隨著云服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心正朝著大型化、高密度、綠色環(huán)保、模塊化方向發(fā)展；隨著IT 技術(shù)的發(fā)展，出租機(jī)房等商業(yè)模式的興起，機(jī)房建設(shè)之初機(jī)柜密度不確定性大為增加，對(duì)機(jī)房內(nèi)末端供配電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性、持續(xù)性、靈活性、可靠性上提出了新的挑戰(zhàn)。列頭柜加電纜的傳統(tǒng)末端配電方式因其局限性而難以適應(yīng)當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展，使用1000A 以下的靈活小母線來替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)機(jī)房供配電發(fā)展的一種新方式。靈活小母線可在機(jī)柜密度不確定的情況下進(jìn)行分階段的快速部署，必將成為現(xiàn)今數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電的一種發(fā)展趨勢(shì)，為客戶的關(guān)鍵負(fù)載提供更可靠的保障。新模式帶來新價(jià)值，新的配電方式將使數(shù)據(jù)中心降低總體投資，提高設(shè)備的用電可靠性，使數(shù)據(jù)中心????加綠色環(huán)保。

 

      引言

      隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算、電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子金融、網(wǎng)絡(luò)游戲、云存儲(chǔ)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相繼出現(xiàn)，使得當(dāng)今社會(huì)變成云時(shí)代、大數(shù)據(jù)的信息化新時(shí)代，數(shù)據(jù)中心成為信息化的重要載體，承擔(dān)著對(duì)電子信息的傳輸、運(yùn)算、存儲(chǔ)等功能。為了適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的快速發(fā)展，以及第三方托管型數(shù)據(jù)中心的興起，除了建設(shè)充足、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)中心外，還應(yīng)追求它的高效、綠色、靈活、低能耗。

      “高效”體現(xiàn)在應(yīng)以最小的投資換取最大的收益，比如采用高壓直流供電來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流供電；再比如數(shù)據(jù)中心的管理人員會(huì)根據(jù)服務(wù)器的使用情況，重新劃定高密區(qū)及低密區(qū)，以便達(dá)到最佳的制冷效果?！熬G色”則體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)盡可能多地采用一些可二次回收再利用的產(chǎn)品。“靈活”體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的產(chǎn)品應(yīng)該盡可能地做到熱插拔、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化、即插即用，將工程化的工作變成產(chǎn)品化的服務(wù)，即可快速地安裝部署，又可減少人為施工帶來的失誤，還可在更換服務(wù)器的時(shí)候快速做出響應(yīng)。

      數(shù)據(jù)中心末端配電的界定

      如圖1 所示，機(jī)房內(nèi)末端配電的范圍應(yīng)該從UPS 的配電柜引出至機(jī)柜內(nèi)的PDU 止，這一段上的電流在800A 以下，主要供電對(duì)象為IT 設(shè)備，A 級(jí)數(shù)據(jù)中心一般采用A、B 雙路系統(tǒng)進(jìn)行供電。

 

圖1 機(jī)房末端配電系統(tǒng)框圖

      數(shù)據(jù)中心采用傳統(tǒng)配電方式分析

      機(jī)房傳統(tǒng)配電方式 

 

      機(jī)房配電系統(tǒng)一般采用雙路市電接入，經(jīng)低壓配電柜分別接入兩組UPS 設(shè)備，UPS 配電柜再分配到各個(gè)列頭柜，經(jīng)列頭柜后接入各機(jī)柜PDU，最后接入IT 設(shè)備（見圖2）。

圖2 采用列頭柜的機(jī)房配電模式

      機(jī)房傳統(tǒng)配電方式采用電纜從UPS 出線柜至機(jī)房內(nèi)的每個(gè)列頭柜的方式；經(jīng)列頭柜配電后，再采用電纜接至各機(jī)柜PDU 的方式。列頭柜是一列機(jī)柜設(shè)備最頂端的一個(gè)機(jī)柜，主要功能是對(duì)這一列機(jī)柜的交流或者直流負(fù)載提供電源，起到配電、監(jiān)控、測量、保護(hù)、告警等作用。配電列頭柜的內(nèi)部主要由5 根母排（L1、L2、L3、N、PE） 以及斷路器組成，從前????的UPS 配電柜引出的電纜首先會(huì)通過機(jī)柜內(nèi)的塑殼斷路器 ( MCB ) ，之后從塑殼斷路器上引出3 根相線接入3 根母排。母排壓接導(dǎo)線后接入每個(gè)斷路器，再與N 排及PE 排引出的導(dǎo)線匯成1 根電纜為機(jī)柜供電。

