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数据中心安科瑞小母线配电系统案例分析

 更新时间:2023-07-20 点击量:158


摘要】数据中心机房建设初期机柜密度的不确定性,造成数据中心供配电难以预估,为应对这种情况,可采用灵活小母线配电系统。本文通过对传统的数据中心供配电系统与小母线配电系统的特点和优劣势进行比对,从系统组成以及扩展性、节能性等各方面分析,并结合实际案例,论证了小母线系统技术的可行性和经济实用 

关键词】小母线:数据中心;供配电;母线槽

 

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当前云计算、大数据、人工智能领域技术快速发展,我国数据中心行业也进入了快速发展的阶段,数据中心正朝着大型化、密度、绿色环保、模块化方向发展。数据中心的重要性在各行业日趋明显,其中配电系统作为数据中心的关键环节之一,在某种程度上决定了数据中心运营的安全性和可用性 IT技术的发展,机房租赁等商业模式的兴起,机房建设初期对机柜密度不确定大为增加,数据中心效运营的需求,对数据中心末端供配电系统在经济型、持续性、灵活性、可靠性上提出新的要求和挑战。传统的列头柜加电缆的末端配电方式因其局限性而难以适应当今技术的发展。使用灵活的小母线来替代列头柜及电缆的配电方式,成为解决数据中心内供配电发展的一种新方式。

 

1传统配电方案 

1所示,机房传统配电方式一般采用两回10kV市电接入至大楼配电房,经过变压器、低压配电柜后输2路双回路市电进入机房双电源切换箱,双电源切换箱再引出电缆UPS电源设备,再经UPS输出柜连接至各列机柜配电列头柜,列头柜再敷设电缆至机柜PDU。传统配电方式技术成熟可靠,单点故障率低。但配电列头柜占用机柜空间、电缆传输损耗 大、施工复杂、可扩展性和灵活性不大。

img1 

1传统机柜配电方式

 

2 智能小母线配电方案 

智能小母线配电系统是一种取代传统电缆的数据中心末端配电解决方案,它由始端模块、功能模块、末端母线干线、干线连接模块、分接配电模块、干线防护模块、干线端封等组成,它具备模块外侧接线、线路保护或控制通断,浪涌保护、干线电气参数监测和保护控制模块的状态监测,承载电能的主体,实现电能传输等功能。如23所示。

 

 

img2 

2智能小母线配电方式

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3智能小母线组成部件

1)始端模块:负UPS配电柜与小母线的连接,包含电缆进线模块、塑壳断路器600mm母线直线段,电缆在始端模块中通过塑壳断路器后接入对应的母线端子排上。通过实现模块外侧接线、线路保护或控制通断功能,其规格包160/250/320/400/500/630/800A等。

2)功能模块:集成了浪涌保护、干线电气参数监测和保护控制模块的状态监测等功能。

3)末端母线干线:承载电能的主体,实现电能传输,内部基本结构4根铜排L1L2L3N5根铜排L1L2L3NPE),其规格包160/250/320/400/500/630/800A等。

4)干线连接:包括可实现干线扩展的连接件和用于改变母线走向的各种弯头等 

5)分接配电模块:双触点取电,采用微型断路器作为保护元件,是插于母线槽主体上的小型配电模块,用于为每一个用电设备提供精准的电力,电流6~100A

6)干线保护模块:防护盖板可以提干线的防护等级并有效地防止人员接触带电导体 

7)干线端封:保护干线末端的封盖,提防护等级 

8)配电方式为 从前UPS配电柜引出电缆连接至母线槽前端的始端模块,通过母线槽进行电力传输,再根据每个机柜的功率密度选择相应规格的分接配电模块,与机柜PDU连接后即完成对一个机柜配电工作。

 

3 两种配电方式的比 

列头+电缆与智能小母线配电方式的对比如1所示。

 

 

 

 

 

1传统列头柜与智能小母线性对比表

img4 

 

4某数据中心配电方案介绍 

本项目为某数据中心新建项目,平面图如4所示,主机房面积约320m²,普通机房设128IT机柜32台精密空调,每列机柜端头设置始端模块,从现有楼层配电UPS配电柜引WDZA-YJY-4×70mm²+1×35mm²电缆连接至每列机柜的始端模块,再由始端模块引至末端母线干线,在母线干线上采用分接配电模块(插接箱)引出至机PDU插座,在干线功能模块和分接配电模块(插接箱)都设置智能电量仪监测,同时还设置防浪涌保护器,其选择参GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》4.3.8条相关要求 

