淺析智能小母線在數據中心的應用及監控系統產品選型
發布時間：2023-04-04瀏覽次數：795返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：智能小母線是目前數據中心機房末端配電的一種形式，在數據中心應用中，相對于傳統列頭柜形式，有其特有的優勢。在當今數據中心趨于裝配式、模塊化、預制化的形勢下，智能小母線的普及應用無疑是一種趨勢。本文通過對智能小母線的架構、容量規格、組件、監控方式、安裝方式等的介紹，詳細分析了智能小母線在數據中心的應用及其優勢。
關鍵詞：智能小母線；容量規格；安裝方式；智能監控；數據中心
一、何為智能小母線
智能小母線是目前數據中心機房末端配電的一種形式。十年前，國內數據中心機房機柜的配電均采用列頭柜的形式，即采用放置于一列IT機柜端部的配電機柜，作為一列或若干列IT機柜的電源分配與保護的終端配電柜。列頭柜通常以主斷路器從前端UPS柜受電，再依靠多個微型輸出斷路器以放射式與各個IT機柜的PDU連接，從而構成數據中心傳統的終端供配電系統。
近五年來，在數據中心趨于裝配式、模塊化、預制化的形勢下，智能小母線系統逐漸被應用于機房的末端配電中。智能小母線系統通過始端箱接受前端UPS來電，以具有金屬外殼的母排系統組成輸電干線，采用即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內設置電力監測模塊，并具有通訊至動環監控中心功能。
二、小母線的分類、組成及規格選型
（一）小母線的分類
智能小母線可分為滑動小母線和固定小母線。滑動小母線的接插箱可以根據機柜位置和使用需要在母線上隨意滑動，固定小母線的接插箱一旦接插到母線上則不能隨意滑動位置。
（二）小母線的組成
智能小母線主要由下列組件組成：始端箱、插接箱、母線段、拐彎母線段（T型、直角）、母線連接配件（連接耦合器）、末端蓋（箱）、pvc蓋板、監控模塊、安裝工具。始端箱是給母線供電的裝置，一端與電源進線的大母線對接，另一端與末端小母線連接。接插箱則是接插在小母線上進行分線出線的母線分支插接箱，也稱為終端箱，通過接插電纜及工業連接器即可與IT機柜內的PDU連接，為IT設備供電。與下圖為智能小母線各組件連接示意圖：
智能小母線各組件連接示意圖
（三）小母線的容量規格
智能小母線在數據中心常用的容量主要有：100A、160A、225A、250A、400A，直線段的成品長度有1米、1.5米、2米、3米，針對非直線路徑，還通常配有外彎段、內彎段、T型件等滿足拐彎需要。
三、小母線的安裝方式
小母線的安裝方式大致分為機柜上安裝及機柜下安裝兩種方式。機柜上安裝又分為柜頂支架安裝、吊桿安裝、天花嵌入式安裝等，天花嵌入安裝通常用在與后部煙沖機柜一起使用，嵌在天花內。機柜下安裝即為地板下安裝，采用支架支于地面上。除此之外，還有集裝箱及模塊化機房特有的安裝方式。
接插箱的安裝則非常便捷，一般準備、插入、旋轉、鎖定四部搞定。滑動型小母線的接插箱可以根據機柜位置和使用需要在小母線上隨意滑動。
四、小母線的監控方式
智能小母線的始端箱和插接箱內設置電力監測模塊，接于數據中心動環監控系統，便于監控中心對其進行實時電力監控。智能小母線的始端箱和插接箱內分別設置智能電量儀，通過RS485總線手拉手環形連接至一個主控模塊，主控模塊箱上口有RS485、TCP/IP接口用于接入動環系統。
五、小母線系統相對于傳統列頭柜的比較
（一）小母線具有高的靈活性
傳統的配電方式為典型的放射式供配電系統，今后新增或機柜擴容變提升功率時需要重新排放電纜。而小母線配電系統是典型的樹干式供配電系統，總配電柜至各機柜之間采用一條干線覆蓋，再依靠分接單元配電至各機柜PDU。初期建設時，僅需將母線槽安裝到所有機柜位上方，包括遠期規劃的機柜位，可以依據用戶的進駐實現即需即安裝的部署。個別機柜增加輸出容量或者回路數量無需對母線槽做出變，僅需增加或者變插接箱即可，可帶電插拔，適合IT業務不確定性發展擴容的需求。
（二）小母線增加了機房的利用率和收益
傳統列頭柜的方式每個列頭柜占據了一個IT機柜位。按每20個IT機柜配置1臺強電列頭柜計算，一個1000機柜的數據中心則需要50個列頭柜，采用智能小母線后，這50個列頭柜均可省去，用于安裝50個IT機柜，大大提高了機房的利用率。每個機柜租賃費按6萬元/年計算，則可增加收益300萬元。
（三）小母線系統投入快，施工周期短
智能小母線系統安裝部署快速，無須鋪設大量電纜，IT機柜PDU工業插頭可直接插入到母線插接箱中，相序自動對應，無復雜接線工作。而傳統列頭柜加線纜模式，需要完成配電柜就位、電纜橋架安裝、電纜裁剪鋪設、電纜對接等多個煩瑣工序。小母線系統的安裝工期相比列頭柜系統能縮短3～4倍左右，節約大量的施工時間和人工投入。
（四）小母線使用壽命長，可重復利用