      機(jī)房傳統(tǒng)配電監(jiān)控模式

      配電列頭柜的監(jiān)控方式是通過CT、PT 及各種輔助觸點(diǎn)測量出每一路的電壓、電流，之后通過計(jì)算機(jī)主板內(nèi)自帶的公式算法演算出各種電參量；再通過 RS485 等通信線與機(jī)柜上的人機(jī)交互界面進(jìn)行傳輸，之后人機(jī)顯示器再通過 RS485等通訊線將各列頭柜的監(jiān)控信息統(tǒng)一收集后上傳至網(wǎng)關(guān)；最終用戶從主控室或移動(dòng)式電子設(shè)備上讀取數(shù)據(jù)。

      機(jī)房傳統(tǒng)配電方式的優(yōu)點(diǎn)

 

      1）技術(shù)成熟，適用于事先已確定容量的機(jī)柜配電；

 

      2）采用放射式結(jié)構(gòu)，可減小故障的影響范圍；3）集中監(jiān)控，便于運(yùn)維人員在現(xiàn)場獲取數(shù)據(jù)；

      機(jī)房傳統(tǒng)配電方式的缺點(diǎn)

 

      列頭柜加電纜的配電方式雖然還在沿用，但已不符合當(dāng)今數(shù)據(jù)中心對(duì)靈活性和可靠性的要求，其缺點(diǎn)如下：

      1）列頭柜占用的面積約占機(jī)房地板面積的7%，即機(jī)柜數(shù)量減少7% ；

 

      2）由于線纜較多，電能損耗較大；

 

      3）電纜占據(jù)地板下大量空間，對(duì)地板下的氣流形成干擾，導(dǎo)致空調(diào)的效率降低；

 

      4）故障率高，由于電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良，造成電阻增大，產(chǎn)生過熱或打火而引發(fā)建筑火災(zāi)事故；

 

      5）配電設(shè)計(jì)受到限制，需要在確定最終功率密度后確定配電柜的數(shù)量和位置；

 

      6）由于線路復(fù)雜、IT 設(shè)備又不能斷電，因而造成線路和設(shè)備維護(hù)檢修困難；

 

      7）由于列頭柜的容量和出線路數(shù)已固定，無法滿足新增機(jī)柜和容量。

      采用靈活母線配電方式的分析

      機(jī)房靈活母線配電方式

 

      采用靈活母線配電方式是為了減少傳統(tǒng)配電方式的缺點(diǎn)，利用靈活母線及配電接插箱來完成對(duì)每一個(gè)機(jī)柜的精準(zhǔn)配電，其基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3靈活母線的配電方案（配圖）

 

      電力端口箱 ( Power Feed )負(fù)責(zé)UPS 配電柜與靈活母線的連接，電纜在電力端口箱中通過塑殼斷路器后分別接入對(duì)應(yīng)的母線端子排上。

      母線槽主體 ( Housing Section )是傳導(dǎo)電力的主體，內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)為4 根銅排（L1、L2、L3、N）或5 根銅排（L1、L2、L3、N、PE）。

      配電接插箱 ( Plug-in Units )是插于母線槽主體上的小型配電箱，一般由監(jiān)控設(shè)備、輸出端口、保護(hù)設(shè)備等組成，主要用于為每一個(gè)用電設(shè)備提供精準(zhǔn)的電力，有的接插箱還配有相位選擇旋鈕，以保證三相負(fù)載平衡。

      連接的輔件拐彎件 ( Elbow ) 、連接件 ( HousingCoupler ) 、T 型件 ( Te ) 、末端蓋 ( End Cap )等，用來完成母線槽主體連接。

      配電的方式從前端UPS 配電柜引出電纜連接至母線槽最前端的電力端口箱，通過母線槽主體進(jìn)行電力傳輸,再根據(jù)每一個(gè)機(jī)柜的功率密度選擇相應(yīng)規(guī)格的接插箱，與機(jī)柜內(nèi)的PDU 連接后即完成了對(duì)一個(gè)機(jī)柜的配電工作。

      靈活母線配電監(jiān)控模式

 

      靈活母線配電方式的中心理念是采用即插即用的模塊化產(chǎn)品來替代列頭柜及大量電纜，達(dá)到簡化安裝步驟，靈活部署等目的。故為靈活母線所做的監(jiān)控也應(yīng)符合這個(gè)理念，即采用無線通信、模塊化的監(jiān)控方案（見圖4）。

