当前位置： 信息机 >> 信息机市场 >> 浅谈机房灵活母线配电监控系统在新型数据中
安科瑞李雨轩
1引言
随着互联网技术的快速发展，云计算、电子商务、电子政务、电子金融、网络游戏、云存储等网络服务相继出现，使得当今社会变成云时代、大数据的信息化新时代，数据中心成为信息化的重要载体，承担着对电子信息的传输、运算、存储等功能。为了适应当今网络服务的快速发展，以及第三方托管型数据中心的兴起，除了建设充足、稳定、经济、可靠的数据中心外，还应追求它的高效、绿色、灵活、低能耗。“高效”体现在应以最小的投资换取最大的收益，比如采用高压直流供电来代替传统的交流供电;再比如数据中心的管理人员会根据服务器的使用情况，重新划定高密区及低密区，以便达到最佳的制冷效果。“绿色”则体现在数据中心应尽可能多地采用一些可二次回收再利用的产品。“灵活”体现在数据中心内的产品应该尽可能地做到热插拔、标准化、模块化、集成化、即插即用，将工程化的工作变成产品化的服务，即可快速地安装部署，又可减少人为施工带来的失误，还可在更换服务器的时候快速做出响应。
2数据中心末端配电的界定
机房内末端配电的范围应该从UPS的配电柜引出至机柜内的PDU止，这一段上的电流在A以下，主要供电对象为IT设备，A级数据中心一般采用A、B双路系统进行供电，如图1所示
图1机房末端配电系统框图
3数据中心采用传统配电方式分析
3.1机房传统配电方式
机房配电系统一般采用双路市电接入，经低压配电柜分别接入两组UPS设备，UPS配电柜再分配到各个列头柜，经列头柜后接入各机柜PDU，最后接入IT设备。
机房传统配电方式采用电缆从UPS出线柜至机房内的每个列头柜的方式;经列头柜配电后，再采用电缆接至各机柜PDU的方式。列头柜是一列机柜设备最顶端的一个机柜，主要功能是对这一列机柜的交流或者直流负载提供电源，起到配电、监控、测量、保护、告整等作用。配电列头柜的内部主要由5根母排(L1、L2L3、N、PE)以及断路器组成，从前端的UPS配电柜引出的电缆首先会通过机柜内的塑壳断路器(MCB)，之后从塑壳断路器上引出3根相线接入3根母排。母排压接导线后接入每个断路器，再与N排及PE排引出的导线汇成1根电缆为机柜供电。
3.2机房传统配电监控模式
配电列头柜的监控方式是通过互感器及各种辅助触点测量出每一路的电压、电流，之后通过计算机主板内自带的公式算法演算出各种电参量:再通过RS等通信线与机柜上的人机交互界面进行传输，之后人机显示器再通过RS等通讯线将各列头柜的监控信息统一收集后上传至网关;最终用户从主控室或移动式电子设备上读取数据。
3.3机房传统配电方式的优点
采用列头柜加电缆的传统配电方式有以下优点:
1)技术成熟，适用于事先已确定容量的机柜配电;
2)采用放射式结构，可减小故障的影响范围;
3)集中监控，便于运维人员在现场获取数据;
4)当“零地”电压不满足IT设备使用要求时，可在配电列头柜中安装隔离变压器，降低“零地”电压。
3.4机房传统配电方式的缺点
列头柜加电缆的配电方式虽然还在沿用，但已不符合当今数据中心对灵活性和可靠性的要求，其缺点如下:
1)列头柜占用的面积约占机房地板面积的7%，即机柜数量减少7%;
2)由于线缆较多，电能损耗较大;
3)电缆占据地板下大量空间，对地板下的气流形成干扰，导致空调的效率降低；
4)故障率高，由于电缆接头容易氧化、松动和接触不良，造成电阻增大，产生过热或打火而引发建筑火灾事故;
5)电设计受到限制，需要在确定最终功率密度后确定配电柜的数量和位置;
6)由于线路复杂、IT设备又不能断电，因而造成线路和设备维护检修困难;
7)由于列头柜的容量和出线路数已固定，无法满足新增机柜和容量。
4数据中心采用灵活母线配电方式的分析
4.1机房灵活母线配电方式
采用灵活母线配电方式是为了减少传统配电方式的缺点，利用灵活母线及配电接插箱来完成对每一个机柜的精准配电，其基本结构如图2所示。
图2灵活母线配电方案1)母线槽主体(HousingSection):是传导电力的主体，内部基本结构为4根铜排(L1、L2、L3N)或5根铜排(L1、L2、L3、N、PE)。
