安科瑞 王晶淼/孟強榮

1引言

隨著通信網絡的飛速發(fā)展，各地數據中心大量建設。中國移動的數據中心機房分為自用機房和外租IDC機房，在其小機電工程建設中均存在前期規(guī)劃和后期裝機銜接不連貫的問題。

以上兩種問題說明，“列頭柜+電纜”這種數據中心機房的末端配電方案已經無法適應數據中心不斷變化的近遠期建設需求，而“始端箱+母線槽+終端箱”的機架母線配電方案在解決需求變化的問題上具有很高的靈活性。

2數據中心機房末端配電方案

數據中心機房末端配電方案，特指從通信電源系統(tǒng)(不含)至通信機房機柜內PDU(不含)的配電方案。目前常見的機房末端配電方案為“列頭柜+電纜”，即在機房內每一列機架的始端設置兩個列頭柜(互為主備)。列頭柜預留出固定的輸出分路，通過電纜經該列機架頂部的走線架敷設，將電能配送到該列各機柜的PDU。

“列頭柜+電纜”配電方案由列頭柜、電纜走線架組成。具體方案為:兩個列頭柜(AB路各一、互為主備)置于每列機架的始端，背靠背安裝，占用一個機架位置;在列頭柜內設置固定安裝的斷路器輸出分路，從列頭柜到機架PDU采用雙回路供電。即;每個通信機柜內設置兩個 PDU(AB路各一、互為主備)，每個PDU從對應列頭柜的輸出分路引入供電回路，為機架內的同一臺IDC設備提供雙電源保障。

文中推薦的新型機房末端配電方案為“始端箱+母線槽+終端箱”的機架配電母線方案。機架母線配電方案是利用始端箱、插接箱及母線槽產品，替代列頭柜和電纜給服務器機柜供電的配電方式。機架配電母線系統(tǒng)(含兩個始端箱、兩根母線槽及相應數量的插接箱)分別對該列各通信機架內的兩個PDU配電。

機架列頭柜配申母線時，UPS輸出配電屏至列頭柜、列頭柜至機架均用電纜連接日沿走線架敷設:而機架配電母線時，UPS輸出配電屏至始端箱采用電纜連接，沿通信機房電源用主走線架敷設;始端箱至插接箱采用母線槽供電，插接箱至通信設備PDU采用電纜連接。

3數據中心機房配電方案對比

列頭柜配電方案技術成熟，成本相對低廉。然而，在設計之初，列頭柜的容量和出線路數是根據預估的通信負荷用電需求確定的。一旦進行列頭柜設備安裝和電纜敷設，其輸出分路的供電能力已確定，不能靈活適應更高供電容量的裝機需求。另外，由于列頭柜配電方案采用線纜連接，因此存在如下缺點:

(1)線纜使用較多，造成電能損耗較大;

(2)故障率高，線纜接頭容易氧化、松動和接觸不良，造成線纜過熱或打火進而引發(fā)數據中心內部的火災事故;

(3)眾多線纜堆積在走線架上，使后期的維護、預警和更換都較困難。

與列頭柜配申方案相比，機架配電母線系統(tǒng)的始端箱、插接箱相當于列頭柜的作用，模塊化的插接箱即插即用，可以靈活部署;母線槽替代了電纜線，不僅實現簡化安裝，更兼具母線槽配電的優(yōu)點。其技術特點如下:

(1)節(jié)省列頭柜占地空間，提高數據中心機房的空間利用率;

(2)即插即用方式，滿足在線終端箱的安裝使用，適應后期機柜用電容量的調整;

(3)單相分路具備調相功能，方便調整至三相平衡;

(4)安裝便捷，母線槽整體安裝，走線架和敷設電纜顯著節(jié)省人工。

兩種配電方案的技術對比和投資對比如下。

(1)技術對比

機架母線配電方案和列頭柜配電方案的詳細技術對比見表1。

表1

機架母線配電方案的設備配置:機架母線置于列間，雙回路供電方式，8列機架。其中，中間6列每兩列共用兩根母線槽，兩側每列獨用兩根母線槽，母線槽共計8根，始端箱8個，插接箱58個。傳統(tǒng)列頭柜配電方案設備配置:列頭柜數量8個。

通過對兩種方案的技術對比可知，機架配電母線方案在空間利用率、靈活擴展、環(huán)保、可靠、運維和能耗等方面均優(yōu)于列頭柜配電方案。目前，機架配電母線方案在歐美地區(qū)的數據中心建設中應用較為成熟廣泛，在國內BAT也有成功的應用案例。但國內的主要末端配電方案還是列頭柜配電方案，這主要因為人們過于關注單機柜的配套投資，而忽略了新增列頭柜所占用的土建和征地建設成本。如果在實際總投資估算中將列頭柜的建設成本考慮進去，則機架母線投資遠低于列頭柜方案。