圖4 靈活母線配電監(jiān)控模式

      增強(qiáng)配電的靈活性

 

      配電方式的靈活性在機(jī)柜容量事先無法準(zhǔn)確確定的時(shí)候，可以采用這種母線，配電容量可隨時(shí)調(diào)整。母線槽和接插箱可根據(jù)實(shí)際情況分期部署，即針對(duì)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心里出現(xiàn)的白空間及測試機(jī)房，靈活母線槽可做到供配電分離，在機(jī)柜的容量和位置不確定的時(shí)候先期部署母線槽主體，之后等機(jī)柜一旦確定容量和位置，即可選擇接插箱進(jìn)行配電。

      靈活母線可帶電熱插拔

 

      在數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行情況下，靈活母線可在帶電的情況下隨時(shí)加載或卸載，即可隨時(shí)增加或減少機(jī)柜數(shù)量或容量而不影響其他設(shè)備的運(yùn)行。機(jī)柜容量可從16A到63A，單相、三相任意選擇，有的放矢地為用電設(shè)備提供準(zhǔn)確的電力供給。

      安裝方式的靈活性

 

      支持多種安裝方式，可在機(jī)柜頂部安裝，地板下安裝，嵌入天花板安裝等。母線槽式樣和接插箱單元可以按照客戶的需求定制，例如，采用2N系統(tǒng)、單獨(dú)接地或者專用接地，選擇不同的插座或懸垂電纜。

      隨業(yè)務(wù)發(fā)展的可擴(kuò)展性

 

      整體架構(gòu)既能支持初始電力需求，又可在使用過程中根據(jù)需求的變化快速擴(kuò)展，達(dá)到一種“隨需而建”的效果。

      采用靈活母線可降低機(jī)房配電的綜合成本

 

      降低運(yùn)行維護(hù)成本

 

      采用靈活母線方式規(guī)避了傳統(tǒng)方式所帶來的后期運(yùn)維工作量大、運(yùn)維周期不可控及人為干預(yù)帶來的安全性降低等問題，同時(shí)靈活母線方式可任意插拔、拼接，可實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)使用，提高資金效率3倍以上。母線槽方式可隨時(shí)根據(jù)客戶需要調(diào)整配置，在25年中可隨時(shí)遷移、復(fù)用，減少重復(fù)投資。

      增加數(shù)據(jù)中心營運(yùn)收入

 

      采用靈活母線可省掉列頭柜，為機(jī)房騰出更多的空間放置機(jī)柜，平均可增加7%的機(jī)柜數(shù)量，對(duì)于機(jī)柜出租業(yè)主來說會(huì)是一筆不小的收入。

 

      靈活母線配電的缺點(diǎn)

 

      不方便電參數(shù)集中顯示

      母線配電方式是將列頭柜集中配電方式改變?yōu)殡S機(jī)柜的分散配電方式，對(duì)機(jī)柜中各種電參數(shù)（電流、電壓、頻率等）的檢測采用分散測量、控制室集中顯示的方式，因此不方便在機(jī)房現(xiàn)場對(duì)各機(jī)柜的電參數(shù)進(jìn)行集中顯示，故對(duì)運(yùn)維人員可能會(huì)造成不便。

      成本略增加

 

      由于靈活母線槽外殼大量采用鋁合金型材，故對(duì)機(jī)柜功率密度低的機(jī)房來說，在成本上會(huì)有所增加。

      可能影響機(jī)房美觀

 

      如果采用在兩列機(jī)柜間布置母線槽，從接插箱上引出的工業(yè)連接器可能會(huì)影響機(jī)房美觀。

      配電方式對(duì)比

      列頭柜+ 電纜與靈活母線配電方式的對(duì)比如下表所示。

      結(jié)束語

      數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)維注重可靠性、可維護(hù)性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性和節(jié)能環(huán)保等要求，通過對(duì)“列頭柜+ 電纜”配電方式和“靈活母線”配電方式的綜合分析，以及國際上數(shù)據(jù)中心配電方式的發(fā)展趨勢(shì)，證明采用靈活母線配電方式更有利于數(shù)據(jù)中心今后發(fā)展。

 

      原文出處：《智能建筑與城市信息》，作者：鐘晨，天津惠普數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工程有限公司。由于原圖不清晰，因此小編對(duì)本文的配圖作了重新處理，本文僅供大家學(xué)習(xí)交流。