隨著大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)機房的傳統(tǒng)“列頭柜+電纜" 配電方式已經(jīng)不能滿足日新月異的供電需求,于是出現(xiàn)了一種更加靈活的配電方案:機架母線配電技術(shù),釆用“始端箱+母線槽+終端箱"的配電形式,實現(xiàn)對電子信息設備進行柔性配電、保護、擴容、監(jiān)測等多種功能,提高了數(shù)據(jù)中心供電穩(wěn)定性、 靈活性的同時,大大提高了單位空間的裝機率,為數(shù)據(jù)中心帶來額外的收入。
1傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式存在的問題
1.1列頭柜浪費空間,裝機率低下
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式需要在每列加裝一個電源列頭柜及空調(diào)列頭柜,占用機房空間,影響數(shù)據(jù)中心的裝機率,制約公司IDC業(yè)務的發(fā)展。
1.2可靠性低,擴展困難
釆用傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方案,列頭柜內(nèi)布線復雜,故障點較多,降低系統(tǒng)的可靠性;對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求,需要重新敷設新電纜,增加項目投資、施工復雜且周期長,擴展困難。
1.3列頭柜監(jiān)控系統(tǒng)存在單點隱患
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式是由低壓電纜進入列頭柜,通過主路控制開關(guān)控制各分路開關(guān),再由分路開關(guān)控制各機柜PDU 供電,且還要實現(xiàn)眾多點位的電源監(jiān)控,但凡列頭柜監(jiān)控模塊出現(xiàn)故障,將會導失去整列機柜的電源監(jiān)控,存在單點隱患,而且此類故障一般只能由廠家工程師現(xiàn)場調(diào)試更換后才能恢復,若在此期間發(fā)生宕機,將不能及時處理,產(chǎn)生嚴重后果。
1.4安裝工作復雜,易產(chǎn)生維護隱患
傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式接線工作量大、周期長,施工工藝與水平參差不齊,存在人為接線錯誤、標簽標識錯誤、動力線監(jiān)控線虛接等各類問題,對運行維護造成重大隱患。
2總體解決方案描述
為了克服上述問題,本文提出了釆用了 “始端箱+母線槽+終端箱"的機架母線(以下簡稱機架母線)配電方式實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心設備的配電、保護、擴容、監(jiān)測等多種功能,該配 電方式由始端箱、導軌式母線槽、終端箱(插接箱)組成,其原理是在機柜頂部預制母線槽,之后根據(jù)每一臺機柜內(nèi)設備的需要再單獨配置對應的終端箱(插接箱),放置在對應機柜的擺放位置,由終端箱(插接箱)引出電纜為機柜供電(如圖1).
3具體方案實施
3.1方案設計
母線系統(tǒng)有多種電流標準,大多數(shù)廠商產(chǎn)品都提供三種 規(guī)格:10QA、225A和400A.根據(jù)項目需求,結(jié)合母線槽系統(tǒng)的使用特點,由于建設模塊內(nèi)每列機柜均釆用兩根母線槽的雙路供電方式,由于機柜負載均為5KW,考慮到現(xiàn)階段實際應 用以及日后擴容變更、單一支路增容、冗余、備份等需求,部署于機房模塊內(nèi)的AC交流母線槽主體均釆用225A規(guī)格,可提供單列單路母線槽133KW負載需求.根據(jù)該機房柜列長度,措配多根3米及2米AC母線槽主體,以及相應的接插箱、連接件等等,完成母線槽系統(tǒng)配置。
3.2現(xiàn)場實施要點
此次改造項目選取的中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心B02 機房14模塊由于柜頂部空間分別設置了弱電線纜橋架、光纖槽、背板空調(diào)管路橋架,個別列端頭位置還有空調(diào)管理系統(tǒng)的 連續(xù)轉(zhuǎn)彎,導致空間非常緊張,機柜母線安裝困難,甚至出現(xiàn)了空調(diào)管路緊貼母線始端箱的情況.考慮到機柜母線合理的安裝位置是機柜后門位置,建議前期空調(diào)、弱電施工時,在機柜頂部空間的后部位置預留500~600nmi的空間,用于安裝兩根機柜母線,分別用于機柜A/B路供電。
由于始端箱安裝位置比較高,且始端箱內(nèi)的電氣質(zhì)量釆集參數(shù)也比較多,但在始端箱內(nèi)設置的顯示屏很難顯示完整 并且由于位置過高,無法進行操作切換頁面,建議取消顯示屏,將釆集結(jié)果顯示放到主控箱監(jiān)視屏上進行就地顯示和檢査。只在始端箱保留故障指示燈,便于后期運維人員簡單觀察和判斷始端箱是否出現(xiàn)故障。
在實施順序上,建議機柜母線和橋架同時或銜接施工,便于各方溝通相互位置,保證各子系統(tǒng)均有合理充足的操作空間。此次項目實施過程中機柜母線和背板空調(diào)管路橋架發(fā)生 沖突,因此只能將母線安裝在機柜前門位置,導致端接箱至PDU 的電纜變長,且不便于走線。而且可能造成后期維護的不便。
