安科瑞 程瑜 187 0211 2087

【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(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；數(shù)據(jù)中心；供配電；母線槽

中圖分類號(hào)：TU852 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2097-2253 (2023)03-0066-04

Application of Small Bus Distribution System in a Data Center

He Xin

(Hunan Architectural Design Institute,Changsha 41001,China)

Abstract:The uncertainty of cabinet density at the initial stage of data center room construction makes itdifficult to estimate the power supply and distribution of data center.In order to deal with this situation,flexible small bus power distribution system can be adopted.Based on the analysis and comparison of thecharacteristics,advantages and disadvantages of the traditional data center power supply and distributionsystem and small bus power distribution system,this paper analyzes the system composition andexpansibility,and demonstrates the feasibility and economic practicability of small bus system technologycombined with the application of practical cases.

Keywords:small bus bar;data center;power supply and distribution;busbar

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(hù)模塊、干線端封等組成，它具備模塊外側(cè)接線、線路保護(hù)或控制通斷，浪涌保護(hù)、干線電氣參數(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配電柜與小母線的連接，包含電纜進(jìn)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(guò)塑殼斷路器后接入對(duì)應(yīng)的母線端子排上。通過(guò)實(shí)現(xiàn)模塊外側(cè)接線、線路保護(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)末端母線干線：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)干線連接：包括可實(shí)現(xiàn)干線擴(kuò)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(diǎn)取電，采用微型斷路器作為保護(hù)元件，是插于母線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)干線保護(hù)模塊：防護(hù)蓋板可以提高干線的防護(hù)等級(jí)并有效地防止人員接觸帶電導(dǎo)體。

(7)干線端封：保護(hù)干線末端的封蓋，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槽最前端的始端模塊，通過(guò)母線槽進(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)柜后門上方水平布置雙列母線，每條小母線分別來(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)采用單列母線長(zhǎng)度為2.4m、1.8m、1.2m三種規(guī)格的單條母線槽和長(zhǎng)度為815mm的始端模塊(進(jìn)線箱215mm+母線槽600mm)拼接而成，設(shè)計(jì)母線長(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 智能小母線供電方案平面圖

5、結(jié)束語(yǔ)

近些年，智能小母線配電方案還沒(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(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槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)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(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、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

電能情況可以查詢上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

名稱	圖片	型號(hào)	功能
智能母線管理軟件		ACREL-AMB1000	智能母線管理系統(tǒng)軟件，刷入配套使用的觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)對(duì)母線系統(tǒng)的智能化管理，包括電參量的顯示，各種報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)、事件記錄，數(shù)據(jù)的采集處理和轉(zhuǎn)發(fā)等。
智能網(wǎng)關(guān)		ANet-2E8S1	2路網(wǎng)口，8路RS485，上行以太網(wǎng)通訊，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能。
數(shù)據(jù)采集器		AMB310	二總線通訊、RS485通訊至監(jiān)控系統(tǒng)或觸摸屏，至多可連接200臺(tái)采集監(jiān)控模塊。
始端箱監(jiān)控模塊		AMB100-A（D）-P1	實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)始端箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內(nèi)環(huán)境濕度等。
插接箱監(jiān)控模塊		AMB110-A（D）-P1	實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)插接箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內(nèi)環(huán)境濕度等。
低壓母線測(cè)溫裝置		AMB200-LR	實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)4/8路溫度、紅外通訊、預(yù)警及報(bào)警功能、顯示功能，LORA通訊。
紅外母線測(cè)溫裝置		AMB300-Z	實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)單個(gè)大范圍陣列溫度，二總線通訊。
顯示頭		AMB10	前置網(wǎng)口AMB10(F)、后置網(wǎng)口AMB10，可自動(dòng)循環(huán)顯示電壓、電流參數(shù)。
觸摸顯示屏		ATP010kt	實(shí)時(shí)采集并顯示母線槽電參量、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)并上傳后臺(tái)?？稍O(shè)置報(bào)警的閾值以及記錄報(bào)警事件。

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。

審核編輯 黃宇