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機架母線槽配電技術在數據中心機房的應用
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機架母線槽配電技術在數據中心機房的應用
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產品特點:
通過結合機架母線槽系統的使用特點,將“始端箱+母線槽+終端箱"機架母線配電方式與現有“列頭柜+電纜"配電方式進行使用性能與技術經濟指標的對比,分析了機架母線柔性配電、保護、擴容、監測等多種功能,說明機架母線在提高了數據中心供電方式穩定性、靈活性的同時,大大提高了單位空間的裝機率。
  機架母線槽配電技術在數據中心機房的應用的詳細資料:

安科瑞 鮑靜君

     要:通過結合機架母線槽系統的使用特點,將“始端箱+母線槽+終端箱”機架母線配電方式與現有“列頭柜+電纜”配電方式進行使用性能與技術經濟指標的對比,分析了機架母線柔性配電、保護、擴容、監測等多種功能,說明機架母線在提高了數據中心供電方式穩定性、靈活性的同時,大大提高了單位空間的裝機率。

  關鍵詞:數據中心;機房配電;列頭柜;機架母線

  0引言

  隨著大數據的飛速發展,數據機房的傳統“列頭柜+電纜”配電方式已經不能滿足日新月異的供電需求,于是出現了一種更加靈活的配電方案:機架母線配電技術,采用“始端箱+母線槽+終端箱”的配電形式,實現對電子信息設備進行柔性配電、保護、擴容、監測等多種功能,提高了數據中心供電穩定性、靈活性的同時,大大提高了單位空間的裝機率,為數據中心帶來額外的收入。

  1傳統“l列頭柜+電繾”配電方式存在的問題

  1.1列頭柜浪費空間,裝機率低下

  傳統“列頭柜+電纜”配電方式需要在每列加裝一個電源列頭柜及空調列頭柜,占用*的機房空間,影響數據中心的裝機率,制約公司IDC業務的發展。

  1.2可靠性低,擴展困難

  采用傳統“列頭柜+電纜”配電方案,列頭柜內布線復雜,故障點較多,降低系統的可靠性;對于機柜經常變化的負載容量需求,需要重新敷設新電纜,增加項目投資、施工復雜且周期長,擴展困難。

  1.3列頭柜監控系統存在單點隱患

  傳統“列頭柜+電纜”配電方式是由低壓電纜進入列頭柜,通過主路控制開關控制各分路開關,再由分路開關控制各機柜PDU供電,且還要實現眾多點位的電源監控,但凡列頭柜

  監控模塊出現故障,將會導失去整列機柜的電源監控,存在單點隱患,而且此類故障一般只能由廠家工程師現場調試更換后才能恢復,若在此期間發生宕機,將不能及時處理,產生嚴重后果。

  1.4安裝工作復雜,易產生維護隱患

  傳統“列頭柜+電纜”配電方式接線工作量大、周期長,施工工藝與水平參差不齊,存在人為接線錯誤、標簽標識錯誤、動力線監控線虛接等各類問題,對運行維護造成重大隱患。

  2總體解決方案描述

  為了克服上述問題,本文提出了采用了“始端箱+母線槽+終端箱”的機架母線(以下簡稱機架母線)配電方式實現對數據中心設備的配電、保護、擴容、監測等多種功能,該配電方式由始端箱、導軌式母線槽、終端箱(插接箱)組成,其原理是在機柜頂部預制母線槽,之后根據每一臺機柜內設備的需要再單獨配置對應的終端箱(插接箱),放置在對應機柜的擺放位置,由終端箱(插接箱)引出電纜為機柜供電(如圖1)。

圖1機架母線配電原理

  3具體方案實施

  3.1方案設計

  母線系統有多種電流標準,大多數廠商產品都提供三種規格:100A、225A和400A。根據項目需求,結合母線槽系統的使用特點,由于建設模塊內每列機柜均采用兩根母線槽的

  雙路供電方式,由于機柜負載均為5KW,考慮到現階段實際應用以及日后擴容變更、單一支路增容、冗余、備份等需求,部署于機房模塊內的AC交流母線槽主體均采用225A規格,可提供單列單路母線槽133KW負載需求。根據該機房柜列長度,搭配多根3米及2米AC母線槽主體,以及相應的接插箱、連接件等等,完成母線槽系統配置。

  3.2現場實施要點

  此次改造項目選取的中國移動(呼和浩特)數據中心B02機房14模塊由于柜頂部空間分別設置了弱電線纜橋架、光纖槽、背板空調管路橋架,個別列端頭位置還有空調管理系統的

  連續轉彎,導致空間非常緊張,機柜母線安裝困難,甚至出現了空調管路緊貼母線始端箱的情況??紤]到機柜母線合理的安裝位置是機柜后門位置,建議前期空調、弱電施工時,在機 柜頂部空間的后部位置預留500~600mm的空間,用于安裝兩根機柜母線,分別用于機柜A/B路供電。

