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淺談新型數據中心的智能母線(xiàn)配電系統 安科瑞 仲曉棟18795656237 0 引言 數據現如今對于人們的重要性不亞于人之于空氣、水。無(wú)論是個(gè)人工作生活中產(chǎn)生的各類(lèi)數字信息，還是企業(yè)之間業(yè)務(wù)往來(lái)所需要的數據，亦或是國家層面的安全數據，都離不開(kāi)在背后承載著(zhù)連接與計算的基礎設施——數據中心。隨著(zhù)云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)領(lǐng)域的興起，數據中心的需求量呈現出爆炸式的增長(cháng)。為滿(mǎn)足數據中心高效運營(yíng)的需求，對數據中心末端供配電系統在經(jīng)濟型、持續性、靈活性、可靠性上提出了挑戰。數據中心末端母線(xiàn)系統逐步演變?yōu)槟┒斯┡潆姷闹髁鳟a(chǎn)品。能夠極大地規避了強電列頭柜加電纜早期數據中心末端供配電形式的不足，實(shí)現了模塊化，硬連接，可重復利用保護投資、供配電設計分離的新型高安全性末端供配電目的。數據中心末端母線(xiàn)系統已經(jīng)成為解決數據中心內供配電發(fā)展的一種新方式。 關(guān)鍵詞：數據中心；末端母線(xiàn)系統；供配電；穩定性 1、數據中心的變化 1.1 單機柜功率密度高密化 傳統數據中心受限于當時(shí)技術(shù)的發(fā)展，在初期建設規劃過(guò)程中，并無(wú)考慮過(guò)多的冗余度，其單機柜功率密度普遍在1~3 kW之間。但隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，人類(lèi)進(jìn)入了信息時(shí)代。此時(shí)支撐著(zhù)數據連接與計算的數據中心面臨著(zhù)業(yè)務(wù)量大幅提升的現狀，在新建設的數據中心中，單機柜的功率密度提升到了 4~10 kW，部分數據中心可支持最大的機柜功率達 20~30 kW。為了盡可能地提高 IDC （互聯(lián)網(wǎng)數據中心）機房單位面積產(chǎn)生的價(jià)值，在相同空間內放置更多IT設備成了數據中心技術(shù)人員考慮與攻關(guān)的方向，機柜高密度的變化給配電與暖通專(zhuān)業(yè)帶來(lái)相應的挑戰。在舊機房改造過(guò)程中，許多配電與暖通設備需要全部拆除更換全新的設備設施。這不僅造成了資源上的浪費，也增加了企業(yè)的運營(yíng)成本。 1.2 PUE 值呈下降趨勢 PUE（電源使用效率）值等于數據中心總設備能耗/IT設備能耗，PUE值越接近1，表示一個(gè)數據中心的綠色化程度越高。目前，PUE 值已成為衡量數據中心能源效率的重要指標，我國數據中心的平均PUE值在2~2.5之間。由于2010年之前國家沒(méi)有綠色數據中心的要求，此前一些數據中心的PUE值高達3.0。2013 年以后新建的數據中心平均 PUE 值1.5~1.8之間。2018年北京市政府公布《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄》。目錄指出禁止新建和擴建信息處理和存儲支持服務(wù)中的數據中心（PUE 值在1.4以下的云計算數據中心除外）。這是政府在 建設綠色節能的數據中心方面所釋放出來(lái)的信號，PUE值的下降呈必然趨勢。全球能源的緊張，政府的宏觀(guān)政策的調控，使得數據中心這個(gè)耗能大戶(hù)走上一條可持續發(fā)展的道路。 1.3 建設方式的改變 數據中心基礎建設在本質(zhì)上是一項綜合性的系統工程。早前的建設方式通過(guò)建造一棟整體的樓宇，加上供配電系統、柴油發(fā)電系統、空調系統、室內裝修系統等數據中心配套設施。這類(lèi)整體建造方式給后期的擴容帶來(lái)了不少阻力。缺少靈活性，改造成本不亞于再造一座新的數據中心�，F今市場(chǎng)中較為主流的是整體規劃、分布實(shí)施的模塊化建設方式。此種建設方式可根據業(yè)務(wù)的發(fā)展，隨用隨建，可以有效降低基礎設施的經(jīng)濟性貶值和技術(shù)性貶值，提升資金的利用率。 1.4 數據中心運營(yíng)管理的智能化趨勢 在物理上建設完成一座數據中心，并不意味著(zhù)數據中心的生命周期已經(jīng)結束。對于數據中心的運維才是數據中心生命周期的開(kāi)始，要真正發(fā)揮數據中心的功能和作用，數據中心的運營(yíng)管理是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節。傳統的數據中心在運維管理上更多地是依靠人工的方式來(lái)進(jìn)行的。根據相關(guān)數據表明，在導致數據中心故障的所有因素中，技術(shù)問(wèn)題所占比例很小，但是人為失誤引發(fā)的故障占近70%的比例。人為的不可控是數據中心安全運營(yíng)較大的干擾因素之一，隨著(zhù)人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器人將融入更多的運營(yíng)管理應用場(chǎng)景，代替可控度不確定的人工操作，減少數據中心的故障率。 2、數據中心末端母線(xiàn)介紹 數據中末端母線(xiàn)是指0.69KV，800A以下應用于數據中心內部的末端供配電系統，應用電纜或密集型母排自上級配電柜出線(xiàn)測饋入供電始端單元，通過(guò)母線(xiàn)導體實(shí)現供電，再由配電單元饋電至機柜測用電設備。 