摘要：本文從數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)的安全性、可行性角度出發(fā)，分析當(dāng)前電力數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以及每種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)分析和研究智能母線槽配電方案，對(duì)其可靠性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行深入探討，為關(guān)鍵電力負(fù)載提供可靠性的用電保障。

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

   0前言

      電力數(shù)據(jù)中心是電力企業(yè)通信、調(diào)度、信息、營(yíng)銷(xiāo)、經(jīng)營(yíng)、綜合管理及分析決策等服務(wù)的公共信息平臺(tái)，是各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺(tái)，是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨流程級(jí)應(yīng)用的重要支持平臺(tái)¨1。電力數(shù)據(jù)中心既包含信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)，還包括綜合數(shù)據(jù)通信鏈路、綜合環(huán)境控制基礎(chǔ)設(shè)施，其中配電系統(tǒng)是支撐電力數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行*為關(guān)鍵的設(shè)施之一。低可靠性供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)中斷*主要原因。如何優(yōu)化提配電系統(tǒng)的可用性和安全性，增加設(shè)備更換擴(kuò)容的靈活性，提運(yùn)維便利性，確保供電系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，是電力數(shù)據(jù)中心管理者所面臨的重大課題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的末端供電可靠性出發(fā)，以南方電網(wǎng)某信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本數(shù)據(jù)中心")實(shí)施案例為研究對(duì)象，對(duì)幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對(duì)比研究，分6R析其優(yōu)缺點(diǎn)，以及應(yīng)用場(chǎng)景，提出為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供可靠性用電保障的參考方案。

1數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定

      本數(shù)據(jù)中心按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174．2017)【41和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T50980—2014)的要求建設(shè)，采用A、B雙路系統(tǒng)進(jìn)行供電。數(shù)據(jù)中心末端配電的范圍指從UPS輸出配電柜輸出端引出至機(jī)柜PDU插座端，供電對(duì)象為機(jī)柜承載的IT設(shè)備和服務(wù)器，相關(guān)配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2機(jī)柜端列頭柜配電方案

2．1傳統(tǒng)列頭柜供電方式

       傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電采用配電列頭柜加電纜的配電方式，同時(shí)每個(gè)機(jī)柜配置兩條PDU插座，通過(guò)電纜從列頭柜取電。列頭柜與機(jī)柜之間的供電一般有兩種模式。

2．1．1模式一

       每個(gè)列頭柜同時(shí)配置A和B兩路主輸人開(kāi)關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從1個(gè)列頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

2．1．2模式二

       每個(gè)列頭柜配置A或B兩路主輸入開(kāi)關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)，每個(gè)機(jī)柜從2個(gè)列頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

2．1．3模式一和模式二比較

       1)可靠性和可用性比較：供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及配置直接決定了數(shù)據(jù)中心的可用性和可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組成的，則任何一個(gè)子系統(tǒng)的故障將直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

模式一采用1個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A、B路電源，模式二分布在兩個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A路或B路電源。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，正常運(yùn)行情況下，模式一和模式二均滿(mǎn)足容錯(cuò)要求，即當(dāng)A、B路任何一路出現(xiàn)故障時(shí)均不影響末端設(shè)備運(yùn)行。從運(yùn)維管理角度考慮，模式一中的一路出現(xiàn)故障時(shí)，因A、B兩路供電均在一個(gè)列頭柜內(nèi)，因此需停電維護(hù)，增加了運(yùn)維的難度和可操作性。當(dāng)列頭柜內(nèi)配置較低時(shí)，存在任何一路故障時(shí)有可能對(duì)另外一路造成故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，從可靠性和可用性比較，模式二相對(duì)較。

        2)成本比較：模式一和模式二兩種列頭柜同等配置情況下，列頭柜進(jìn)線電纜長(zhǎng)度相同，列頭柜與機(jī)柜之間電纜(以WDZB．YJV3×6mm：配置為例)，每面機(jī)柜模式二比模式一多3米，相差不大。因此，對(duì)于列頭柜兩種供電模式比較，每個(gè)機(jī)柜從兩個(gè)列頭柜取電可用性比從同一個(gè)列頭柜取電可用性，而成本差異不大。

2．2傳統(tǒng)列頭柜配置

       比較列頭柜作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電管理的核心設(shè)備，需滿(mǎn)足配電、監(jiān)控、測(cè)量、保護(hù)、告警等作用。由于信息化設(shè)備進(jìn)一步集中，數(shù)據(jù)中心對(duì)供電可靠性和可管理性要要求越來(lái)越，同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，列頭柜度智能化的技術(shù)也逐步成熟，從代簡(jiǎn)單智能列頭柜逐步演進(jìn)到度智能第四代的技術(shù)。