  由于始端箱安裝位置比較高,且始端箱內的電氣質量采集參數也比較多,但在始端箱內設置的顯示屏很難顯示完整并且由于位置過高,無法進行操作切換頁面,建議取消顯示屏,將采集結果顯示放到主控箱監視屏上進行就地顯示和檢查。只在始端箱保留故障指示燈,便于后期運維人員簡單觀察和判斷始端箱是否出現故障。在實施順序上,建議機柜母線和橋架同時或銜接施工,便于各方溝通相互位置,保證各子系統均有合理充足的操作空間。此次項目實施過程中機柜母線和背板空調管路橋架發生沖突,因此只能將母線安裝在機柜前門位置,導致端接箱至PDU的電纜變長,且不便于走線。而且可能造成后期維護的不便。另外,當機柜母線和背板同時采用時,建議按照“水(冷)/電分離”的原則,將背板管路系統放置于地板下或機柜底座中,便于分別維護,減少各系統間的沖突。

  3.3后期調試

  安裝完畢后,以B02機房樓14模塊A列為例,分別測得不同時段各插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業插座連接處溫升、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態如圖所

  示(如圖2)。

圖2單列機架母線系統測試情況

  根據標準,母線槽在平均環境溫度為25"C、額定負荷狀態下,其溫升要求如下:

  序號母線單元溫升要求

  1母線槽固定連接處S70K

  2金屬外殼和覆板s55K

  3母線溫升S70K

  表1溫升要求

  由此可見,當環境溫度為26"C,機柜負載6KW時,插接頭與母線槽接觸溫升、插接箱表面溫升、工業插座連接處溫升、插接箱輸出電壓以及各顯示屏狀態完全滿足要求。此外,現場針對整個模塊各列機柜母線做了季度試運行測試(如圖3),結果均滿足要求。

圖3機架母線配電系統季度試運行情況

  4‘始端箱+母線槽+終端箱’機架母線配電方式的效能分析

  4.1節省空間。提高裝機率

  相對于傳統“列頭柜+電纜”配電方式,機架母線配電系統無需在機柜頂端布置強電走線架,節省機柜上方空間;更重要的是“始端箱+母線槽+終端箱”機架母線配電方式,節省列頭柜占地,提高裝機率,就中國移動(呼和浩特)數據中心機房為例,一個模塊就能節省8個機柜位置,一個機房32個模塊就能節省出256個機柜的空間,相當于2個模塊。按照一個機一年6萬元租金計算,中國移動(呼和浩特)數據中心每個機房每年能增加收入1536萬元。

  4.2柔性配電。即插即用

  柜機架母線配電方式是根據每一臺機柜需求單獨配置終端箱(插接箱),這樣便于調整分路及容量,柔性配電,避免容量浪費,較傳統“列頭柜+電纜”一對一供電方式更為靈活,能做到終端箱(插接箱)即插即用,可靈活適用需求;此外,母線槽系統需保證能在不停電的情況下對各部件安裝、連接的緊固程度進行檢查。此外,母線插接箱內的斷路器與機柜PDU直接連接,故障點少,提高系統可用性;對于機柜經常變化的負載容量需求,僅需要增加插接單元,直接帶電安裝于母線上即可完成擴展。

  4.3分路采集。智能監控

  較傳統“列頭柜+電纜”配電依靠列頭柜實現監控的方式,機架母線配電系統中的始端箱具有智能監控模塊,支持多種通訊協議,包括ModbUS RTU,ModbUS TCP以及無線信號傳

  輸,可以無縫連接到整個建筑管理系統(BMS)或數據中心基礎設施管理系統(DCIM)中,通過標準協議與后臺監控系統進行集成。在智能采集電氣參數(例如:輸入分路的電壓、電流、

  功率、電度,輸出分路電流、功率、電度以及輸入分路的過壓/欠壓、輸入分路的熔絲狀態等)的同時,還能實現電壓、電流、功率、絕緣電阻值等參數的越限報警和重復性告警不阻塞功能,當維護人員為了消掉原已發出的告警信號而關掉了告警聲信號后,如果又產生新的告警,會再次自動發出聲光告警信號(如圖4)。

圖4機架母線配電系統監控

  4.4分散散熱,自然冷卻

  隨著裝機量的增加,需要布放越來越多的電纜,嚴重阻礙空氣流通,影響制冷效果。機架母線提供同等供電能力的同時,占用體積僅為電纜橋架的35%,能更好的保持空調風道暢通,提高制冷效率,降低電能損耗和數據中心運營成本。始端箱、母線槽、終端箱(插接箱)分開散熱,同時外殼采用鋁合金材質,利用空氣自然冷卻,散熱效果非常好,運行過程中不產生噪聲或震動。

