浅谈智能母线在数据中心低压配电中的应用与选型

关键词：智能母线；数据中心；末端配电
 
1  引 言
数据中心作为电力行业的信息中心枢纽 ，承载着关系电力行业核心信息的服务器 ，是一整套复杂的综合设施 。它不仅仅包括计算机系统和其他与 之配套的设备 ，还包含配电系统 、 空调系统、环境监控系统 、消防系统等 。配电系统作为数据中心的关键环节之一 ， 在某种程度上决定了数据中心运营的安全和可用性 。 断电或低质量供电是造成数据中心服务器宕机的主要因素之一 。 因此 ，保证数据中心电力持续而稳定的供应是工作的重中之重， 对 比传统列柜配电方案，母线槽技术更先进 、可靠性更高 ，近几年在数据中心末端配电中得到广泛应用 。 
 
2  数据中心末端配电的界定
数据中心配电系统存在３个层次。 
主配电区 ：中压配电柜、变压器、备用发电机、低压配电柜 。 
干线配电区：UPS(不间断电源）、低压二级配电柜 。
终端配电区：列头柜、机架、IT设备。
数据中心末端配电范围是指从ups输出柜引出 至机柜内部PDU（ 电源分配单元），主要供电对象为IT设备。 由于机房内物理跨度在10-50M, 这一区域是数据中心配电系统的核心环节, 称为”*后50M”。
 
3  传统配电方案
机房传统配电系统一般采用2回10KV市电接 入， 经过变压器、低压配电柜分别接入两组UPS电源设备 ，再经过UPS输出柜连接至各个列头柜， 从列头柜敷设 电缆接入机柜内PDU 。 传统配电方式技术成熟、单根电缆故障影响范围小 。但是，列头柜占用机柜空间大、 电缆电能损耗较大、施工复杂、隐患排查和末端配电扩展困难 。机房传统配电方如 图1所示

 4  智能母线配电方案 
4.1 概念
智能母线系统是一种取代传统电缆的数据中心末端配电解决方案，由始端箱、 干线单元、转接单元、插接箱、连餅和綱组成，具有主路和支路电压、电流、频率、 开关状态、 母排温度检测等功能。 母线 槽由 保护外壳 （ 钢板或铝板） 、 导电排、 绝缘材料及 有关附件组成 智 能母线组成部件如图 2所示 。

 4.2 技术特点 
（1） 安全可靠母线槽采用铜或铝作为导电体， 电流容量大 电气和机械性能好。同 时 ， 使用金属槽作为保护外壳， 不会燃烧 。通过紧密接触的金属外壳散发热量 ，散热性能好。
（2）安装便捷 母线 槽配有标准 的 安装支架， 无需单独桥架支 撑， 采用 插接方式把主干线 电源分接至支线 ， 结 构 紧凑， 插拔方便 。
（3）维护方便 母线 槽 日 常维护通常仅需测量外壳、 穿心螺栓 和接头温升， 维护量少 。
（4）各个功能单元为模块化定制， 灵活应对功率变化 ，并且可 以 随需扩容
（5）智 能监控 终端箱及插接箱均采用智 能化设计 ， 可实现集 成监控 ， 监测整个数据中 心的 运行状况 
4.3智能母线配电方式 
智能母线在数据中心末端配电中连接方式如图3所示。 干线母线槽接自二级配电柜 ，通过终端箱分接至次级母线槽 ，机柜采用双路PDU供电,分别接入不同次级母线槽插接箱

 
图3 智能母线配电方式
4.4 智能监控
智能母线的数据采集 点分散于整个机房供配电系统的每个机柜插接箱 ，采集每个机柜的每一回路的用电信息 ，包含负载的电压 、电流 、功率等 ；每一路母线干线的电能参数 ，包含电流 、电压 、功率 ,干线能耗 、谐波畸变率及功率因数等 。通过开放式通信协议将数据传输至后台监控系统 ，集中监控显示 ，便于运维人员获取数据
 同时 ，智能母线监控系 统还能通过数据采集实现母线槽温度 、湿度和水浸智能化实时显示和控制 ，预警由安装、维护不当，表面积水或水渗入内部引起的母线故障 ，提升智能母线的安全性，实现全生命周期管理 。智能母线系统监控网络拓扑如图４所示
 

 
图4 智能母线系统监控网络拓扑
 
4.5 性能比较数据中心末端配电传统方式与智能母线配电方式性能比较见表１ 
 
表1末端配电传统方式与智能母线配电方式性能比较

 
 
 
5 系统方案 
5.1 项目介绍
江宁数据中心建设项目主要完成机房基础环境建设 ，包括土建装修、电源系统、空调系统、动环监控系统、消防系统 、数据配套等 。按照国网公司机房建设标准，将江宁机房建成符合模块化 、虚拟化、智能化、绿色节能 、安全可靠的数据中心 。 其中，电源系统是整体数据中心机房髙可用性的后盾 。
5.2 设计方案
采用智能母线取代传统电缆的数据中心配电解决方案，IT设备由UPS供电 ，制冷机组、末端空调 、照明等其他负荷由市电直供。经核算 ，3层中密度机房可安装机架208架 ，新增两套独立的800KV UPS系统 ，共配置４台400KVA UPS主机，每台主机配置 1组 480/1000AH蓄电池组 。采用2N双母线配电架构，每个机柜安装双路PDU，分别由两条独立母线上的插接箱供电 ，其中，UPS配电柜至始端箱智能母线采用 1250A规格，始端箱至封闭冷通道各机柜智能母线采用160A规格 。中密度机房末端配电方式如 图5所示。
 
6 安科瑞列头柜及监测产品介绍
随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。
AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。     
6.1精密配电管理解决方案
6.1.1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、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；
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,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
2）配置方案-示意图

 
配置方案 
多功能仪表       PZ72L-E4
电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A
6.1.2直流系统
1) 功能要求
遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。
2)配置方案-示意图

 
 
配置方案
多功能仪表          PZ72L-DE
 霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V
 开关电源            SBD-30  （48V）
 
 
 6.2产品规格
 

 

 
 
说明：■为标配功能。
 
6.3配套附件



 
7  安科瑞母线槽监测产品介绍
7.1 概述
数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。
7.2  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、有功电能、无功电能、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、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，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/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；                             
7.3 产品介绍
       

 
说明：■为标配功能。
 
 
8 结束语 
 
江宁数据中心建设项目在末端配电中采用智能母线系统方案取代传统列头柜＋电缆方案 ，可靠性髙、易于安装维护，提高了数据中心配电系统的可用性、节能性、经济性以及灵活性，确保了服务器、计算机等设备的稳定运行。
 
参考文献： 
【1】级凡.母线槽的选用【Ｊ】．科技信息，2013（4）：402-404.
【2】谈军、戴勇、李伟，李沛 .智能母线在数据中心末端配电中的应用研究.
【3】安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版.
【4】安科瑞企业微电网设计应用手册.2019.11版.
 
作者简介：
王蒙蒙，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事数据中心智能小母线监控的研发及应用。