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淺談母線(xiàn)配電在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用以及產(chǎn)品監(jiān)控選型

更新時(shí)間:2022-11-28點(diǎn)擊次數(shù):1008次
淺談母線(xiàn)配電在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用以及產(chǎn)品監(jiān)控選型
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:隨著現(xiàn)代信息科技的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜功率逐漸增加,而且現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)機(jī)房的調(diào)整和改造需求逐漸增多,傳統(tǒng)的配電模式已無(wú)法滿(mǎn)足如今發(fā)展的多樣化需求,小母線(xiàn)作為數(shù)據(jù)中心一種新型機(jī)房配電產(chǎn)品,可以有效地解決傳統(tǒng)配電模式中存在的各種問(wèn)題,大大提高了數(shù)據(jù)中心的可用性及供配電的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;小母線(xiàn);配電模式;穩(wěn)定性
0引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)信息化水平的提高,各個(gè)行業(yè)愈加依賴(lài)于信息系統(tǒng),這對(duì)信息系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性的運(yùn)行有較高的要求。與此同時(shí),各行業(yè)對(duì)計(jì)算及相關(guān)資源的需求依然保持持續(xù)增加的趨勢(shì),計(jì)算設(shè)備和資源數(shù)量仍需要保持快速的增長(zhǎng)速度,以滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)、5G、人工智能和云計(jì)算等新興技術(shù)發(fā)展需要。因此,在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過(guò)程中,限于有限的資源,提高單機(jī)柜裝機(jī)的功率密度,使數(shù)據(jù)中心單位面積產(chǎn)生更大的價(jià)值是很有必要的。然而,單機(jī)柜功率的提高,勢(shì)必會(huì)造成供電、空調(diào)等系統(tǒng)的壓力,比如在傳統(tǒng)配電模式供電系統(tǒng)中,配電線(xiàn)路的載流量需要大幅度提高才能滿(mǎn)足高功率密度機(jī)柜的用電需求,這就使得配電支、干線(xiàn)的電力電纜線(xiàn)徑增加,特別是對(duì)于數(shù)據(jù)中心,由于2N架構(gòu)的需要,更是使得兩倍載流量計(jì)算線(xiàn)徑的電纜方能滿(mǎn)足要求。再加上供電回路數(shù)量較多,這無(wú)疑加大了工程施工、運(yùn)維檢查、事故檢修以及后期改造的難度。此外,較多的電纜堆積,會(huì)對(duì)機(jī)房氣流造成一定影響,不利于IT設(shè)備的散熱。因此,打破傳統(tǒng)配電模式,驅(qū)動(dòng)新型數(shù)據(jù)中心配電方式的變革勢(shì)在必行。
1數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的IT設(shè)備配電模式
1.1傳統(tǒng)配電模式簡(jiǎn)介
在數(shù)據(jù)中心中傳統(tǒng)的配電模式中,IT機(jī)房采用列頭柜從總配受電,然后通過(guò)不同的開(kāi)關(guān)回路,用電纜經(jīng)地板下的電纜橋架分配給各個(gè)機(jī)柜,是典型的放射式供配電系統(tǒng)。列頭柜的配電模式特點(diǎn)是各負(fù)荷獨(dú)立受電,當(dāng)單臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),其影響范圍只局限于本身,而不會(huì)影響到其他回路,能夠滿(mǎn)足國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)重要用電負(fù)荷的相關(guān)技術(shù)要求。此外,在數(shù)據(jù)中心,還采用2N架構(gòu),即兩臺(tái)引自不同電源的列頭柜分別給同一列機(jī)柜供電,以達(dá)到一路電源故障時(shí),另一路仍可支持所有設(shè)備正常運(yùn)行的目的。
1.2傳統(tǒng)配電模式存在的問(wèn)題
在早些時(shí)候,由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟,數(shù)據(jù)中心建設(shè)和規(guī)劃過(guò)程中并未考慮到高功率密度的單機(jī)柜需求,傳統(tǒng)的列頭柜配電模式足以支撐1~3kW單機(jī)柜功率密度的需求。但隨著信息科技的快速發(fā)展,業(yè)務(wù)量大幅度提升,支撐數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算的數(shù)據(jù)中心面臨著巨大壓力,提升單機(jī)柜密度是業(yè)內(nèi)更傾向采取的措施,畢竟對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō),提升利用效率需要的造價(jià),遠(yuǎn)低于擴(kuò)大建筑面積產(chǎn)生的成本。
2小母線(xiàn)配電模式及其優(yōu)勢(shì)
2.1小母線(xiàn)配電模式簡(jiǎn)介
小母線(xiàn)配電模式,就是利用高載流量的母線(xiàn)槽取代傳統(tǒng)的列頭柜+線(xiàn)纜的配電模式,直接由母線(xiàn)本體的插接口接出供電回路至服務(wù)器機(jī)柜。如圖1所示,在IT機(jī)房?jī)?nèi),通過(guò)在機(jī)柜上方安裝小母線(xiàn),然后從母線(xiàn)的插接口引出分支回路連接至機(jī)柜的配電模塊,無(wú)需占據(jù)地板下方空間。同時(shí),該產(chǎn)品支持熱插拔,即插即用的靈活供配電方式,可以實(shí)現(xiàn)在帶電狀況下、在任何地方快速安裝使用,無(wú)論是安裝或檢修維護(hù),均可提升工作效率。
