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淺談智能母線(xiàn)監控系統在數據中心末端配電的設計應用

 更新日期:2023-08-04 點(diǎn)擊量:260

摘要:針對目前數據中心末端供電列頭柜加電力電纜存在的不足,結合實(shí)際案例,采用末端智能母線(xiàn)系統全新的末端供電方式,有效提升了數據中心末端供電形式及容量的靈活性、可靠性,為建設安全、經(jīng)濟、綠色、智能的數據中心提供支撐。

關(guān)鍵詞:智能母線(xiàn)、智能母線(xiàn)系統、數據中心、末端供電

  1. 引言

數據中心末端智能母線(xiàn)通過(guò)現代通信網(wǎng)絡(luò )監控技術(shù),實(shí)時(shí)監控母線(xiàn)的溫升、電能運行參數等數據,并對采集的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行分析處理和存儲,上傳至數據中心ECC監控中心,發(fā)出告警及報警信息,通過(guò)音頻及可視化的界面對話(huà)窗口告知運營(yíng)管理人員,及時(shí)排查故障。

數據中心末端智能母線(xiàn)供電系統相對于傳統的配電列頭柜加電力電纜有更大的優(yōu)勢。配

電列頭柜加電力電纜末端配電方式是由UPS輸出配電柜引電力電纜至列頭柜,經(jīng)主路斷路器控制開(kāi)關(guān)控制各分路斷路器開(kāi)關(guān),最終至IT設備機柜PDU插排供電,若配電列頭柜電能參數監控單元出現故障,導致相應配電列頭柜所帶載的機柜失去監控,故存在單點(diǎn)隱患,若期間服務(wù)器發(fā)生宕機,不能有效及時(shí)處理,產(chǎn)生嚴重后果。

  1. 智能母線(xiàn)系統架構及特點(diǎn)

數據中心末端供電智能母線(xiàn)架構圖如圖1所示。

圖 1 數據中心末端供電智能母線(xiàn)架構圖

母線(xiàn)優(yōu)點(diǎn):軌道式主體結構,簡(jiǎn)單明了,安全性高;插接箱旋轉式插接,帶電插拔,安裝快捷; 母線(xiàn)干線(xiàn)上隨處可插接插接箱,靈活性強;雙零線(xiàn)結構,更好地應對諧波效應;全電參量智能檢測模塊單元,保證末端供電系統可靠、安全、智能。

插接箱單元特點(diǎn):旋轉式插接,無(wú)需專(zhuān)用工具;磷銅卷口彈性插腳;可任意選裝1P/2P/3P開(kāi)關(guān);可以實(shí)現一拖一或者一拖多設置(單極開(kāi)關(guān)單機柜,三極開(kāi)關(guān) 三機柜);內裝有電壓、電流等電能參數監測模塊。

 

  1. 配電列頭柜與智能母線(xiàn)末端供電對比

數據中心末端供配電系統平面圖如圖2所示。

圖2 數據中心末端供配電系統平面圖

數據中心末端配電列頭柜采用放射式的供配電系統,UPS總輸出配電柜直接放射敷設至

配電列頭柜及IT設備柜。其優(yōu)點(diǎn)是各負載之間獨立受電,若發(fā)生系統故障,切除故障回路,

縮小停電范圍,不影響其他回路,滿(mǎn)足國家相應規范對IT設備重要負荷的用電技術(shù)要求。其缺點(diǎn)是分支線(xiàn)路多、有色金屬導體消耗量大、施工安裝工藝復雜、系統可擴展性差,不能滿(mǎn)足 不同業(yè)務(wù)的用電容量需求,分期實(shí)施時(shí)需要把末端電力線(xiàn)纜一次敷設到位,系統靈活性差。此外,傳統配電列頭柜加電力電纜形式的供配電系統中,配電列頭柜需要占用數據中心的空間資源。

數據中心配電列頭柜電力電纜拓撲圖如圖3所示。缺點(diǎn):線(xiàn)纜地板下鋪設工期長(cháng)、難度大,且后期檢修、管理困難;列頭柜空間有限,后期變更的靈活性較差;線(xiàn)纜密集鋪設,容易聚集溫升,有火災隱患;線(xiàn)纜架空地板下鋪設,影響制冷效果;列頭柜占用機柜位置,造成土地成本浪費。

