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淺談新型數(shù)據(jù)中心的智能母線配電系統(tǒng) 安科瑞 仲曉棟18795656237 0 引言 數(shù)據(jù)現(xiàn)如今對于人們的重要性不亞于人之于空氣、水。無論是個(gè)人工作生活中產(chǎn)生的各類數(shù)字信息，還是企業(yè)之間業(yè)務(wù)往來所需要的數(shù)據(jù)，亦或是國家層面的安全數(shù)據(jù)，都離不開在背后承載著連接與計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施——數(shù)據(jù)中心。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)領(lǐng)域的興起，數(shù)據(jù)中心的需求量呈現(xiàn)出爆炸式的增長。為滿足數(shù)據(jù)中心高效運(yùn)營的需求，對數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)型、持續(xù)性、靈活性、可靠性上提出了挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心末端母線系統(tǒng)逐步演變?yōu)槟┒斯┡潆姷闹髁鳟a(chǎn)品。能夠極大地規(guī)避了強(qiáng)電列頭柜加電纜早期數(shù)據(jù)中心末端供配電形式的不足，實(shí)現(xiàn)了模塊化，硬連接，可重復(fù)利用保護(hù)投資、供配電設(shè)計(jì)分離的新型高安全性末端供配電目的。數(shù)據(jù)中心末端母線系統(tǒng)已經(jīng)成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電發(fā)展的一種新方式。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；末端母線系統(tǒng)；供配電；穩(wěn)定性 1、數(shù)據(jù)中心的變化 1.1 單機(jī)柜功率密度高密化 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)的發(fā)展，在初期建設(shè)規(guī)劃過程中，并無考慮過多的冗余度，其單機(jī)柜功率密度普遍在1~3 kW之間。但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，人類進(jìn)入了信息時(shí)代。此時(shí)支撐著數(shù)據(jù)連接與計(jì)算的數(shù)據(jù)中心面臨著業(yè)務(wù)量大幅提升的現(xiàn)狀，在新建設(shè)的數(shù)據(jù)中心中，單機(jī)柜的功率密度提升到了 4~10 kW，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心可支持最大的機(jī)柜功率達(dá) 20~30 kW。為了盡可能地提高 IDC （互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機(jī)房單位面積產(chǎn)生的價(jià)值，在相同空間內(nèi)放置更多IT設(shè)備成了數(shù)據(jù)中心技術(shù)人員考慮與攻關(guān)的方向，機(jī)柜高密度的變化給配電與暖通專業(yè)帶來相應(yīng)的挑戰(zhàn)。在舊機(jī)房改造過程中，許多配電與暖通設(shè)備需要全部拆除更換全新的設(shè)備設(shè)施。這不僅造成了資源上的浪費(fèi)，也增加了企業(yè)的運(yùn)營成本。 1.2 PUE 值呈下降趨勢 PUE（電源使用效率）值等于數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE值越接近1，表示一個(gè)數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。目前，PUE 值已成為衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標(biāo)，我國數(shù)據(jù)中心的平均PUE值在2~2.5之間。由于2010年之前國家沒有綠色數(shù)據(jù)中心的要求，此前一些數(shù)據(jù)中心的PUE值高達(dá)3.0。2013 年以后新建的數(shù)據(jù)中心平均 PUE 值1.5~1.8之間。2018年北京市政府公布《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄》。目錄指出禁止新建和擴(kuò)建信息處理和存儲(chǔ)支持服務(wù)中的數(shù)據(jù)中心（PUE 值在1.4以下的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心除外）。這是政府在 建設(shè)綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心方面所釋放出來的信號(hào)，PUE值的下降呈必然趨勢。全球能源的緊張，政府的宏觀政策的調(diào)控，使得數(shù)據(jù)中心這個(gè)耗能大戶走上一條可持續(xù)發(fā)展的道路。 1.3 建設(shè)方式的改變 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)建設(shè)在本質(zhì)上是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程。早前的建設(shè)方式通過建造一棟整體的樓宇，加上供配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)裝修系統(tǒng)等數(shù)據(jù)中心配套設(shè)施。這類整體建造方式給后期的擴(kuò)容帶來了不少阻力。缺少靈活性，改造成本不亞于再造一座新的數(shù)據(jù)中心。現(xiàn)今市場中較為主流的是整體規(guī)劃、分布實(shí)施的模塊化建設(shè)方式。此種建設(shè)方式可根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，隨用隨建，可以有效降低基礎(chǔ)設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性貶值和技術(shù)性貶值，提升資金的利用率。 1.4 數(shù)據(jù)中心運(yùn)營管理的智能化趨勢 在物理上建設(shè)完成一座數(shù)據(jù)中心，并不意味著數(shù)據(jù)中心的生命周期已經(jīng)結(jié)束。對于數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維才是數(shù)據(jù)中心生命周期的開始，要真正發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的功能和作用，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營管理是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在運(yùn)維管理上更多地是依靠人工的方式來進(jìn)行的。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心故障的所有因素中，技術(shù)問題所占比例很小，但是人為失誤引發(fā)的故障占近70%的比例。人為的不可控是數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)營較大的干擾因素之一，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人將融入更多的運(yùn)營管理應(yīng)用場景，代替可控度不確定的人工操作，減少數(shù)據(jù)中心的故障率。 