劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：數據中心機房末端配電的可靠性、穩定性和可維護性直接關系到 IT 設備的安全供電。數據中心的末端配電技術主要有兩種，一種采用列頭柜加電纜配電，另一種是智能小母線配電。分別對兩種配電技術進行了介紹和探討，最后對兩種配電方式進行了對比分析，得出一些有益的結論。

關鍵詞：數據中心；末端配電；列頭柜；智能小母線

      數據中心是確定的“新基建”七大領域之一。數據中心在國民經濟和社會發展中所起的作用越來越重要，數據中心已經成為了各行各業的關鍵基礎設施，為經濟轉型升級提供了重要支撐。

      數據中心要實現持續穩定運行，前提是其供電系統應穩定可靠、不間斷。當前，重要程度高的級數據中心一般采用2N架構的UPS供電方式，以實現容錯要求，供電系統包括高低壓配電、后備發電機組、不間斷電源、后備蓄電池、配電等子系統，典型的數據中心供電系統如圖1所示。

      從圖1可以看出，最終的用電設備實現了全程雙路由容錯供電。

      數據中心機房的末端配電一般是指從不間斷電源輸出柜到最終用電設備的配電部分，最終用電設備包括IT設備、動力設備和照明等。數據中心的末端配電較接近用電設備，是整個供配電系統中的關鍵環節，它的安全可靠十分重要。

      傳統的末端配電技術一般采用列頭柜加電纜配電，典型的配電系統如圖2所示。

3.1 列頭柜配電技術與智能小母線配電技術的優缺點

      傳統的機房末端配電技術采用列頭柜加電纜的配電方式，列頭柜需要占用機柜安裝位置；需要安裝走線架，施工難度大，電纜較多，且一般需要一次性建成；IT機柜的配電容量是固定的，無法進行靈活調整；若機房搬遷，列頭柜、電纜、走線架等一般無法重復利用。

      智能小母線配電技術采用了進線箱、母線槽和插接箱，為模塊化結構，不需要占用寶貴的機柜安裝位置；無需走線架，施工工期短；若IT機柜容量調整，插接箱可熱插拔，只需更換插接箱即可；若機房搬遷，設備均可重復利用。

      但智能小母線也存在如下缺點。

      （1）對機房高度要求更高。采用列頭柜配電方式，為滿足走線要求，一般要求IT機柜上方有不小于500mm的高度，而智能小母線，要求上方不小于800mm的高度。

      （2）維護操作不方便。智能小母線的安裝位置較高，操作人員如果要對開關進行分合閘等操作，比較不方便。

      （3）設置復雜。若插接箱內的空氣開關故障，就要更換插接箱，而且插接箱更換后需要廠家重新設置通訊地址。兩種配電方式的特點對比如表5所示。

      綜上所述，如果是一次性部署服務器或是方案固定的數據中心，一般會采用列頭柜加電纜的配電方案。如果是需要分批次部署服務器的數據中心，或后期需要進行末端負荷調整的數據中心，推薦采用全點位、滑軌式的智能小母線配電方案。

3.2 兩種配電方式的造價對比

      我們仍以常見的封閉冷通道來進行對比，該封閉冷通道采用2N雙母線UPS供電方式。一般來說，封閉冷通道內的單列IT機柜數量在25個以內，現假設為單列18個機柜，若采用列頭柜配電方式，則單列IT機柜數為17個，單個IT 機柜額定功率為4 kW。采用智能小母線方案，則單列機柜數為18個機柜。

      列頭柜配電方案如圖3所示，智能小母線配電方案如圖7所示。

      列頭柜配電方案的造價如表6所示。智能小母線配電方案的造價如表7所示。

      從表6和表7可以看出，兩種配電方式的造價相差105840元，但智能小母線配電方式可以多安裝2個IT機柜，假設每機柜的月租金（不含電費）為2500元，則多花的投資部分，其回收期約為1.76年。在10年的運營期內，小母線配電方式可以為增加租金收入約49.4 萬。

4.1 配電管理解決方案

      AMC系列數據中心配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環監控系統，實現對整個數據機房的實時監控和管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。

41.1交流系統

      1）功能要求：

      遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

      遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

      2）配置方案-示意圖

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

4.1.2直流系統

      1) 功能要求

      遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

      遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

      2)配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

 霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開關電源            SBD-30  （48V）

說明：■為標配功能。

配套附件

6.2 AMB智能小母線管理系統

      數據中心小母線系統是數據中心末端母線供配電系統的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發展和更高需求，智能小母線系統逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監測模塊，將數據上傳至動環監控中心。

      1）交流系統功能：

      遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

      遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態、開關跳閘；    

      2）直流系統功能：

      遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態、電流/功率；

      遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態、開關跳閘；                             

 

      末端配電是數據中心供配電系統的末梢環節，它的可靠性、穩定性和可維護性直接關系到IT設備的安全供電。數據中心的末端配電方式主要包括兩種，一種是采用列頭柜加電纜的配電方式，另一種是智能小母線配電方式。本文通過分析，得出如下結論：

      （1）對于封閉冷通道，如果采用列頭柜加電纜的配電方式，建議采用上文中的方案一，即每個冷通道配置2個列頭柜，每個IT機柜分別從2個列頭柜各取1路電源。

      （2）智能小母線分為滑軌式小母線和直列式小母線，考慮到機房的實際應用環境，推薦采用滑軌式小母線，不建議采用直列式小母線。

      （3）智能小母線推薦采用單列雙母線方案。

      （4）智能小母線的插接箱推薦采用一拖三方案。

      （5）對于分批次部署服務器的數據中心，或后期需要進行末端負荷調整的數據中心，強烈建議采用滑軌式的智能小母線配電方案；如果是一次性部署服務器或是方案固定的數據中心，可采用列頭柜加電纜的配電方案。

      （6）智能小母線造價相對較高，投資回收期約為2年。

      總的來說，由于智能小母線具有不占用機柜位置、配電回路清晰、模塊化結構、工期短、可重復利用等優點，雖然其造價相對較高，但在整個運營期內可以為投資方帶來更大的收益。因此，建議在數據中心內推廣應用智能小母線末端配電技術。

【1】謝擁華.數據中心機房末端配電技術與應用探討

【2】袁云濤.數據中心機房機柜母線的布置方式探討.2021年2月

【3】姚燕家.IDC產業變革數據中心末端配電領域面臨的挑戰與機遇.2020年11月

【4】安科瑞數據中心IDC配電監控解決方案.2020.03版