圖3 數據中心配電列頭柜拓撲圖

數據中心智能母線(xiàn)供配電系統采用樹(shù)干式的供配電系統,UPS總輸出配電柜至各IT設備機柜之間采用兩條干線(xiàn)(智能母線(xiàn))連接的配電方式。其優(yōu)點(diǎn)是消耗的有色金屬導體量相對較少、安裝施工快捷方便、即插即用、系統擴展靈活,可滿(mǎn)足不同承租用戶(hù)的個(gè)性化業(yè)務(wù)用電容量,易于擴展與變更。與電力電纜相比,智能母線(xiàn)可靠性更高、工程生命周期長(cháng),并且可重復利用。其缺點(diǎn)是智能母線(xiàn)主干線(xiàn)發(fā)生故障時(shí),影響范圍大,但母線(xiàn)干線(xiàn)的故障概率很低。

數據中心末端配電智能母線(xiàn)拓撲圖如圖4所示。優(yōu)點(diǎn):取消配電列頭柜,節約占地面積,爭取了更多的盈利性機柜;開(kāi)關(guān)控制及數據采集分布于始端箱和各插接箱,避免互相影響;避免了強電在架空地板下敷設,主動(dòng)發(fā)熱少,對制冷造成的負擔小,有效降低數據中心能耗和PUE值; 安裝方便快捷,工期大大縮短;插接箱模塊化,實(shí)現分支數量及容量隨時(shí)調整;內部均為銅排輸電,安全性能更高。

圖4 數據中心末端配電智能母線(xiàn)拓撲圖

  1. 某B級數據中心IT設備末端配電設計

某B級數據中心配電架構系統圖如圖5所示。

圖5 某B級數據中心配電架構系統圖

某B級數據中心末端配電系統圖、電氣監控系統圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 某B級數據中心末端配電系統圖

圖7 某B級數據中心電氣監控系統圖

其中,每臺機柜IT設備用電量按4KW考慮,機房?jì)扰潆娤到y采用的電纜選用低煙無(wú)鹵電力電纜,從電源列頭柜到設備機柜使用的電纜選 用低煙無(wú)鹵電力電纜。機房?jì)仍O備機柜均采用雙回路供電的方式,每個(gè)機柜均配備2個(gè)PDU模塊。雙回路供電系統從2N雙總線(xiàn)配置的 UPS輸出柜到機柜采用母線(xiàn)(UPS至吊頂敷設智能母線(xiàn)采用電力電纜轉接)方式,母線(xiàn)到機柜采用插接箱+電力電纜方式,母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)箱內設置斷路器及監控、防雷模塊,插接箱帶有開(kāi)關(guān)及遠程監控電流、功率等參數監控功能,相應的監控參數上傳至數據中心ECC監控中心。

數據中心末端配電采用智能母線(xiàn)配電技術(shù),其供電容量靈活,可以滿(mǎn)足不同承租商的個(gè)性化業(yè)務(wù)需求,施工安裝方便靈活,部署簡(jiǎn)單快捷。為有效節約數據中心空間資源,取消末端強電列頭柜,原有配電列頭柜的位置可增加1套IT設備柜。一般情況下每40個(gè)左右IT設備柜配置2套配電列頭柜。取消配電列頭柜,可增加2/40左右的IT設備機柜數量,按主機房400架IT機柜為例,原需要20個(gè)列頭柜,采用智能母線(xiàn)后IT設備機柜可設置420個(gè),對于對外承租的數據中心,每個(gè)機柜租賃費8萬(wàn)元/年計算,可增加經(jīng)濟效益160萬(wàn)元,因此可有效提高數據中心的空間利用率和經(jīng)濟性;采用智能母線(xiàn)系統,機柜上方走線(xiàn),可減少架空地板下電氣走線(xiàn)的火災安全隱患,后期檢修方便。這為數據中心安全運行提供有力保障,大大提高了供電運行的可靠性以及運行管理的自動(dòng)化水平。