  4.5安裝便捷,節省人工

  相對于傳統“列頭柜+電纜”配電方式,省去了走線架及大量電纜敷設的時間,母線安裝全部通過膨脹螺絲及吊桿,母線槽整體吊掛,終端箱(插接箱)安裝只需通過“旋轉.鎖定”的方式即可(如圖5)。據不完全統計,該技術安裝便捷,時間成本節省30%-60%(機架母線5-7天左右,傳統做法直流電纜工期10天左右,交流電纜工期15天左右),較電纜敷設、人工接線節省大量時間;此外母線槽及終端箱(插接箱)產品設計模塊化,安裝快捷的同時大大降低人為安裝錯誤率。

  4.6導電性好,使用壽命長

  由于母線型系統在相同距離的電壓損失更低,相較于電力線纜可以提供更好的能源效率。較傳統電纜采用的紫銅材料,軌道式母線系統采用銅和銀的含量更高的無氧銅,并且母排全長鍍錫,阻抗遠遠小于線纜阻抗,電阻率達到0.01717Q.mill2/m,發熱量小,而且系統一次性投資雖然比傳統列頭柜電纜配電系統高出50%,但是綜合考慮到使用壽命因素(母線槽50年,電纜約10~15年),機架母線技術更為經濟可靠。

  5安科瑞ANDPF精密列頭柜介紹

  5.1產品介紹

  隨著數據中心的迅猛發展,數據中心能耗問題也越來越突出,可靠的數據中心配電系統方案,是提高數據中心電能使用效率,降低設備能耗的有效方式。

  AMC系列數據中心精密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準確的電參量信息,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有效管理,為實現綠色IDC提供可靠保證。

  5.2安科瑞精密配電產品解決方案

  1)交流系統

  功能要求

  遙測:輸入分路的三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、有功電度;

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

  配置方案如圖1,

圖5 交流系統配置方案

  2)直流系統

  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、功率等參數的越限報警功能。

  配置方案如圖2,

圖6 直流系統配置方案

  5.3產品選型

  外形及尺寸型號功能

  AMC16Z-ZA測量A+B獨立2路交流三相總進線的母線電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數、有功電能、零地電壓、中線電流+6路無源開關量輸入+2路開關量輸出+1路RS485通訊+2-31次諧波

  AMC16Z-ZD測量A+B獨立2路直流總進線的母線電壓、電流、有功功率、有功電能+6路無源開關量輸入+2路開關量輸出+1路RS485通訊

  AMC16Z-KAA+B獨立2路單邊各24路有源開關狀態

  AMC16Z-KDA+B獨立2路單邊各24路無源開關狀態

  AMC16Z-FA測量A+B雙路交流出線共48路的全電參數和開關顯示狀態、1路RS485通訊

  AMC16Z-FD測量A+B雙路直流出線共48路的全電參數和開關顯示狀態、1路RS485通訊

  表2 產品選型表

  6 安科瑞智能小母線監控系統介紹

  6.1產品介紹

  針對數據中心智能小母線的監控要求,安科瑞推出了AMB系列小母線監控解決方案,該方案包括采集模塊、配套附件、監控系統,能對母線運行過程中的各種參數進行監控,發生故障則進行告警,以保證系統穩定運行。

  AMB檢測單元是針對數據中心智能小母線插接箱/始端箱的監控要求新設計的產品,該檢測單元安裝固定在插接箱/始端箱內部,插接箱/始端箱采用特有的方式與母線連通,它集成全部電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數)以及電能監測和考核管理。同時可以實時監控母線接口溫度,配合2路Rs45通訊接口(1進1出)或LORA無線通訊,采用MODBUS-RTU協議可以方便可靠的將監測數據上傳至主控箱和后臺系統,保證系統安全可靠運行。

  6.2產品選型

  安科瑞智能母線測控儀表選型如表2,

  檢測模塊型號基本功能選配功能

  AMB100-A三相交流回路的全電量測量、2-63次諧波測量、1路漏電流、8路溫度、1路濕度、需量、中性線電流、零地電壓、2路開關量輸入、2路開關量輸出,1路RS485。/W(LORA)

  AMB110-A三相交流回路的全電量測量、2-63次諧波測量、1路漏電流、4路溫度、1路濕度、需量、中性線電流、零地電壓、2路開關量輸入,1路RS485。

  AMB100-D直流1回路的全電量測量、1路漏電流、4路溫度、1路濕度、2路開關量輸入、2路開關量輸出,1路RS485

  AMB110-D直流3回路的全電量測量、3路漏電流、4路溫度、1路濕度、2路開關量輸入、2路開關量輸出,1路RS485。

  表3 產品選型規格

  注:AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系統、D-直流系統可選配AMB10顯示器,顯示器只循環顯示電壓、電流參數。

  7結語

  數據中心機架配電采用“始端箱+母線槽+終端箱”的機架母線,替代“列頭柜+電纜”的傳統方式對通信機柜進行柔性配電,不僅靈活解決了客戶不斷變化的用電需求,提高了數據中心供電方式穩定性,而且節省列頭柜占地,避免了容量資源浪費,大大提高了單位空間的裝機率,而且便于維護,綠色節能。

產品相關關鍵字: 數據中心 機房配電 列頭柜 機架母線
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