2.1數據中心末端配電結構 傳統數據中心根據負荷容量選用35KV或10KV作為進(jìn)線(xiàn)，根據不同等級配置單路或者雙路變壓器及UPS，為IT設備供電，而制冷和輔助設備一般會(huì )有單獨的配電回路。UPS配電后端的設備，稱(chēng)之為數據中心末端配電。 傳統末端配電設備包括：列頭柜，精密配電柜，PDU等。隨著(zhù)數據中心進(jìn)一步發(fā)展，對大功率，高可靠，模塊化的需求日益加劇，機房末端母線(xiàn)產(chǎn)品，逐漸成為一種替代列頭柜的優(yōu)勢方案，為更多客戶(hù)所接受。 機房末端母線(xiàn)系統方案很好地解決了傳統列頭柜施工困難、增容困難、壽命短等問(wèn)題，特備是對于大容量、高壓直流的配電方案和面對機柜使用客戶(hù)需要經(jīng)常變化配置的機房應用中具有更大的優(yōu)勢。 2.2末端母線(xiàn)供電模式 末端母線(xiàn)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(xiàn)供電，兩路母線(xiàn)分別來(lái)自不同的UPS和變壓器。平時(shí)各占50%負荷，一旦一路失電需要一路帶100%的負荷。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(xiàn)配電形式。 1.2.2一主一備（冷備份） 采用兩路母線(xiàn)供電，兩路母線(xiàn)分別來(lái)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(guān)，一路設備相對線(xiàn)路損耗比較少。但是主路負荷即是全部負荷，對設備要求比較高，對母線(xiàn)溫升需要進(jìn)行特殊規范，需要比雙路熱備份要求更低才不會(huì )由于母線(xiàn)溫升導致對己方環(huán)境產(chǎn)生影響。冷備份的方案適合對供電可靠性要求比相對比較低的場(chǎng)景 3、智能母線(xiàn)槽方案優(yōu)勢 3.1智能母線(xiàn)槽具有高度的靈活性 傳統列頭柜方案，其配電方式為UPS出線(xiàn)柜之后接配電列頭柜，之后通過(guò)線(xiàn)纜為每臺機柜內設備供電。采用放射狀供配電結構，即每個(gè)機柜通過(guò)一根電纜與列頭配電柜線(xiàn)纜一對一連接，今后新增或機柜擴容變更提升功率時(shí)需要重新排放電纜。 智能小母線(xiàn)擺脫了傳統列頭柜布線(xiàn)困難的問(wèn)題，部署簡(jiǎn)易快捷，僅需將母線(xiàn)槽安裝到所有的預期機柜上方即可完成部署，可以依據用戶(hù)的進(jìn)駐實(shí)現即需即安裝。個(gè)別機柜增加輸出容量或者回路數量無(wú)需對母線(xiàn)槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。 3.2智能母線(xiàn)槽投入快，施工周期短 采用軌道式小母線(xiàn)系統安裝部署快速，如使用傳統列頭柜加線(xiàn)纜模式，完成一個(gè)機房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設，電纜對接等多個(gè)繁瑣工序。而部署母線(xiàn)系統只需10-15天就可以完成一個(gè)機房的交付，節約大量的施工時(shí)間和人工投入同時(shí)也節省了橋架和電纜的需求�？商崆敖�1個(gè)月交付客戶(hù)使用。 3.3智能母線(xiàn)槽系統安全性更高、使用壽命更長(cháng) 由于小母線(xiàn)主要結構為“鋁合金外殼+B級及以上絕緣護套+銅母排”，一方面使得整個(gè)輸電干線(xiàn)的電氣穩定性（包括短時(shí)耐受電流、過(guò)載能力)更強:另一方面，整條母線(xiàn)系統的散熱性極好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線(xiàn)使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。 3.4母線(xiàn)增加了機房的利用率和收益 采用母線(xiàn)方式由于省去了強電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個(gè)IT機柜。一般每20個(gè)左右IT機柜配置1臺強電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機柜數量，按一個(gè)機房1000個(gè)機柜為例，原需要50個(gè)列頭柜，采用母線(xiàn)后機房IT機柜可達1050個(gè)，每個(gè)機柜租賃利潤2萬(wàn)/年計算，可增加年利潤100萬(wàn)。 因此，智能小母線(xiàn)作為數據中心機房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對傳統的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續增長(cháng)，正是由于以上優(yōu)點(diǎn)做支撐。 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：此界面顯示了每個(gè)箱子的電壓。
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 通過(guò)點(diǎn)擊“箭頭”來(lái)左右切換2-63次諧波數據；
4.2.5 最大需量 顯示電壓、電流、功率的最大需量的數值及發(fā)生時(shí)間；
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。
4.3 配置方案
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