2、數(shù)據(jù)中心末端母線介紹 數(shù)據(jù)中末端母線是指0.69KV，800A以下應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的末端供配電系統(tǒng)，應(yīng)用電纜或密集型母排自上級(jí)配電柜出線測饋入供電始端單元，通過母線導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)供電，再由配電單元饋電至機(jī)柜測用電設(shè)備。 2.1數(shù)據(jù)中心末端配電結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心根據(jù)負(fù)荷容量選用35KV或10KV作為進(jìn)線，根據(jù)不同等級(jí)配置單路或者雙路變壓器及UPS，為IT設(shè)備供電，而制冷和輔助設(shè)備一般會(huì)有單獨(dú)的配電回路。UPS配電后端的設(shè)備，稱之為數(shù)據(jù)中心末端配電。 傳統(tǒng)末端配電設(shè)備包括：列頭柜，精密配電柜，PDU等。隨著數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步發(fā)展，對大功率，高可靠，模塊化的需求日益加劇，機(jī)房末端母線產(chǎn)品，逐漸成為一種替代列頭柜的優(yōu)勢方案，為更多客戶所接受。 機(jī)房末端母線系統(tǒng)方案很好地解決了傳統(tǒng)列頭柜施工困難、增容困難、壽命短等問題，特備是對于大容量、高壓直流的配電方案和面對機(jī)柜使用客戶需要經(jīng)常變化配置的機(jī)房應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢。 2.2末端母線供電模式 末端母線配電的工作形式可以分為雙路熱備份和一主一備的冷備份方式，目前采用的主流方案是雙路熱備份的配電方案。 1.2.1雙路熱備份 采用兩路母線供電，兩路母線分別來自不同的UPS和變壓器。平時(shí)各占50%負(fù)荷，一旦一路失電需要一路帶100%的負(fù)荷。此種方式可以在發(fā)生斷電故障時(shí)候進(jìn)行快速切換，是目前比較常用的一種母線配電形式。 1.2.2一主一備（冷備份） 采用兩路母線供電，兩路母線分別來自不同的UPS和變壓器。分為主備回路，平時(shí)主回路承載100%負(fù)荷容量，備用回路不帶電，主回路失電后，備用回路自動(dòng)切換。此種配電形式比較直觀，一路設(shè)備相對線路損耗比較少。但是主路負(fù)荷即是全部負(fù)荷，對設(shè)備要求比較高，對母線溫升需要進(jìn)行特殊規(guī)范，需要比雙路熱備份要求更低才不會(huì)由于母線溫升導(dǎo)致對己方環(huán)境產(chǎn)生影響。冷備份的方案適合對供電可靠性要求比相對比較低的場景 3、智能母線槽方案優(yōu)勢 3.1智能母線槽具有高度的靈活性 傳統(tǒng)列頭柜方案，其配電方式為UPS出線柜之后接配電列頭柜，之后通過線纜為每臺(tái)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備供電。采用放射狀供配電結(jié)構(gòu)，即每個(gè)機(jī)柜通過一根電纜與列頭配電柜線纜一對一連接，今后新增或機(jī)柜擴(kuò)容變更提升功率時(shí)需要重新排放電纜。 智能小母線擺脫了傳統(tǒng)列頭柜布線困難的問題，部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有的預(yù)期機(jī)柜上方即可完成部署，可以依據(jù)用戶的進(jìn)駐實(shí)現(xiàn)即需即安裝。個(gè)別機(jī)柜增加輸出容量或者回路數(shù)量無需對母線槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。 3.2智能母線槽投入快，施工周期短 采用軌道式小母線系統(tǒng)安裝部署快速，如使用傳統(tǒng)列頭柜加線纜模式，完成一個(gè)機(jī)房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設(shè)，電纜對接等多個(gè)繁瑣工序。而部署母線系統(tǒng)只需10-15天就可以完成一個(gè)機(jī)房的交付，節(jié)約大量的施工時(shí)間和人工投入同時(shí)也節(jié)省了橋架和電纜的需求。可提前近1個(gè)月交付客戶使用。 3.3智能母線槽系統(tǒng)安全性更高、使用壽命更長 由于小母線主要結(jié)構(gòu)為“鋁合金外殼+B級(jí)及以上絕緣護(hù)套+銅母排”，一方面使得整個(gè)輸電干線的電氣穩(wěn)定性（包括短時(shí)耐受電流、過載能力)更強(qiáng):另一方面，整條母線系統(tǒng)的散熱性極好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。 3.4母線增加了機(jī)房的利用率和收益 采用母線方式由于省去了強(qiáng)電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個(gè)IT機(jī)柜。一般每20個(gè)左右IT機(jī)柜配置1臺(tái)強(qiáng)電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機(jī)柜數(shù)量，按一個(gè)機(jī)房1000個(gè)機(jī)柜為例，原需要50個(gè)列頭柜，采用母線后機(jī)房IT機(jī)柜可達(dá)1050個(gè)，每個(gè)機(jī)柜租賃利潤2萬/年計(jì)算，可增加年利潤100萬。 因此，智能小母線作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對傳統(tǒng)的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續(xù)增長，正是由于以上優(yōu)點(diǎn)做支撐。 4、安科瑞智能小母線解決方案 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(yùn)行溫度，確保母線槽配電安全。 4.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
4.2、系統(tǒng)功能 4.2.1主菜單 用戶登錄進(jìn)入主菜單頁面，主菜單上顯示有數(shù)據(jù)采集、報(bào)警查詢、參數(shù)設(shè)置和幫助四個(gè)板塊，點(diǎn)擊任意板塊可進(jìn)入對應(yīng)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)查看及參數(shù)、功能編輯。
4.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測 在主頁點(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。
4.2.3 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(shí)現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。
4.2.4 諧波數(shù)據(jù) 通過點(diǎn)擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)；
4.2.5 最大需量 顯示電壓、電流、功率的最大需量的數(shù)值及發(fā)生時(shí)間；
4.2.6 電能查詢 電能情況可以查詢上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)間查詢電能值。
4.3 配置方案
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