机房共规8列设备,组4个封闭冷通道,不设置配电列头柜,在每列机柜后门上方水平布置双列母线,每条小母线分别来自不UPS输出回路,用于该列机AB路供电,本次设计采用单列母线长度2.4m1.8m1.2m三种规格的单条母线槽和长度815mm的始端模块(进线215mm+母线600mm)拼接而成,设计母线长度的原则优先选择多2.4m拼接,余量选1.8m1.2m 

单列母线槽的长度不超过该列机柜总长度的长度,本机房每列机柜12m,母线槽的长=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列机16台,按每台功4kW计算,单列机柜总功率64kW,选160A母线槽160A始端模块。本次机柜设备考虑单相供电,选用单相插接箱,选32A插接箱,插接箱的数量根16台机柜计算6个(3口配电模块1个)。通过智能小母线方案配电设计,每列省1个配电列头柜空间,更多地IT设备的扩展预留条件。

配电通过插接箱实现,支持在线热插拔,用电需求可以随时随需增减,而不涉及大的工程改动,在不影响其他正在运行的机柜设备的前提下,可在同一条母线槽上实现单相、三相转换。正因为这些优点,随着大规模数据中心机房不断更新送代,智能小母线因其扩展性、重复利用性、全生命周期长、防电磁干扰、组装灵活等优点,更适用于新型数据中心机房建设。

 

 

 

5安科瑞精密配电及监控系统解决方案

5.1概述

随着数据中心的迅猛发展,数据中心的能耗问题也越来越突出,有关数据中心的能源管理和供配电设计已经成为热门问题,效可靠的数据中心配电系统方案,是提数据中心电能使用效率,降低设备能耗的有效方式。要实现数据中心的节能,首先需要监测每个用电负载,而数据中心负载回路非常的多,传统的测量仪表无法满足成本、体积、安装、施工等多方面的要求,因此需要采用适用于数据中心集中监控要求的多回路监控装置。

 

5.2应用场所

适用于运营商、金融、、互联网、企业等数据中心

5.3系统结构

1)交流

img5img6 

 

5.4系统功能

1)主页

开机进入主页,包含进线参数、开关状态、出线参数、报警查询等功能,按按钮可进入各功能界面查看。

img7 

 

2)进线参数监测

监测主路的三相电压、电流、系统频率;各项及总的有功功率,无功功率,视在功率,功率因数,有功电能、无功电能;电流、电压不平衡度;电流、电压谐波含量;大需量。

 

img8 

3)出线参数监测

分支回路的电压、电流、有功功率、有功电能、功率因数额定电流设置、各相电流值;

负载百分比;大需量。

 

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4)开关状态

左侧一列为主路开关状态,主路跳SD状态、主路防雷开关状态、主路防雷故障点状态,默认为无源检测点,分闸为绿色,合闸为红色。主路右侧的皆为支路开关状态;默认为有源检测点,合闸为红色,分闸为绿色。

 

img10 

 

5)报警查询

当前报警界面可查看实时报警和历史报警;开关量动作告警;任意数据的定时存储;进线过电2段阀值越限告警,可任意设定告警值;进线过压、欠压、缺相、过频率、低频率越限告;声光告警功能。

 

img11 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.5系统硬件配置

 