4、安科瑞智能小母線(xiàn)解決方案

??安科瑞智能母線(xiàn)監控產(chǎn)品分為交流和直流母線(xiàn)監控兩類(lèi),包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線(xiàn)槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線(xiàn)槽的運行溫度,確保母線(xiàn)槽配電安全。

4.1、系統結構

4.2、系統功能

4.2.1主菜單

用戶(hù)登錄進(jìn)入主菜單頁(yè)面,主菜單上顯示有數據采集、報警查詢(xún)、參數設置和幫助四個(gè)板塊,點(diǎn)擊任意板塊可進(jìn)入對應界面進(jìn)行數據查看及參數、功能編輯。

4.2.2實(shí)時(shí)監測

在主頁(yè)點(diǎn)擊數據采集按鈕后,進(jìn)入系統圖界面,系統實(shí)時(shí)顯示每一路的三相總電壓及各個(gè)插接箱、始端箱的電壓情況。

4.2.3 基本參數界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據,在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址,即可實(shí)現對箱子中儀表數據的采集。

4.2.4 諧波數據

系統通過(guò)智能小母線(xiàn)監控系統,采集諧波參數,分析各回路是否存在諧波,并分析諧波次數,通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭"可以左右切換各個(gè)插接箱、始端箱的2-63次諧波數據;

4.2.5 需量閾值

顯示電壓、電流、功率的需量閾值及發(fā)生時(shí)間,根據數據分析,調整數據中心機房的用電負荷,根據實(shí)際用電情況調整變壓器容量,或者通過(guò)人為干預,降低需量閾值,保障供電連續性和穩定性。

4.2.6 電能查詢(xún)

電能情況可以查詢(xún)上12月份的每個(gè)月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時(shí)間查詢(xún)電能值。通過(guò)時(shí)間對比,區域對比,分析出合適的用電方案,節能降耗,降低PUE值。

4.3 配置方案

名稱(chēng)

圖片

型號

功能

智能母線(xiàn)管理軟件

ACREL-AMB1000

智能母線(xiàn)管理系統軟件,刷入配套使用的觸摸屏,可實(shí)現對母線(xiàn)系統的智能化管理,包括電參量的顯示,各種報警功能的實(shí)現、事件記錄,數據的采集處理和轉發(fā)等。

智能網(wǎng)關(guān)

IMG_0421

ANet-2E8S1

2路網(wǎng)口,8路RS485,上行以太網(wǎng)通訊,支持斷點(diǎn)續傳功能。

數據采集器

AMB310

AMB310

二總線(xiàn)通訊、RS485通訊至監控系統或觸摸屏,至多可連接200臺采集監控模塊。

始端箱監控模塊

AMB100-A(D)-P1

實(shí)時(shí)監測始端箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內環(huán)境濕度等。

插接箱監控模塊

AMB110-A(D)-P1

實(shí)時(shí)監測插接箱電壓電流用電量等電參量以及插腳處溫度、箱內環(huán)境濕度等。

低壓母線(xiàn)測溫裝置

AMB200

AMB200-LR

實(shí)時(shí)監測4/8路溫度、紅外通訊、預警及報警功能、顯示功能,LORA通訊。

紅外母線(xiàn)測溫裝置

XSX08731

AMB300-Z

實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測單個(gè)大范圍陣列溫度,二總線(xiàn)通訊。

顯示頭

AMB10

前置網(wǎng)口A(yíng)MB10(F)、后置網(wǎng)口A(yíng)MB10,可自動(dòng)循環(huán)顯示電壓、電流參數。

觸摸顯示屏

ATP010kt

實(shí)時(shí)采集并顯示母線(xiàn)槽電參量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數據并上傳后臺??稍O置報警的閾值以及記錄報警事件。

5、結語(yǔ)

本文介紹了數據中心末端配電智能母線(xiàn)系統與配電列頭柜形式供配電系統的技術(shù)性能,通過(guò)案例更進(jìn)一步明確了末端智能母線(xiàn)系統的優(yōu)點(diǎn),并對配電列頭柜電力電纜方案和智能母線(xiàn)系統配電方案進(jìn)行分析。采用柔性更強、安全性和可靠性更高的智能母線(xiàn)系統將更加適合新基建數據中心行業(yè)發(fā)展需求。

參考文獻:

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