摘要：從數(shù)據(jù)中心終端供配電系統(tǒng)的安全性和可行性出發(fā)，分析了當前電力數(shù)據(jù)中心機柜終端供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案，以及各種設(shè)計方案的優(yōu)缺點。重點分析研究智能母線槽配電方案，深入探討其可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，為關(guān)鍵電力負荷提供可靠的用電保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；頭柜配電；智能母線槽；模塊化頭柜；可靠性

前言

 電力數(shù)據(jù)中心是電力企業(yè)通信、調(diào)度、信息、營銷、運營、綜合管理和分析決策服務的公共信息平臺，是業(yè)務應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺，是電力企業(yè)跨業(yè)務、跨流程高級應用的重要支持平臺¨1。電力數(shù)據(jù)中心不僅包括信息系統(tǒng)應用服務，還包括綜合數(shù)據(jù)通信鏈路和綜合環(huán)境控制基礎(chǔ)設(shè)施，其中配電系統(tǒng)是支持電力數(shù)據(jù)中心正常運行的關(guān)鍵設(shè)施之一。低可靠性供電是數(shù)據(jù)中心服務中斷的主要原因。如何優(yōu)化和提高配電系統(tǒng)的可用性和安全性，提高設(shè)備更換和擴展的靈活性，提高操作和維護的便利性，確保供電系統(tǒng)的連續(xù)運行，是電力數(shù)據(jù)中心經(jīng)理面臨的主要問題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的終端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)信息業(yè)務數(shù)據(jù)中心（以下簡稱“數(shù)據(jù)中心"）實施案例為研究對象，對幾種主要數(shù)據(jù)中心柜供電方案進行比較研究，分析其優(yōu)缺點和應用場景，為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負荷提供可靠用電保障的參考方案。

一數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定

 數(shù)據(jù)中心按照現(xiàn)行國家標準《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》(GB50174)．2017年[41、電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計規(guī)范(GB／T50980-2014)要求施工，采用A、B雙路系統(tǒng)供電。數(shù)據(jù)中心末端的配電范圍是指從UPS輸出配電柜輸出端引出到機柜PDU插座端的IT設(shè)備和服務器。相關(guān)配電系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)拓撲圖

二機柜端列頭柜配電方案

1傳統(tǒng)的排頭柜供電方式

 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機柜端配電采用配電頭柜和電纜配電方式。同時，每個機柜配備兩個PDU插座，通過電纜從頭柜取電。頭柜和機柜之間通常有兩種供電方式。

（1）模式一

 每個列頭柜同時配備A、B主輸送開關(guān)和相應的饋線開關(guān)，每個機柜從1個列頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

（2）模式二

 每個列頭柜配有A或B主輸入開關(guān)和相應的饋線開關(guān)，每個機柜從2個列頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

(3)模式一與模式二的比較

 可靠性和可用性比較：供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置直接決定了數(shù)據(jù)中心的可用性和可靠性。如果一個系統(tǒng)由子系統(tǒng)組成，任何子系統(tǒng)的故障都將直接影響系統(tǒng)的正常運行。

 一種模式采用一個列頭柜為終端設(shè)備提供A、B路電源，模式2分布在兩個列頭柜中，為終端設(shè)備提供A路或B路電源。按照國家標準，A機房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正常運行時，模式1和模式2均滿足容錯要求，即A、B路任何一路故障都不影響終端設(shè)備的運行。從運維管理的角度來看，當模式1中的一路出現(xiàn)故障時，由于A、B兩個電源均在一個頭柜內(nèi)，因此需要停電維護，增加了運行維護的難度和可操作性。當頭柜配置較低時，一路故障可能導致另一路故障。因此，從可靠性和可用性的比較來看，模型二相對較高。

 成本比較：模式1和模式2兩種頭柜配置相同時，頭柜進線電纜長度相同，頭柜與機柜之間的電纜(WDZB)．YJV3×6mm：以配置為例)，每個機柜模式的二比模式超過3米，差別不大。因此，與兩種供電模式相比，每個機柜從兩個機柜取電的可用性高于從同一機柜取電的可用性，成本差別不大。

2傳統(tǒng)的排頭柜配置

 比較機柜作為數(shù)據(jù)中心機房終端配電管理的核心設(shè)備，需要滿足配電、監(jiān)控、測量、保護、報警等功能。隨著信息設(shè)備的進一步集中，數(shù)據(jù)中心對供電可靠性和可管理性的要求越來越高。同時，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的整合，機柜的高智能技術(shù)也逐漸成熟，從第一代簡單的智能機柜逐漸演變?yōu)楦咧悄艿谒拇夹g(shù)。

列頭柜的發(fā)展大致分為四代，如下：

一代：普通開關(guān)水平安裝，配備機械表和指示燈，只有配電功能，無檢測和通信功能。

二代：多采用開關(guān)垂直安裝，在進線端增加數(shù)字電表或觸摸屏和通信接口，只監(jiān)控主路，不監(jiān)控分路。

三代：在二代的基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控，實現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理。