4數據中心采用機架母線配電方式的分析

4.1機房機架母線配電方式

采用機架母線配電方式是為了減少傳統(tǒng)配電方式的缺點，利用機架母線及配電接插箱來完成對每一個機柜的配電，其基本結構如圖1所示。

圖1 靈活母線配電方案

1)母線槽主體(Housing Section):是傳導電力的主體，內部基本結構為4根銅排(L1、L2、L3N)或5根銅排(L1、L2、L3、N、PE)。

2)配電接插箱(Plug-inUnits):是插于母線槽主體上的小型配電箱，一般由監(jiān)控設備、輸出端口、保護設備等組成，主要用于為每一個用電設備提供電力，有的接插箱還配有相位選擇旋鈕，以保證三相負載平衡。

3)連接的輔件:拐彎件(Elbow)、連接件(Housing Coupler)、T型件(Te)、末端蓋(EndCap)等，用來完成母線槽主體連接。

4)配電的方式為:從前端UPS配電柜引出電纜連接至母線槽前端的電力端口箱，通過母線槽主體進行電力傳輸，再根據每一個機柜的功率密度選擇相應規(guī)格的接插箱，與機柜內的PDU連接后即完成了對一個機柜的配電工作，圖2為靈活母線現場效果圖。

4.2機架母線配電監(jiān)控模式

機架母線配電方式的中心理念是采用即插即用的模塊化產品來替代列頭柜及大量電纜，達到簡化安裝步驟，靈活部署等目的。故為機架母線所做的監(jiān)控也應符合這個理念，即采用模塊化的監(jiān)控方案(見圖3)。

圖3 靈活母線配電監(jiān)控模式

機架母線電力分配監(jiān)控系統(tǒng)應具備多重的通訊協(xié)議及無線網絡，且可以無縫集成到建筑管理系統(tǒng)或數據中心基礎設施管理系統(tǒng)中，通過提供優(yōu)化管理所必須的關鍵信息，為數據中心電力分配系統(tǒng)的管理奠定基礎。電力信號采集與監(jiān)控功能通過每個接插箱體上的RS485接口或無線監(jiān)控模塊來采集數據，再通過MODBUS協(xié)議傳輸至上行端環(huán)控系統(tǒng)，從而簡化了監(jiān)控的過程。在監(jiān)控電力信息的同時，通過傳感器可監(jiān)測到每個機柜內的溫度及濕度，且與電力監(jiān)控信息集成，通過統(tǒng)一網關收集所采集到的電力和環(huán)境數據，實現對電力、環(huán)境數據的統(tǒng)一管理。

5、安科瑞智能小母線解決方案

安科瑞智能母線監(jiān)控產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。

5.1、系統(tǒng)結構

圖4 安科瑞智能小母線系統(tǒng)結構圖

5.2、系統(tǒng)功能

5.2.1主菜單

用戶登錄進入主菜單頁面，主菜單上顯示有數據采集、報警查詢、參數設置和幫助四個板塊，點擊任意板塊可進入對應界面進行數據查看及參數、功能編輯。

圖5安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.2.2實時監(jiān)測

在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

圖6 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.2.3 基本參數界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據，在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址，即可實現對箱子中儀表數據的采集。

圖7 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.2.4 諧波數據

通過點擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數據；

圖8 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.2.5 需量

顯示電壓、電流、功率的需量的數值及發(fā)生時間；

圖9 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.2.6 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、根據選擇不同時間查詢電能值。

圖10 安科瑞智能小母線監(jiān)控系統(tǒng)部分界面

5.3 配置方案

6 案例分享

6.1 項目需求

針對江蘇鎮(zhèn)江某工廠密集型母線增加智能監(jiān)控的需求，我司提供AMB智能母線監(jiān)控解決方案，該方案可針對密集型母線插接箱進行電參量、溫度檢測，連接處進行溫濕度監(jiān)測，監(jiān)測模塊安裝方便，可通過有線485或者無線Lora傳輸數據，項目現場布線方便，施工簡單、快捷、安全。根據客戶的要求，實現對現場母線系統(tǒng)的監(jiān)控和報警記錄，實現就地顯示各種電參量和溫度參數，最終滿足了客戶需求、完善了用戶體驗、實現了項目目標。

6.2 現場圖片

7 結束語

數據中心建設和運維注重可靠性、可維護性、靈活性、經濟性、可擴展性和節(jié)能環(huán)保等要求。通過對“列頭柜+電纜”配電方式和“靈活母線”配電方式的綜合分析，以及國際上數據中心配電方式的發(fā)展趨勢，證明采用靈活母線配電方式更有利于數據中心今后發(fā)展。