浅谈电力数据中心机柜端配电设计方案及监控产品选型
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摘要：本文从数据中心末端供配电系统的安全性、可行性角度出发，分析当电力数据中心机柜端供配电系统的设计方案，以及每种设计方案的缺点。重点分析和研究智能母线槽配电方案，对其可靠性、灵活性以及经济性角度进行 深入探讨，为关键电力负载提供可靠性的用电保障。
关键词：数据中心；列头柜配电；智能母线槽；模块化列头柜；可靠性
0言 电力数据中心是电力企业通信、调度、信息、营销、经营、综合管理及分析决策等服务的公 共信息平台，是各业务应用系统的数据交换和共享平台，是电力企业跨业务、跨流程应用的重要支持平台。电力数据中心既包含信息系统应用服务，还包括综合数据通信链路、综合环境控制基础设施，其中配电系统是支撑电力数据中心正常运行关键的设施之一。 低可靠性供电是造成数据中心服务中断主要原因。如何化提高配电系统的可用性和安全性，增加设备更换扩容的灵活性，提高运维便利性，确保供电系统的不间断运行，是电力数据中心管理者所面临的重大课题之一。本文将从电力数据中心的末端供电可靠性出发，以南方电网某信息业务数据中心(以下简称“本数据中心”)实施案例为研究对象，对几种主要的数据中心机柜供电方案进行对比研究，分析其缺点，以及应用场景，提出为电力数据中心的关键负载提供可靠性用电保障的参考方案。
1 数据中心末端配电范围界定 本数据中心按现行家标准《数据中心设 计规范》(GB 501 74．2017)和《电力调度通信中心工程设计规范》(GB／T 50980—2014)的要求建设，采用A、B双路系统进行供电。 数据中心末端配电的范围指从UPS输出配 电柜输出端引出至机柜PDU插座端，供电对象为机柜承载的IT设备和服务器，相关配电系统 拓扑图如图1所示
图1 数据中心配电系统拓扑图
2机柜端列头柜配电方案 2.1 传统列头柜供电方式 传统数据中心机柜端配电采用配电列头柜加电缆的配电方式，同时每个机柜配置两条PDU插座，通过电缆从列头柜取电。列头柜与机柜之间的供电一般有两种模式 2.1.1模式一 每个列头柜同时配置A和B两路主输人开关及对应馈线开关，每个机柜从1个列头柜取电。如图2所示。
图2单列头柜供电模式 2.1.2模式二 每个列头柜配置A或B两路主输入开关及对应馈线开关，每个机柜从2个列头柜取电。 如图3所示。
图3双列头柜供电模式 2.1.3模式一和模式二比较 1)可靠性和可用性比较：供配电系统的结构及配置直接决定了数据中心的可用性和可靠性。如果一个系统是由各子系统组成的，则任何一个子系统的故障将直接影响系统的正常运行。模式一采用1个列头柜向末端设备提供A、B路电源，模式二分布在两个列头柜向末端设备提供A路或B路电源。按照家标准*机房供配电系统结构时，正常运行情况下模式一和模式二均满足容错要求，即当A、B路任何一路出现故障时均不影响末端设备运行。从运维管理角度考虑，模式一中的一路出x故障时，因A、B两路供电均在一个列头柜内，因此需停电维护，增加了运维的难度和可操作性。当列头柜内配置较低时，存在任何一路故障时有可能对另外一路造成故障的风险。因此，从可靠性和可用性比较，模式二相对较高。 2)成本比较：模式一和模式二两种列头柜同等配置情况下，列头柜进线电缆长度 相同，列头柜与机柜之间电缆(以WDZB.YJV3×6 mm：配置为例)，每面机柜模式二 比模式一多3米，相差不大。 因此，对于列头柜两种供电模式比较，每个机柜从两个列头柜取电可用性比从同一个列头柜取电可用性高，而成本差异不大。 2.2传统列头柜配置比较 列头柜作为数据中心机房末端配电管理的核心设备，需满足配电、监控、测量、保护、告警等作用。由于信息化设备进一步集中，数据中心对供电可靠性和可管理性要要求越来越高，同时，随着电力电子技术的发展和计算机技术的融合，列头柜高度智能化的技术也逐步成熟，从一代简单智能列头柜逐步演进到高度智能四代的技术。 