名称

图片

型号

功能

精密电源管理系统软件

18477ed0d5c3c7658452bfc054c4fc3 

ACREL-AMC1000

一次图显示、进线、出线回路所有电参量监测;回路开关状态监测及报警;负载百分比显示;不平衡度检测;电流两段式报警;事件记录;数据定时存储转发。

精密配电柜

img13 

ANDPF

电源分配列柜。IT机柜提供网络布线传输服务和配电管理。

分为交流和直流列头柜两类。

双路交流进线监测模块

img14 

AMC100-ZA

监测A+B双路三相交流进线回路的全电量参数8路开关状态监测、2路报警输出2路漏电监测、1路温湿度检测、3RS485通讯2-63次谐波

双路交流出线监测模块

img15 

AMC100-FAK30

A+B双路交流出线30分路的全电参量参数和开关状态(有源)1485通讯

双路交流出线监测模块

img16 

AMC100-FAK48

A+B双路交流出线30分路的全电参量参数和开关状态(有源)1485通讯

双路直流进线监测模块

img17 

AMC100-ZD

监测A+B双路三相直流进线回路的全电量参数8路开关状态监测4路报警输出、1路温湿度检测、3RS485通讯

双路直流出线监测模块

img18 

AMC100-FDK30

监测A+B双路交流出线30分路的全电量参数和开关量状(有源)、1RS485

双路直流出线监测模块

img19 

AMC100-FDK48

监测A+B双路交流出线48分路的全电量参数和开关量状态(有源)、1RS485

触摸显示屏

18477ed0d5c3c7658452bfc054c4fc3 

ATP007kt

实时显示精密配电柜进出线的电压、电流、功率、电能、电能质量、开关状态等。

双路交流进线监测模块

img21 

AMC16Z-ZA

监测A+B双路三相交流进线回路的全电量参数、6路开关状态监测、2路报警输出2路漏电监测、1路温湿度检测、1RS485通讯、相序检测

双路直流出线监测模块

img22 

AMC16Z-FAK24

监测A+B双路交流出线共24分路的全电量参数和开关量状态、1RS485讯、相位调整

双路直流出线监测模块

img23 

AMC16Z-FAK48

监测A+B双路交流出线共48分路的全电量参数和开关量状态、1RS485讯、相位调整

双路直流进线监测模块

img24 

AMC16Z-ZD

监测A+B双路三相直流进线回路的全电量参数、6路开关状态监测、2路报警输出2路漏电监测、1路温湿度检测、1RS485通讯、相序检测

双路直流出线监测模块

img25 

AMC16Z-FDK24

监测A+B双路交流出线共48分路的全电量参数和开关量状态、1RS485讯、相位调整

电流互感器

img26 

AKH-0.66-W

用于列头柜进出线回路电流采集。

霍尔传感器

img27 

AHKC-F-XXXA/5V

监测主路电流,孔43*13

 

6安科瑞智能母线监控解决方案

6.1概述

数据中IT服务器配电传统采用精密配电柜,占用空间较大,配电线缆多,新增设备不便,为了节省面积,智能小母线方案由于不占用机房面积、可按需灵活插拔,受到很多数据中心的青睐,被越来越多的应用。

安科瑞智能母线监控产品分为交流和直流母线监控两类,包括始端箱监测模块、插接箱监测模块以及触摸屏,另外还可以搭配母线槽连接器红外测温模块用于监测母线槽的运行温度,确保母线槽配电安全。通过标准网线手拉手简单组网,可以实现任意插接箱检修或更换时不影响其他在线运行的插接箱的数据上传通讯。

6.2应用场所

适用于运营商、金融、、互联网、企业等数据中心

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3系统结构

 

img2832f493e4f87cf31d9f32295b2b668cf 

 

6.4系统功能

1)       实时监测

在主页点击数据采集按钮后,进入系统图界面:此界面显示了每个箱子的电压。

img30 

 

2)       基本参数界面

显示电压、电流、功率、电能等电参数数据,在设备地址旁边的输入框输入本箱子对应的仪表地址,即可实现对箱子中仪表数据的采集。

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3)       谐波数据

通过点"来左右切2-63次谐波数据。

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4)       大需量

显示电压、电流、功率的大需量的数值及发生时间。

img33 

5)       电能查询

电能情况可以查询12月份的每个月用电量、上一年总用电量、本年已用电量、根据选择不同时间查询电能值。

img34 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.5系统硬件配置

名称

图片

型号

功能

智能母线管理系统

img35 

Acrel-AMB1000

实现对母线系统的智能化管理,包括电参量显示,报警功能的实现,事件记录,数据采集处理和转发等。

插接箱监控模块

img36 

AMB110-AD-P1

实时监测插接箱电压电流用电量等电参量以及插脚处温度、箱内环境湿度等。

插接箱监控模块

img37 

AMB110-AD/W-P1

实时监测插接箱电压电流用电量等电参量以及插脚处温度、箱内环境湿度等。

显示单元

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AMB10L-72

用于扩展液晶显示插接箱和始端箱的监测数据。

电流互感器

img39 

AKH-0.66-W

用于采集负载电流,三合一互感器,水晶头接口,免工具安装。

连接器

红外测温采集器

img40 

AMB310

采集汇总各红外测温模块的温度数据并上传至触摸屏及后台系统。

连接器

红外测温模块

img41 

AMB300

红外非接触测温,实时监测母线槽接头温度和湿度。

触摸显示屏

img42 

ATP010kt

实时采集并显示母线槽电参量、开关状态等数据并上传后台。可设置报警的阈值以及记录报警事件。

 

