数据中心机房末端配电应用方案

刘丹

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：数据中心机房末端配电的可靠性、稳定性和可维护性直接关系到 IT 设备的安全供电。数据中心的末端配电技术主要有两种，一种采用列头柜加电缆配电，另一种是智能小母线配电。分别对两种配电技术进行了介绍和探讨，最后对两种配电方式进行了对比分析，得出一些有益的结论。

关键词：数据中心；末端配电；列头柜；智能小母线

      数据中心是确定的“新基建”七大领域之一。数据中心在国民经济和社会发展中所起的作用越来越重要，数据中心已经成为了各行各业的关键基础设施，为经济转型升级提供了重要支撑。

      数据中心要实现持续稳定运行，前提是其供电系统应稳定可靠、不间断。当前，重要程度高的级数据中心一般采用2N架构的UPS供电方式，以实现容错要求，供电系统包括高低压配电、后备发电机组、不间断电源、后备蓄电池、配电等子系统，典型的数据中心供电系统如图1所示。

      从图1可以看出，最终的用电设备实现了全程双路由容错供电。

      数据中心机房的末端配电一般是指从不间断电源输出柜到最终用电设备的配电部分，最终用电设备包括IT设备、动力设备和照明等。数据中心的末端配电较接近用电设备，是整个供配电系统中的关键环节，它的安全可靠十分重要。

      传统的末端配电技术一般采用列头柜加电缆配电，典型的配电系统如图2所示。

3.1 列头柜配电技术与智能小母线配电技术的优缺点

      传统的机房末端配电技术采用列头柜加电缆的配电方式，列头柜需要占用机柜安装位置；需要安装走线架，施工难度大，电缆较多，且一般需要一次性建成；IT机柜的配电容量是固定的，无法进行灵活调整；若机房搬迁，列头柜、电缆、走线架等一般无法重复利用。

      智能小母线配电技术采用了进线箱、母线槽和插接箱，为模块化结构，不需要占用宝贵的机柜安装位置；无需走线架，施工工期短；若IT机柜容量调整，插接箱可热插拔，只需更换插接箱即可；若机房搬迁，设备均可重复利用。

      但智能小母线也存在如下缺点。

      （1）对机房高度要求更高。采用列头柜配电方式，为满足走线要求，一般要求IT机柜上方有不小于500mm的高度，而智能小母线，要求上方不小于800mm的高度。

      （2）维护操作不方便。智能小母线的安装位置较高，操作人员如果要对开关进行分合闸等操作，比较不方便。

      （3）设置复杂。若插接箱内的空气开关故障，就要更换插接箱，而且插接箱更换后需要厂家重新设置通讯地址。两种配电方式的特点对比如表5所示。

      综上所述，如果是一次性部署服务器或是方案固定的数据中心，一般会采用列头柜加电缆的配电方案。如果是需要分批次部署服务器的数据中心，或后期需要进行末端负荷调整的数据中心，推荐采用全点位、滑轨式的智能小母线配电方案。

3.2 两种配电方式的造价对比

      我们仍以常见的封闭冷通道来进行对比，该封闭冷通道采用2N双母线UPS供电方式。一般来说，封闭冷通道内的单列IT机柜数量在25个以内，现假设为单列18个机柜，若采用列头柜配电方式，则单列IT机柜数为17个，单个IT 机柜额定功率为4 kW。采用智能小母线方案，则单列机柜数为18个机柜。

      列头柜配电方案如图3所示，智能小母线配电方案如图7所示。

      列头柜配电方案的造价如表6所示。智能小母线配电方案的造价如表7所示。

      从表6和表7可以看出，两种配电方式的造价相差105840元，但智能小母线配电方式可以多安装2个IT机柜，假设每机柜的月租金（不含电费）为2500元，则多花的投资部分，其回收期约为1.76年。在10年的运营期内，小母线配电方式可以为增加租金收入约49.4 万。

4.1 配电管理解决方案

      AMC系列数据中心配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。

41.1交流系统

      1）功能要求：

      遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；

      遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

      2）配置方案-示意图

配置方案 

多功能仪表       PZ72L-E4

电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

4.1.2直流系统

      1) 功能要求

      遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；

      遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。

      2)配置方案-示意图

配置方案

多功能仪表          PZ72L-DE

 霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V

 开关电源            SBD-30  （48V）

说明：■为标配功能。

配套附件

6.2 AMB智能小母线管理系统

      数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。

      1）交流系统功能：

      遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度，系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；

      遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；    

      2）直流系统功能：

      遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；

      遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；                             

 

      末端配电是数据中心供配电系统的末梢环节，它的可靠性、稳定性和可维护性直接关系到IT设备的安全供电。数据中心的末端配电方式主要包括两种，一种是采用列头柜加电缆的配电方式，另一种是智能小母线配电方式。本文通过分析，得出如下结论：

      （1）对于封闭冷通道，如果采用列头柜加电缆的配电方式，建议采用上文中的方案一，即每个冷通道配置2个列头柜，每个IT机柜分别从2个列头柜各取1路电源。

      （2）智能小母线分为滑轨式小母线和直列式小母线，考虑到机房的实际应用环境，推荐采用滑轨式小母线，不建议采用直列式小母线。

      （3）智能小母线推荐采用单列双母线方案。

      （4）智能小母线的插接箱推荐采用一拖三方案。

      （5）对于分批次部署服务器的数据中心，或后期需要进行末端负荷调整的数据中心，强烈建议采用滑轨式的智能小母线配电方案；如果是一次性部署服务器或是方案固定的数据中心，可采用列头柜加电缆的配电方案。

      （6）智能小母线造价相对较高，投资回收期约为2年。

      总的来说，由于智能小母线具有不占用机柜位置、配电回路清晰、模块化结构、工期短、可重复利用等优点，虽然其造价相对较高，但在整个运营期内可以为投资方带来更大的收益。因此，建议在数据中心内推广应用智能小母线末端配电技术。

【1】谢拥华.数据中心机房末端配电技术与应用探讨

【2】袁云涛.数据中心机房机柜母线的布置方式探讨.2021年2月

【3】姚燕家.IDC产业变革数据中心末端配电领域面临的挑战与机遇.2020年11月

【4】安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版