圖1
如圖2所示,小母線(xiàn)由始端箱母線(xiàn)槽、T型件、連接件、母線(xiàn)直線(xiàn)段、吊裝件、末端蓋、轉(zhuǎn)彎件和分接單元等部件組成,每個(gè)部件承擔(dān)不同的功能。端口母線(xiàn)槽在整條母線(xiàn)的初始位置,用于和上端總配電柜引來(lái)的電纜或母線(xiàn)相連接;連接件負(fù)責(zé)直線(xiàn)段、端口母線(xiàn)槽、T型件及轉(zhuǎn)彎件等部件的相互連接作用;直線(xiàn)段又可以分為饋線(xiàn)段和插接段,饋線(xiàn)段用于傳導(dǎo)電能,插接段用于連接分接單元;吊裝件在與母線(xiàn)支吊架連接時(shí)起到作用,便于安裝;末端蓋保持母線(xiàn)末端的封閉性,防止進(jìn)入灰塵、水分等;由于母線(xiàn)槽不便彎曲,需借助于轉(zhuǎn)彎件和T型件來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)彎和分流的目的;分接單元又叫做母線(xiàn)插接箱,用于小母線(xiàn)和列頭柜的連接。
圖2小母線(xiàn)的組成部分
2.2小母線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)
小母線(xiàn)的應(yīng)用,從某些程度上避免了傳統(tǒng)列頭柜配電模式的弊端,在新的數(shù)據(jù)中心建設(shè)形勢(shì)下,有著巨大的優(yōu)勢(shì)。
1)安裝方便、可靠性高
與架空地板下走線(xiàn)方式需鋪設(shè)電力橋架和成百上千條電纜線(xiàn)相對(duì)比,小母線(xiàn)的安裝既不需要在空間狹小的地板下進(jìn)行,又節(jié)約了大量的分支電纜敷設(shè)及電纜頭的制作工作,預(yù)制化的產(chǎn)品到場(chǎng)直接對(duì)接安裝,其安裝方式簡(jiǎn)單又省時(shí)省力。此外,由于省去了電纜頭的制作,還可以避免電纜接頭氧化、接觸不良等問(wèn)題,提高了供電的可靠性和安全性。
2)使用壽命較長(zhǎng)
使用年限方面,由于傳統(tǒng)的配電模式中,列頭柜壽命一般在10-15年之間,不利于系統(tǒng)定運(yùn)行。而小母線(xiàn)的使用壽命一般可達(dá)40年,可以更好地與建筑使用年限相匹配,而不用頻繁更換設(shè)備、下架信息系統(tǒng)服務(wù)器,可擺脫傳統(tǒng)列頭柜配電模式末端電力調(diào)整的不連續(xù)性、工程化和周期長(zhǎng)等問(wèn)題。
3)安裝檢修方便、配電靈活
相對(duì)于固定配電模式的列頭柜,小母線(xiàn)可根據(jù)機(jī)柜實(shí)際負(fù)載大小進(jìn)行靈活分配。在安裝小母線(xiàn)時(shí),可以預(yù)留一定的插接口,以便后續(xù)容量調(diào)整、容量增加。當(dāng)需要擴(kuò)容時(shí),只需要增加或更換插接箱即可。再加上插接口可支持熱插拔,當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)相、維修等相關(guān)操作時(shí),只需對(duì)小母線(xiàn)上的插接箱進(jìn)行相關(guān)調(diào)整即可,無(wú)需在線(xiàn)路上進(jìn)行任何操作。
4)后繼成本低,可提升數(shù)據(jù)中心的可用性
后繼成本低體現(xiàn)在節(jié)約建設(shè)工程造價(jià)和運(yùn)維花費(fèi)兩個(gè)方面,一方面,小母線(xiàn)使用壽命長(zhǎng)、擴(kuò)容改造方便,降低了后期機(jī)房改造的工程建設(shè)成本;另一方面,日常運(yùn)維時(shí),檢查及檢修方便,節(jié)省人力并大大降低平均可修復(fù)時(shí)間,提升數(shù)據(jù)中心的可用性。
3安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
3.1概述
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出,有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為熱門(mén)問(wèn)題,有效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案,是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率,降低設(shè)備能耗的有效方式。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能,首先需要監(jiān)測(cè)每個(gè)用電負(fù)載,而數(shù)據(jù)中心負(fù)載回路非常的多,傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x表無(wú)法滿(mǎn)足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求,因此需要采用適用于數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。
3.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1)交流
2)直流
3.4系統(tǒng)功能
1)主頁(yè)
開(kāi)機(jī)進(jìn)入主頁(yè),包含進(jìn)線(xiàn)參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、出線(xiàn)參數(shù)、報(bào)警查詢(xún)等功能,按按鈕可進(jìn)入各功能界面查看。
2)進(jìn)線(xiàn)參數(shù)監(jiān)測(cè)
監(jiān)測(cè)主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率;各項(xiàng)及總的有功功率,無(wú)功功率,視在功率,功率因數(shù),有功電能、無(wú)功電能;電流、電壓不平衡度;電流、電壓諧波含量;需量。