另外,當機柜母線和背板同時釆用時,建議按照"水(冷)/ 電分離"的原則,將背板管路系統(tǒng)放置于地板下或機柜底座中,便于分別維護,減少各系統(tǒng)間的沖突。
3.3后期調(diào)試
安裝完畢后,以B02機房樓14模塊A列為例,分別測得不同時段各插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業(yè)插座連接處溫升、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)如圖所示(如圖2)。
圖2單列機架母線系統(tǒng)測試情況
根據(jù)標準,母線槽在平均環(huán)境溫度為25℃、額定負荷狀態(tài)下,其溫升要求如下:
由此可見,當環(huán)境溫度為26℃,機柜負載6KW時,插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業(yè)插座連接處溫升、 插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態(tài)滿足要求。此外,現(xiàn)場針對整個模塊各列機柜母線做了季度試運行測試(如圖3), 結(jié)果均滿足要求。
圖3機架母線配電系統(tǒng)季度試運行情況
4 “始端箱+母線槽+終端箱"機架母線配電方式的效能分析
4.1節(jié)省空間,提高裝機率
相對于傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電方式,機架母線配電系統(tǒng)無需在機柜頂端布置強電走線架,節(jié)省機柜上方空間;更重要的是“始端箱+母線槽+終端箱"機架母線配電方式,節(jié)省列頭 柜占地,提高裝機率,就中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心機房為例,一個模塊就能節(jié)省8個機柜位置,一個機房32個模塊就 能節(jié)省出256個機柜的空間,相當于2個模塊。按照一個機柜一年6萬元租金計算,中國移動(呼和浩特)數(shù)據(jù)中心每個機房每年能增加收入1536萬元。
4.2柔性配電,即插即用
機架母線配電方式是根據(jù)每一臺機柜需求單獨配置終端箱(插接箱),這樣便于調(diào)整分路及容量,柔性配電,避免容量浪費,較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"一對一供電方式更為靈活,能做到終端箱(插接箱)即插即用,可靈活適用需求;此外,母線插接箱內(nèi)的斷路器與機柜PDU直接連接,故障點少,提高系統(tǒng)可用性;對于機柜經(jīng)常變化的負載容量需求,僅需要增加插接單元,直接帶電安裝于母線上即可完成擴展。
4.3分路釆集,智能監(jiān)控
較傳統(tǒng)“列頭柜+電纜"配電依靠列頭柜實現(xiàn)監(jiān)控的方式, 機架母線配電系統(tǒng)中的始端箱具有智能監(jiān)控模塊,支持多種通訊協(xié)議,包括Modbus RTU, Modbus TCP以及無線信號傳輸,可以無縫連接到整個建筑管理系統(tǒng)(BMS)或數(shù)據(jù)中心基礎設施管理系統(tǒng)(DCIM)中,通過標準協(xié)議與后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行集成。在智能釆集電氣參數(shù)(例如:輸入分路的電壓、電流、 功率、電度,輸出分路電流、功率、電度以及輸入分路的過壓/欠壓、輸入分路的熔絲狀態(tài)等)的同時,還能實現(xiàn)電壓、電流、功率、絕緣電阻值等參數(shù)的越限報警和重復性告警不阻塞功能, 當維護人員為了消除原已發(fā)出的告警信號而關(guān)掉了告警聲信號后,如果又產(chǎn)生新的告警,會再次自動發(fā)出聲光告警信號(如圖4)。
圖4機架母線配電系統(tǒng)監(jiān)控
4.4分散散熱,自然冷卻
隨著裝機量的增加,需要布放越來越多的電纜,嚴重阻礙空氣流通,影響制冷效果。機架母線提供同等供電能力的同時,占用體積僅為電纜橋架的35%,能更好的保持空調(diào)風道暢 通,提高制冷效率,降低電能損耗和數(shù)據(jù)中心運營成本。始端箱、母線槽、終端箱(插接箱)分開散熱,同時外殼釆用鋁合金材質(zhì),利用空氣自然冷卻,散熱效果非常好,運行過程中不產(chǎn)生噪聲或震動。
4.5安裝便捷,節(jié)省人工
相對于傳統(tǒng)"列頭柜+電纜"配電方式,省去了走線架及大量電纜敷設的時間,母線安裝全部通過膨脹螺絲及吊桿,母線槽整體吊掛,終端箱(插接箱)安裝只需通過“旋轉(zhuǎn)-鎖定"的方式即可(如圖5)。據(jù)統(tǒng)計,該技術(shù)安裝便捷,時間成本節(jié)省30%-60%(機架母線5-7天左右,傳統(tǒng)做法直流電纜工期10天左右,交流電纜工期15天左右),較電纜敷設、人工接線節(jié)省大量時間;此外母線槽及終端箱(插接箱)產(chǎn)品設計模塊化,安裝快捷的同時大大降低人為安裝錯誤率。
5 安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
5.1 概述
隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的能耗問題也越來越突出,有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設計已經(jīng)成為熱門問題,高效可靠的數(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,降低設備能耗的有效方式。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能,首先需要監(jiān)測每個用電負載,而數(shù)據(jù)中心負載回路非常的多,傳統(tǒng)的測量儀表無法滿足成本、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。
5.2 應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心。
5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1)交流
2)直流
5.4 系統(tǒng)功能
1)主頁
開機進入主頁,包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能,按按鈕可進入各功能界面查看。
2)進線參數(shù)監(jiān)測
監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率;各項及總的有功功率,無功功率,視在功率,功率因數(shù),有功電能、無功電能;電流、電壓不平衡度;電流、電壓諧波含量;最大需量。
3)出線參數(shù)監(jiān)測
分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設置、各相電流值;
負載百分比;最大需量。
4)開關(guān)狀態(tài)
左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài),主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點狀態(tài),默認為無源檢測點,分閘為綠色,合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài);默認為有源檢測點,合閘為紅色,分閘為綠色。
5)報警查詢
當前報警界面可查看實時報警和歷史報警;開關(guān)量動作告警;任意數(shù)據(jù)的定時存儲;進線過電流2段閥值越限告警,可任意設定告警值;進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警; 聲光告警功能。
5.5 系統(tǒng)硬件配置
6安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案
6.1概述
數(shù)據(jù)中心IT服務器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜,占用空間較大,配電線纜多,新增設備不便,為了節(jié)省面積,智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔,受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞,被越來越多的應用。
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)測母線槽的運行溫度,確保母線槽配電安全。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng),可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。
6.2 應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心
6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6.4 系統(tǒng)功能
1)實時監(jiān)測
在主頁點擊數(shù)據(jù)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。
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(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。
3)諧波數(shù)據(jù)
通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。
4)最大需量
顯示電壓、電流、功率的最大需量的數(shù)值及發(fā)生時間。
5)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(jù)選擇不同時間查詢電能值。
7 系統(tǒng)硬件配置
8結(jié)語
數(shù)據(jù)中心機架配電釆用“始端箱+母線槽+終端箱"的機架母線,替代“列頭柜+電纜"的傳統(tǒng)方式對通信機柜進行柔性配電,不僅靈活解決了客戶不斷變化的用電需求,提高了數(shù)據(jù)中心供電方式穩(wěn)定性,而且節(jié)省列頭柜占地,避免了容量資源浪費,大大提高了單位空間的裝機率,而且便于維護,綠色節(jié)能。