四代：在三代的基礎(chǔ)上，完善智能技術(shù)，集中開關(guān)模塊化、二次元件模塊化、調(diào)整、監(jiān)控和集成。

其中，一代和二代是傳統(tǒng)配電柜，三代是數(shù)據(jù)中心常用的精密配電柜，四代是模塊化精密配電柜口，從柜集成、監(jiān)控、

三機柜配電智能母線槽方案

1智能母線槽概算

 機柜端配電采用智能母線槽作為機柜端配電的成熟技術(shù)之一，應用于國內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心。目前國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心的應用案例很多，數(shù)據(jù)中心也采用智能母線槽供電方案。如圖4所示：

圖4智能母線槽供電方案

2智能母線槽要求

(1)總體方案

 本數(shù)據(jù)中心實施的機柜母線槽供電方案滿足A機房要求，采用2N供電方式15、6jo]，如圖5所示。

圖5智能母線槽供電方案圖

 主機房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2輸出APS系統(tǒng)、B路主線槽(IP544)．1250A密集母線)連接到機房每個機柜的前通道，每個機柜端母線槽的開始箱通過電纜與主母線槽上的插入箱連接。

(2)設(shè)計要點

 機柜端智能母線槽主要包括“進線箱、直線段、插接箱"，如圖6所示。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖

進線箱：用于整個母線供電，通過UPS主母線插入箱斷路器連接電源，配備測量單元和通信單元，監(jiān)測電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

直線段：用于承載電流，通過插接口和插接箱為機柜供電。根據(jù)插接箱的安裝方式，可分為軌道滑動母線槽和固定母線槽兩種類型。兩者的最大區(qū)別在于軌道母線槽內(nèi)置滑動導軌，其插接箱可以直接在母線上滑動，以靈活滿足機柜的位置需求。固定母線槽直段標準化設(shè)計密集插接口，間距一般為0．6米和1．2米，基本能滿足高密度多變機柜擺放的需要。軌道滑動觸摸母線槽更適合當前數(shù)據(jù)中心設(shè)備機柜布局和變化調(diào)整的要求。

插件箱：插件箱用于從母線直段取電，支持熱插件、拔出和調(diào)節(jié)，配備測量單元、通信單元、防雷單元和工業(yè)連接器單元，監(jiān)控柜端電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

安裝方式：

 母線槽安裝方便快捷，可采用機柜頂部安裝和地板底部安裝兩種方式。機柜頂部安裝一般需要預留1米左右的垂直空間，應考慮強弱電橋、風管、照明等因素；地板安裝一般需要預留0．垂直空間約6米，應考慮地板下送風氣流的組織因素。如圖7所示。本案數(shù)據(jù)中心機房梁底4米?？紤]到機柜上方的綜合管道和下送風，機柜端的母線槽采用機柜上的安裝方式和A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

(3)監(jiān)控管理

 機柜端智能母線槽通過配置電能儀表、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通信接口單元等部件，實時監(jiān)控電流、電壓、功率和功率，實時顯示各機柜PDU的運行狀態(tài)，實現(xiàn)機柜的精確監(jiān)控和能效管理?？蓪崿F(xiàn)故障報警，實時監(jiān)控電能質(zhì)量，包括負載系數(shù)、諧波含量等，所有監(jiān)控參數(shù)最終集成到母線系統(tǒng)監(jiān)控單元模塊，通過開放通信協(xié)議接口與機房綜合監(jiān)控系統(tǒng)對接，可實時檢查數(shù)據(jù)中心機房運行情況，任何監(jiān)控點故障，可在系統(tǒng)顯示界面找到相應號碼，使維護人員快速響應，大大降低維護工作量。如圖8所示。

圖8智能母線槽監(jiān)控圖

四智能小母線監(jiān)控解決方案

 數(shù)據(jù)中心IT服務器傳統(tǒng)配電采用精密配電柜，占用空間大，配電電纜多，新設(shè)備不方便。為了節(jié)省面積，智能小母線方案受到許多數(shù)據(jù)中心的青睞，因為它不占用機房面積，可以根據(jù)需要靈活插拔。

 安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為溝通和DC母線監(jiān)控兩類，包括開始箱監(jiān)控模塊、插入箱監(jiān)控模塊和觸摸屏。此外，還可與母線槽連接器紅外溫度測量模塊配合，監(jiān)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電的安全。通過標準網(wǎng)線手拉手，可以實現(xiàn)任何插入箱的數(shù)據(jù)上傳和通信，不影響其他在線運行。

1智能母線監(jiān)控

五結(jié)束語

可靠性、可維護性、經(jīng)濟性、可擴展性、節(jié)能環(huán)保是電力數(shù)據(jù)建設(shè)和運行維護的幾個關(guān)鍵要素，供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)IT信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的終端配電應采用更高的可用性、更高的安全性和靈活性的配電結(jié)構(gòu)。智能母線槽是電力數(shù)據(jù)中心終端配電的方案之一。

【參考文獻】

【l】吳勁松，李光泰，李舒濤，王玉庭，張學昶．電力數(shù)據(jù)中心機柜端配電設(shè)計探討[J]．云南電力技術(shù)，2019(47)：68-72．

【2】李峰．數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計[J]．通信技術(shù)，2010，43(6)：47-47．

【3】段俊城．供配電系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性[J]．建筑電氣，2008，27(8)：10-13．

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.5版