3)出線(xiàn)參數(shù)監(jiān)測(cè)
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(fù)載百分比;需量。
4)開(kāi)關(guān)狀態(tài)
左側(cè)一列為主路開(kāi)關(guān)狀態(tài),主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開(kāi)關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點(diǎn)狀態(tài),默認(rèn)為無(wú)源檢測(cè)點(diǎn),分閘為綠色,合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開(kāi)關(guān)狀態(tài);默認(rèn)為有源檢測(cè)點(diǎn),合閘為紅色,分閘為綠色。
5)報(bào)警查詢(xún)
當(dāng)前報(bào)警界面可查看實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警;開(kāi)關(guān)量動(dòng)作告警;任意數(shù)據(jù)的定時(shí)存儲(chǔ);進(jìn)線(xiàn)過(guò)電流2段閥值越限告警,可任意設(shè)定告警值;進(jìn)線(xiàn)過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。
3.5系統(tǒng)硬件配置
4安科瑞智能母線(xiàn)監(jiān)控解決方案
4.1概述
數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜,占用空間較大,配電線(xiàn)纜多,新增設(shè)備不便,為了節(jié)省面積,智能小母線(xiàn)方案由于不占用機(jī)房面積、可按需靈活插拔,受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞,被越來(lái)越多的應(yīng)用。
安科瑞智能母線(xiàn)監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監(jiān)控兩類(lèi),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(xiàn)槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線(xiàn)槽的運(yùn)行溫度,確保母線(xiàn)槽配電安全。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線(xiàn)手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線(xiàn)運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
適用于運(yùn)營(yíng)商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
1)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:此界面顯示了每個(gè)箱子的電壓。
2)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。
3)諧波數(shù)據(jù)
通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭"來(lái)左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。
4)需量
顯示電壓、電流、功率的需量的數(shù)值及發(fā)生時(shí)間。
5)電能查詢(xún)
電能情況可以查詢(xún)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(xún)電能值。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5結(jié)論
可靠性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性和節(jié)能環(huán)保是電力數(shù)據(jù)建設(shè)和運(yùn)維的幾大關(guān)鍵要素,供配電系統(tǒng)更是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)IT信息系統(tǒng)快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心低壓配電應(yīng)采用具備更高可用性、更高安全性和靈活性的配電結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。本文通過(guò)對(duì)全母線(xiàn)方案和傳統(tǒng)電纜配電方案的定性和定量對(duì)比分析可以看出,全母線(xiàn)配電方案具有更高的靈活性,同時(shí)其具有施工周期短、使用壽命長(zhǎng)、可重復(fù)利用等特點(diǎn),增加了機(jī)房的利用率和收益,投資回收期較短,因此隨著今后技術(shù)逐步成熟、成本進(jìn)一步降低,可考慮逐步推廣使用。
參考文獻(xiàn)
【1】宋偉男,邵安,朱述振,李志鵬,劉 鵬.小母線(xiàn)配電模式在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究[J],2022,03:173-174.
【2】數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2017[S].2017.
【3】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版.
作者簡(jiǎn)介
任運(yùn)業(yè),現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。



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