       列頭柜的發(fā)展大致分為四代，如下：

       代：普通開(kāi)關(guān)水平安裝，配置機(jī)械表和指示燈，只有配電功能，無(wú)任何檢測(cè)及通訊功能。

       第二代：多數(shù)采用開(kāi)關(guān)豎直安裝，在進(jìn)線端加人數(shù)字電表或觸摸屏和通訊接口，只監(jiān)控主路，未監(jiān)控分路。

       第三代：在第二代基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理。

       第四代：在第三代基礎(chǔ)上提了智能化技術(shù)，集中開(kāi)關(guān)模塊化、二次元件模塊化、調(diào)相、監(jiān)控與一體。

       其中，代和第二代為傳統(tǒng)配電柜，第三代為目前數(shù)據(jù)中心常用精密配電柜，第四代為模塊化精密配電柜口，從柜體集成、監(jiān)控、

3機(jī)柜配電端智能母線槽方案

3．1智能母線槽概算

       機(jī)柜端配電采用智能化母線槽作為機(jī)柜端配電成熟技術(shù)之一，為國(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心所應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心已有多個(gè)應(yīng)用案例，本數(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

3．2智能母線槽要求

3．2．1整體方案

       本數(shù)據(jù)中心實(shí)施的機(jī)柜母線槽供電方案滿(mǎn)足機(jī)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

       主機(jī)房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2中UPS系統(tǒng)輸出A、B路主干母線槽(本案采用IP54．1250A密集母線)接人至機(jī)房每列機(jī)柜前段通道，每列機(jī)柜端母線槽始端箱通過(guò)電纜與主干母線槽上的插接箱進(jìn)行連接。

3．2．2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3．2．2．1

        主要構(gòu)成機(jī)柜端智能母線槽包含“進(jìn)線箱、直線段、插接箱"，如圖6所示。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖

       1)進(jìn)線箱：用作整條母線供電，通過(guò)電纜從UPS主干母線插接箱斷路器連接取電，并在箱體內(nèi)配置測(cè)量單元和通訊單元，監(jiān)測(cè)電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

       2)直線段：用于承載電流、通過(guò)插接口和插接箱為機(jī)柜供電。根據(jù)插接箱安裝方式分兩種類(lèi)型，為軌道滑觸式母線槽和固定式母線槽，兩者*大區(qū)別在于軌道式母線槽內(nèi)置滑觸導(dǎo)軌，其插接箱可以直接在母線上滑動(dòng)，以靈活適應(yīng)機(jī)柜的位置擺放需求。而固定式母線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插接口，間距一般為0．6米和1．2米，基本能滿(mǎn)足密度多變化的機(jī)柜擺放需求。軌道滑觸式母線槽更適合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜布置和變化調(diào)整需求。

       3)插接箱：插接箱用于從母線直身段取電，支持熱插拔和調(diào)相，內(nèi)部配置測(cè)量單元、通訊單元、防雷單元及工業(yè)連接器單元等，可監(jiān)測(cè)機(jī)柜端電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

3．2．2．2安裝方式

       母線槽安裝方便快捷，可采用機(jī)柜上方安裝和地板下安裝兩種方式。機(jī)柜上方安裝一般需要預(yù)留1米左右垂直空間，需考慮強(qiáng)弱電橋架、風(fēng)管、照明等因素；地板下安裝一般需要預(yù)留0．6米左右垂直空間，需考慮地板下送風(fēng)氣流組織因素。如圖7所示。本案數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米，考慮機(jī)柜上方綜合管線和下送風(fēng)等因素，機(jī)柜端母線槽采用機(jī)柜上安裝方式并A、B垂直上下安裝。

圖7智能母線槽安裝示意圖

3．2．3監(jiān)控管理

         機(jī)柜端智能母線槽通過(guò)在進(jìn)線箱、插接箱配置電能儀表、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通訊接口單元等元件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流，電壓，功率和電量，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)機(jī)柜PDU的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜的精密監(jiān)控和能效管理。可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量，包括負(fù)載系數(shù)，諧波含量等，所有監(jiān)測(cè)參數(shù)將*終匯集到母線系統(tǒng)的監(jiān)控總單元模塊，通過(guò)開(kāi)放通訊協(xié)議接口可與機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況，任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對(duì)應(yīng)編號(hào)，以便維護(hù)人員迅速作出響應(yīng)，大大減少檢修工作量。如圖8所示。

圖8智能母線槽監(jiān)控圖

4智能母線槽配電方案優(yōu)勢(shì)

4．1可靠性對(duì)比

       1)智能化插接母線相對(duì)傳統(tǒng)的“列頭柜+電纜"，既避免電纜所帶來(lái)的諸如電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良等施工工藝問(wèn)題，將傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電工程安裝*大程度轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)制產(chǎn)品拼接，提升整體系統(tǒng)成品質(zhì)量可靠性。

