數(shù)據(jù)中心小母線配電系統(tǒng)應(yīng)用及產(chǎn)品監(jiān)控選型
【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路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(fù)雜、可擴展性和靈活性不大。
圖1傳統(tǒng)機柜配電方式
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堋Ｈ鐖D2和圖3所示。
圖2智能小母線配電方式
圖3智能小母線組成部件
（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(dǎo)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。
表1傳統(tǒng)列頭柜與智能小母線性對比表
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(yù)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)。
5安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
5.1概述
隨著數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。
5.2應(yīng)用場所
適用于運營商、金融、中心
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1）交流
5.4系統(tǒng)功能
1）主頁
開機進入主頁，包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。
2）進線參數(shù)監(jiān)測
監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，有功電能、無功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；*大需量。
3）出線參數(shù)監(jiān)測
分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設(shè)置、各相電流值；
負載百分比；*大需量。
4）開關(guān)狀態(tài)
左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點狀態(tài)，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài)；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。
5）報警查詢
當前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。
5.5系統(tǒng)硬件配置
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 |
精密電源管理系統(tǒng)軟件 |
| ACREL-AMC1000 | 一次圖顯示、進線、出線回路所有電參量監(jiān)測；回路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及報警；負載百分比顯示；不平衡度檢測；電流兩段式報警；事件記錄；數(shù)據(jù)定時存儲轉(zhuǎn)發(fā)。 |
精密配電柜 |
| ANDPF | 電源分配列柜。為IT機柜提供網(wǎng)絡(luò)布線傳輸服務(wù)和配電管理。 分為交流和直流列頭柜兩類。 |
雙路交流進線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-ZA | 監(jiān)測A+B雙路三相交流進線回路的全電量參數(shù)、8路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、2路報警輸出、2路漏電監(jiān)測、1路溫濕度檢測、3路RS485通訊、2-63次諧波 |
雙路交流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-FAK30 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共30分路的全電參量參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)（有源），1路485通訊 |
雙路交流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-FAK48 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共30分路的全電參量參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)（有源），1路485通訊 |
雙路直流進線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-ZD | 監(jiān)測A+B雙路三相直流進線回路的全電量參數(shù)、8路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、4路報警輸出、1路溫濕度檢測、3路RS485通訊 |
雙路直流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-FDK30 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共30分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)(有源）、1路RS485通訊 |
雙路直流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC100-FDK48 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共48分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)（有源）、1路RS485通訊 |
觸摸顯示屏 |
| ATP007kt | 實時顯示精密配電柜進出線的電壓、電流、功率、電能、電能質(zhì)量、開關(guān)狀態(tài)等。 |
雙路交流進線監(jiān)測模塊 |
| AMC16Z-ZA | 監(jiān)測A+B雙路三相交流進線回路的全電量參數(shù)、6路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、2路報警輸出、2路漏電監(jiān)測、1路溫濕度檢測、1路RS485通訊、相序檢測 |
雙路直流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC16Z-FAK24 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共24分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)、1路RS485通訊、相位調(diào)整 |
雙路直流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC16Z-FAK48 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共48分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)、1路RS485通訊、相位調(diào)整 |
雙路直流進線監(jiān)測模塊 |
| AMC16Z-ZD | 監(jiān)測A+B雙路三相直流進線回路的全電量參數(shù)、6路開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、2路報警輸出、2路漏電監(jiān)測、1路溫濕度檢測、1路RS485通訊、相序檢測 |
雙路直流出線監(jiān)測模塊 |
| AMC16Z-FDK24 | 監(jiān)測A+B雙路交流出線共48分路的全電量參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)、1路RS485通訊、相位調(diào)整 |
電流互感器 |
| AKH-0.66-W | 用于列頭柜進出線回路電流采集。 |
霍爾傳感器 |
| AHKC-F-XXXA/5V | 監(jiān)測主路電流，孔徑43*13 |
6安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案
6.1概述
數(shù)據(jù)中心的青睞，被越來越多的應(yīng)用。
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。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。
6.2應(yīng)用場所
適用于運營商、金融、中心
6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4系統(tǒng)功能
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：此界面顯示了每個箱子的電壓。
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。
諧波數(shù)據(jù)
通過點擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。
*大需量
顯示電壓、電流、功率的*大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。
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。
6.5系統(tǒng)硬件配置
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 |
智能母線管理系統(tǒng) |
| Acrel-AMB1000 | 實現(xiàn)對母線系統(tǒng)的智能化管理，包括電參量顯示，報警功能的實現(xiàn)，事件記錄，數(shù)據(jù)采集處理和轉(zhuǎn)發(fā)等。 |
插接箱監(jiān)控模塊 |
| AMB110-A（D）-P1 | 實時監(jiān)測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。 |
插接箱監(jiān)控模塊 |
| AMB110-A（D）/W-P1 | 實時監(jiān)測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。 |
顯示單元 |
| AMB10L-72 | 用于擴展液晶顯示插接箱和始端箱的監(jiān)測數(shù)據(jù)。 |
電流互感器 |
| AKH-0.66-W | 用于采集負載電流，三合一互感器，水晶頭接口，免工具安裝。 |
連接器 紅外測溫采集器 |
| AMB310 | 采集匯總各紅外測溫模塊的溫度數(shù)據(jù)并上傳至觸摸屏及后臺系統(tǒng)。 |
連接器 紅外測溫模塊 |
| AMB300 | 紅外非接觸測溫，實時監(jiān)測母線槽接頭溫度和濕度。 |
觸摸顯示屏 |
| ATP010kt | 實時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?？稍O(shè)置報警的閾值以及記錄報警事件。 |
7 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。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。
參考文獻
【1】何鑫.《某數(shù)據(jù)中心小母線配電系統(tǒng)的應(yīng)用》
【2】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.
【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本
【4】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版
作者介紹：
鄭桐，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，手機:18317090329（微信同號），郵箱:2885421520@qq.com
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