智能小母線使用壽命可達到20～25年以上，由于采用模塊化拼裝結構設計，可多次拆卸、移位使用。而傳統的配電列頭柜加電纜的使用周期為8～10年左右，且一旦擴容或搬遷，列頭柜和線纜無重復利用的可能。因此，智能小母線系統的使用周期比列頭柜系統要長2～3倍以上，而且可以多次重復使用，降低了長期應用費用。
六、安科瑞配電及監控系統解決方案
（一）概述
隨著數據中心的迅猛發展，數據中心的能耗問題也越來越突出，有關數據中心的能源管理和供配電設計已經成為熱門問題，高效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。要實現數據中心的節能，首先需要監測每個用電負載，而數據中心負載回路非常的多，傳統的測量儀表無法滿足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求，因此需要采用適用于數據中心集中監控要求的多回路監控裝置。
（二）應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心
（三）系統結構
1）交流
2）直流
（四）系統功能
1）主頁
開機進入主頁，包含進線參數、開關狀態、出線參數、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。
2）進線參數監測
監測主路的三相電壓、電流、系統頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數，有功電能、無功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；*大需量。
3）出線參數監測
分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數額定電流設置、各相電流值；負載百分比；*大需量。
4）開關狀態
左側一列為主路開關狀態，主路跳閘SD狀態、主路防雷開關狀態、主路防雷故障點狀態，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側的皆為支路開關狀態；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。
5）報警查詢
當前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關量動作告警；任意數據的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警；聲光告警功能。
（五）系統硬件配置
七、安科瑞智能母線監控解決方案
（一）概述
數據中心IT服務器配電傳統采用配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。
安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類，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槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現任意插接箱檢修或換時不影響其他在線運行的插接箱的數據上傳通訊。
（二）應用場所
適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心
（三）系統結構
（四）系統功能
1）實時監測
在主頁點擊數據采集按鈕后，進入系統圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。
2）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，即可實現對箱子中儀表數據的采集。
3）諧波數據
通過點擊“箭頭”來左右切換2-63次諧波數據。
4）*大需量
顯示電壓、電流、功率的*大需量的數值及發生時間。
5）電能查詢
電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據選擇不同時間查詢電能值。
（五）系統硬件配置
參考文獻
【1】堯素貞.智能小母線在數據中心的應用.2020
【2】張大紅.數據中心小母線與列頭柜供配電系統的綜合比較.2019
【3】AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本
【4】數據中心解決方案樣本2022.04版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246 ：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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