■ | ■ | / | / | / | / | ||||
| 機柜溫度、濕度 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | |||
| 電纜溫度 | ■（8路） | ■（8路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | ■（4路） | |||
開關量輸入 | 無源 | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | |||
有源 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | ||||
繼電器輸出 | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ■（2路） | ||||
| Modbus-RTU | 1路 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
說明：■為標配功能。