淺談數(shù)據(jù)中心新型末端母線配電系統(tǒng)

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段，而數(shù)據(jù)中心也正朝著大型化、高密度、綠色環(huán)保、模塊化方向發(fā)展。為適應(yīng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的迅猛發(fā)展，滿足數(shù)據(jù)中心高效運(yùn)營的需求，對(duì)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*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(cè)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(cè)用電設(shè)備。

1.1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(duì)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(shì)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(duì)于大容量、高壓直流的配電方案和面對(duì)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(shì)。

1.2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(duì)線路損耗比較少。但是主路負(fù)荷即是全部負(fù)荷，對(duì)設(shè)備要求比較高，對(duì)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(duì)己方環(huán)境產(chǎn)生影響。冷備份的方案適合對(duì)供電可靠性要求比相對(duì)比較低的場景。

1.3母線部署方案

1.3.1吊桿安裝

母線傳統(tǒng)部署方式，吊桿安裝，母線的安裝路徑需要提前設(shè)計(jì)，以避開弱電和其他管道，一般母線的部署需要在弱點(diǎn)和橋架之前。另外，對(duì)于層高受限，天花板不具備吊裝環(huán)境的情況，則需要考慮其他方式。

1.3.2解耦合安裝

微模塊安裝的母線方案，往往需要整體與環(huán)境解耦合，不依賴于環(huán)境部署，母線直接在機(jī)柜后上部用支架架設(shè)。這種方式可以減少縱向架設(shè)空間。解耦合方案中還有兩種形式，一種是支架吊裝方案，一種是托舉架空方案。

1.3.3分層架設(shè)

分層架設(shè)，為了對(duì)雙路母線進(jìn)行維護(hù)和操作，母線可進(jìn)行分層架設(shè)設(shè)計(jì)，對(duì)于一些固定安裝的母線方案，由于產(chǎn)品的插接箱在側(cè)面，更多采用雙層架設(shè)的方案，可以減小末端母線安裝的空間需求，也為弱點(diǎn)光纖橋架等留出了更大的部署空間。騰訊T-Block方案采用的就是這種架設(shè)方式。

2機(jī)房母線的組成

2.1始端箱

作為機(jī)房母線的進(jìn)線端口，和母線智能化插接箱所有信號(hào)的收集端口。始端箱以按照客戶要求上進(jìn)或者側(cè)進(jìn)，可以根據(jù)客戶具體需求配置塑殼斷路器和浪涌保護(hù)器。對(duì)于同側(cè)布置的始端箱，需要考慮后期如何方便維護(hù)，可以錯(cuò)開或者上下兩層布置，也可以將始端箱柜門開在側(cè)面方便維護(hù)。始端箱進(jìn)線口需用電纜法蘭進(jìn)行絕緣保護(hù)，始端箱內(nèi)銅排布置應(yīng)滿足絕緣和爬電距離要求。上進(jìn)或側(cè)進(jìn)線(左進(jìn)線或右進(jìn)線)需要提前考慮，采用不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。始端箱電流一般在160A-630A之間。

2.2插接箱

滑軌式母線的配電單元多采用插接箱形式，插接箱負(fù)責(zé)機(jī)房母線的出線，目前大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求可以滿足100A出線，實(shí)際使用中32A居多。一般一個(gè)插接箱3路出線，分別分配到3臺(tái)機(jī)柜，每個(gè)回路采用1P斷路器，取自母線上A、B、C三相電源，可以保證三相配電平衡。插接箱分為單相和三相配置，具體配置和客戶負(fù)載容量相關(guān)。插接箱可以配置智能表計(jì)，采用485接口，串聯(lián)連接，測(cè)量整條母線所有出線的電氣參量。采用集中在始端箱或者一塊HMI屏幕上顯示，方便后期的集中管理和操作。

2.3直線段

作為機(jī)房母線，直線段承擔(dān)了輸送電流的主要任務(wù)，其母排應(yīng)充分考慮到母線運(yùn)行溫升。目前，機(jī)房母線直線段結(jié)構(gòu)大多采用空氣絕緣，部分采用密集型母線，少數(shù)廠家采用固體絕緣。空氣絕緣母線產(chǎn)品支持滑軌式結(jié)構(gòu)，多點(diǎn)位插接，更適用于機(jī)房的情況。密集型母線接近傳統(tǒng)動(dòng)力母線結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但是溫升較高。固體絕緣母線可以做的更加小巧，但是整體成本較高。母線的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)目前市面上以U型和一字型排較多。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，滑軌式母線槽還需注意在插接箱布置時(shí)有更大的接觸面積，以便控制溫升。

3安科瑞智能小母線解決方案

圖1、母線監(jiān)控裝置技術(shù)參數(shù)

圖2、母線監(jiān)控裝置實(shí)物圖片

圖3、母線監(jiān)控裝置通訊組網(wǎng)示意圖

圖4、母線監(jiān)控裝置系統(tǒng)架構(gòu)圖

4結(jié)語

使用末端母線系統(tǒng)，很大的提高資金的回報(bào)率，分期投資，避免浪費(fèi)，增加了機(jī)房的有效出租面積，快速交付，增加租金收益;減少發(fā)熱，降低機(jī)房制冷量，節(jié)能明顯。符合國際T-3，T-4機(jī)房的建設(shè)規(guī)范。但是目前機(jī)房末端母線還處于發(fā)展初期，設(shè)備廠商大多剛剛進(jìn)入市場，價(jià)格還高于列頭方案30%左右，所以直觀上客戶還是感覺投資過高。但是隨著新型末端母線的出現(xiàn)，技術(shù)的進(jìn)步，市場的不斷成熟，末端母線將會(huì)逐漸成為機(jī)房末端配電的主流方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]數(shù)據(jù)中心新型末端母線書.開放數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)委員會(huì).ODCC-2019-02001

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.5版.

作者簡介：任運(yùn)業(yè)，現(xiàn)任職于安科瑞微電網(wǎng)研究院，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。