列头柜的发展大致分为四代，如下： 一代：普通开关水平安装，配置机械表和指示灯，只有配电功能，无任何检测及通讯 功能。 二代：多数采用开关竖直安装，在进线端加人数字电表或触摸屏和通讯接口，只监控主路，未监控分路。 三代：在二代基础上增加分路监控,实现电源监控和能源管理。 四代：在三代基础上提高了智能化技术，集中开关模块化、二次元件模块化、调相、 监控与一体。 其中，一代和二代为传统配电柜，三代为目数据中心常用精密配电柜，四代为模块化精密配电柜口，从柜体集成、监控、维护等方面进行比较，如表1所示。
表1各种类型配电列头柜对比分析
从表1所示，相比传统配电柜，从安全管理、运行管理角度看，精密配电柜可提供机房的电源管理功能，将配电系统完全纳入机房监控系统，监测内容除电气系统主母线及支路所有电气参数，为机房提供更为的管理及服务。同时，用户可以及早发现安全隐患，采取相应改进措施改善机房供电情况，有效规避风险。
3机柜配电端智能母线槽方案 3.1 智能母线槽概算 机柜端配电采用智能化母线槽作为机柜端配电成熟技术之一，为内外大型数据中心所应用。目内大型数据中心已有多个应用案例，本数据中心也采用智能母线槽供电方案，如图4所示。
图4智能母线槽供电方案
3．2智能母线槽要求 3.2.1整体方案 本数据中心实施的机柜母线槽供电方案满足机房要求，采用2N供电方式，如图5所示。 图5智能母线槽供电方案 主机房区各自从UPS室I和UPS室2中UPS系统输出A、B路主干母线槽(本案采用 IP54．1250 A密集母线)接人至机房每列机柜段通道，每列机柜端母线槽始端箱通过电缆与主干母线槽上的插接箱进行连接。 3.2.2设计要点 3.2.2.1主要构成 机柜端智能母线槽包含“进线箱、直线段、插接箱”如图6所示。
图6智能母线槽构成图
1）进线箱：用作整条母线供电，通过电缆从UPS主干母线插接箱断路器连接取电，并在箱体内配置测量单元和通讯单元，监测电流、电压、功率因数等数据。 2）直线段：用于承载电流、通过插接口和插接箱为机柜供电。根据插接箱安装方式分两种类型，为轨道滑触式母线槽和固定式母线槽，两者区别在于轨道式母线槽内置滑触导轨,其插接箱可以直接在母线上滑动，以灵活适应机柜的位置摆放需求。而固定式母线槽直身段标准化设计密集插接口，间距一般为0.6米和1.2米，基本能满足高密度多变化的机柜摆放需求。轨道滑触式母线槽更适合当数据中心设备机柜布置和变化调整需求。 3）插接箱：插接箱用于从母线直身段取电，支持热插拔和调相，内部配置测量单元、通讯单元、防雷单元及工业连接器单元等，可监测机柜端电流、电压、功率因数等数据。 3.2.2.2安装方式 母线槽安装方便快捷，可采用机柜上方安装和地板下安装两种方式。机柜上方安装一般需要预留1米左右垂直空间，需考虑强弱电桥架、风管、照明等因素；地板下安装一般需要预留0.6米左右垂直空间，需考虑地板下送风气流组织因素。如图7所示。本案数据中心机房梁底4米，考虑机柜上方综合管线和下送风等因素，机柜端母线槽采用机柜上安装方式并A、B垂直上下安装。
图7智能母线槽安装示意图 3.2.3监控管理 机柜端智能母线槽通过在进线箱、插接箱配置电能仪表、开关状态监控单元、通讯接口单元等元件实时监测电流，电压，功率和电量，实时显示每个机柜PDU的运行状态，实现对机柜的精密监控和能效管理。可实现故障报警，实时监控电能质量，包括负载系数，谐波含量等，所有监测参数将汇集到母线系统的监控总单元模块，通过开放通讯协议接口可与机房综合监控系统进行对接，可实时查看数据中心机房运营状况，任何监测点出现故障，均可在系统显示界面找到其对应编号，以便维护人员迅速作出响应，大大减少检修工作量。如图8所示。
图8智能母线槽监控图
4 智能母线槽配电方案势 |