7 结束 

近些年,智能小母线配电方案还没得到大规模的普及和应用,但是随着目IDC大型数据中心的建设项目逐年增多,传统列头柜配电方式会更加复杂,不利于工程管理和运营维护,智能小母线配电方案不仅灵活地解决了客户不断变化的需求,同时节约了列头柜面积,大大提了数据中心的空间利用率,便于维护,实现绿色节能机房,这与国十四"规划中碳达峰、碳中和的战略定位也是一致的。相信在不久的将来,智能小母线配电方式会得到大规模的应用,也会随着设计的不断完善成为一种主流。

 

参考文献

1.《某数据中心小母线配电系统的应用》

2中国电子工程设计院.GB 50174-2017数据中心设计规范[S].北京中国计划出版2017.

3AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理解决方-样本

4数据中心解决方案样本2022.04

 

【公从号:安科瑞能效管理解决方案】

【安科瑞产品说明书、选型手册、报价本、案例介绍、调试视频、上图资料,佳我:CDD-9888】

【样机测试、技术支持、硬件配套选型、电力组网,佳我:CDD-9888】

【储能群、电力群、光伏群、消防群、建筑群;找供应商、找客户、找圈子,佳我:CDD-9888(分享资源 合作共赢)】

1.       云平台:变电所运维云平台、分布式光伏运维云平台、建筑能耗云平台、企业能源管控平台、远程预付费管控云平台、宿舍预付费管控云平台、充电桩收费运营云平台、智慧消防云平台、安全用电管理云平台、环保用电监管云平台;

2.       系统解决方案:变电站综合自动化系统、电力监控系统、配电室综合监控系统、能耗管理系统、电能管理系统、马达保护与监控系统、动环监控及能效分析系统、智能照明监控系统、消防设备电源监控装置、防火门监控系统、余压监控系统、消防应急照明和疏散指示系统;无线测温系统

3.       中压测控装置:环网柜综合保护装置、微机保护装置、开关柜综合测控装置、线路保护装置、配电变保护装置、电动机保护装置、备自投保护装置、电容器保护装置、PT检测装置、低压备自投装置、公共测控装置、防孤岛保护装置、电流互感器过电压保护器、温湿度控制器、无源无线测温传感器、CT取电无线测温传感器

4.       电力监控与保护:弧光保护装置、电能质量在线监测装置、电气接点在线测温装置(智能湿度巡检仪)、电动机(马达)保护器、低压线路保护器、智能剩余电流继电器、三遥单元;

5.       电能管理:可编程交流电测仪表、可编程直流电测仪表、多功能全电量电表、精度网络电力仪表、谐波表、电能质量表、海拔仪表、逆电流监测电表、电子式电能表、导轨式电能表、面板表嵌入式电表、预付费表、多用户计量箱、物联网仪表、无线多回路计量交流/直流表、无线多回路环保检测模块、正反向直流电能表、无线通讯转换器、智能照明控制装置;

6.       电能质量治理:有源电力滤波器、中线安防保护器、谐波保护器、静止无功发生器、滤波补偿装置、电力电容补偿装置、集成式谐波抑制电力电容补偿装置、投切开关、功率因数补偿控制器、自愈式低压并联电容器、串联电抗器;

7.       电气安全:电气火灾监控探测器、剩余电流探测器、电气火灾监控装置、在线监控路灯计量、无线测温显示单元、故障电弧探测器、故障电弧传感器、隔离电源绝缘监测装置、医疗机构绝缘报警显示仪、医疗医院用隔离变压器、工业用绝缘监测装置、电气防火限流式保护器;

8.       新能源:光伏采集装置、电瓶车智能充电桩、汽车充电桩、光伏汇流采集装置;

9.       数据中心/铁塔基站:数据采集模块、机房数据柜监控装置、多回路电表、母线监控装置、电力监控屏;

10.       智能网关:通信管理机、无线通信终端(无线通讯转换器)、数据转换模块、串口服务器;

11.       电量传感器:低压电流互感器、开口式互感器、一次小电流互感器、0.2级电流互感器、低压电动机保护器专用互感器、剩余电流互感器、霍尔传感器、罗氏线圈电流变送器、模拟信号隔离器、有功功率变送器、无功功率变送器、直流电压传感器、浪涌保护器;

12.       环保监控:油烟在线监测仪、环保数据采集传输装置;

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