2)相對(duì)傳統(tǒng)列頭柜集中配電管理，當(dāng)任意一個(gè)機(jī)柜端供電故障時(shí)，采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響范圍。

4．2靈活性對(duì)比

       1)智能化插接母線不需要敷設(shè)橋架和電纜，供電架構(gòu)清晰明朗，提機(jī)房整潔度。

        2)智能化插接母線可根據(jù)機(jī)柜數(shù)量、位置、功率密度的變化靈活地調(diào)整母線的長(zhǎng)度、走向、機(jī)柜端開(kāi)關(guān)容量或相位。

        3)智能化插接母線在進(jìn)行巡檢或故障維護(hù)時(shí)，可降低系統(tǒng)維護(hù)影響范圍和檢修工作量。

4)系統(tǒng)支持部件級(jí)在線熱插拔擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求分期投資擴(kuò)容。

4．3成本對(duì)

       1)智能化插接母線降低了空間占用率，采用智能母線槽可省去配電列頭柜，并且不占用任何地面面積，節(jié)省的地板空間可用于擺放IT機(jī)柜，可降低機(jī)柜容積比，提升機(jī)房?jī)?nèi)部地面空間利用率。本信息中心機(jī)房采用智能化插接母線大約可降低大約6％的容積比，按機(jī)房面積單位造價(jià)可創(chuàng)造約800萬(wàn)元 空間價(jià)值。

       2)采用智能化插接母線可降低運(yùn)行維護(hù)成本，規(guī)避了傳統(tǒng)方式所帶來(lái)的后期運(yùn)維工作量大、運(yùn)維周期不可控以及人為干預(yù)帶來(lái)的安全性降低等問(wèn)題。

      3)比可隨時(shí)根據(jù)客戶(hù)需要調(diào)整配置，減少技改投資。

5智能小母線監(jiān)控解決方案

       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，配電線纜多，新增設(shè)備不便，為了節(jié)省面積，智能小母線方案由于不占用機(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。 

       安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線監(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槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)行溫度，確保母線槽配電安全。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

5.1 智能母線監(jiān)測(cè)

6結(jié)束語(yǔ)

       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)中心末端配電應(yīng)采用具備更可用性、更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)不同種機(jī)柜端配電方式的對(duì)比分析，以及結(jié)合實(shí)際案例應(yīng)用分析智能母線槽設(shè)計(jì)要求、安裝方式、對(duì)比優(yōu)勢(shì)，智能母線槽是電力數(shù)據(jù)中心末端配電的優(yōu)選方案之一。

【參考文獻(xiàn)】

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【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版

1.       【技術(shù)支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號(hào)：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺(tái)：變電所運(yùn)維云平臺(tái)、分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)、建筑能耗云平臺(tái)、企業(yè)能源管控平臺(tái)、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、安全用電管理云平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達(dá)保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)；

4.       中壓測(cè)控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、線路保護(hù)裝置、配電變保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置、備自投保護(hù)裝置、電容器保護(hù)裝置、PT檢測(cè)裝置、低壓備自投裝置、公共測(cè)控裝置、防孤島保護(hù)裝置、電流互感器過(guò)電壓保護(hù)器、溫濕度控制器、無(wú)源無(wú)線測(cè)溫傳感器、CT取電無(wú)線測(cè)溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護(hù)：弧光保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動(dòng)機(jī)(馬達(dá)）保護(hù)器、低壓線路保護(hù)器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測(cè)儀表、可編程直流電測(cè)儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測(cè)電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費(fèi)表、多用戶(hù)計(jì)量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無(wú)線多回路計(jì)量交流/直流表、無(wú)線多回路環(huán)保檢測(cè)模塊、正反向直流電能表、無(wú)線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護(hù)器、諧波保護(hù)器、靜止無(wú)功發(fā)生器、濾波補(bǔ)償裝置、電力電容補(bǔ)償裝置、集成式諧波抑制電力電容補(bǔ)償裝置、投切開(kāi)關(guān)、功率因數(shù)補(bǔ)償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器、剩余電流探測(cè)器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計(jì)量、無(wú)線測(cè)溫顯示單元、故障電弧探測(cè)器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)裝置、醫(yī)療機(jī)構(gòu)絕緣報(bào)警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)裝置、電氣防火限流式保護(hù)器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車(chē)智能充電樁、汽車(chē)充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機(jī)、無(wú)線通信終端（無(wú)線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開(kāi)口式互感器、一次小電流互感器、0.2級(jí)電流互感器、低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器專(zhuān)用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號(hào)隔離器、有功功率變送器、無(wú)功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護(hù)器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測(cè)儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；

進(jìn)儲(chǔ)能群、電力群、光伏群；找供應(yīng)商、找客戶(hù)、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）