2)配电接插箱(Plug-inUnits):是插于母线槽主体上的小型配电箱，一般由监控设备、输出端口、保护设备等组成，主要用于为每一个用电设备提供精准的电力，有的接插箱还配有相位选择旋钮，以保证三相负载平衡。
3)连接的辅件:拐弯件(Elbow)、连接件(HousingCoupler)、T型件(Te)、末端盖(EndCap)等，用来完成母线槽主体连接。
4)配电的方式为:从前端UPS配电柜引出电缆连接至母线槽最前端的电力端口箱，通过母线槽主体进行电力传输，再根据每一个机柜的功率密度选择相应规格的接插箱，与机柜内的PDU连接后即完成了对一个机柜的配电工作，图3为灵活母线现场效果图。
图3灵活母线现场效果图
4.2灵活母线配电监控模式
灵活母线配电方式的中心理念是采用即插即用的模块化产品来替代列头柜及大量电缆，达到简化安装步骤，灵活部署等目的。故为灵活母线所做的监控也应符合这个理念，即采用模块化的监控方案(见图4)。
图4灵活母线配电监控模式
灵活母线电力分配监控系统应具备多重的通讯协议及无线网络，且可以无缝集成到建筑管理系统或数据中心基础设施管理系统中，通过提供优化管理所必须的关键信息，为数据中心电力分配系统的管理奠定基础。电力信号采集与监控功能通过每个接插箱体上的RS接口或无线监控模块来采集数据，再通过MODBUS协议传输至上行端环控系统，从而简化了监控的过程。在监控电力信息的同时，通过传感器可监测到每个机柜内的温度及湿度，且与电力监控信息集成，通过统一网关收集所采集到的电力和环境数据，实现对电力、环境数据的统一管理。
4.3灵活母线配电的优点
1)提高配电的可靠性
即插即用的灵活母线替代了传统的电缆，可避免电缆所带来的诸如电缆接头容易氧化、松动和接触不良等问题，提高了机房里的可靠性和安全性。
2)增强配电的灵活性
(1)配电方式的灵活性:在机柜容量事先无法准确确定的时候，可以采用这种母线，配电容量可随时调整。母线槽和接插箱可根据实际情况分期部署，即针对现在数据中心里出现的白空间及测试机房，灵活母线槽可做到供配电分离，在机柜的容量和位置不确定的时候先期部署母线槽主体，之后等机柜一旦确定容量和位置，即可选择接插箱进行配电。
(2)灵活母线可带电热插拔:在数据中心正常运行情况下，灵活母线可在带电的情况下随时加载或卸载，即可随时增加或减少机柜数量或容量而不影响其他设备的运行。机柜容量可从16A到63A，单相、三相任意选择，有的放矢地为用电设备提供准确的电力供给。
(3)安装方式的灵活性:支持多种安装方式，可在机柜顶部安装，地板下安装，嵌入天花板安装等。母线槽式样和接插箱单元可以按照客户的需求定制，例如，采用2N系统单独接地或者专用接地，选择不同的插座或悬垂电缆。
(4)随业务发展的可扩展性:整体架构既能支持初始电力需求，又可在使用过程中根据需求的变化快速扩展，达到一种“随需而建”的效果。
3)采用灵活母线可降低机房配电的综合成本
(1)降低运行维护成本:采用灵活母线方式规避了传统方式所带来的后期运维工作量大、运维周期不可控及人为干预带来的安全性降低等问题，同时灵活母线方式可任意插拔。拼接，可实现多次重复使用，提高资金效率3倍以上。母线槽方式可随时根据客户需要调整配置，在25年中可随时迁移复用，减少重复投资。
(2)增加数据中心营运收入:采用灵活母线可省掉列头柜，为机房腾出更多的空间放置机柜，平均可增加7%的机柜数量，对于机柜出租业主来说会是一笔不小的收入。
5、安科瑞智能小母线解决方案
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。5.1、系统结构
图5安科瑞智能小母线系统结构图5.2、系统功能
5.2.1主菜单
用户登录进入主菜单页面，主菜单上显示有数据采集、报警查询、参数设置和帮助四个板块，点击任意板块可进入对应界面进行数据查看及参数、功能编辑。
图6安科瑞智能小母线监控系统部分界面
5.2.2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。
图7安科瑞智能小母线监控系统部分界面
5.2.3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。图8安科瑞智能小母线监控系统部分界面
5.2.4谐波数据通过点击“箭头”来左右切换2-63次谐波数据；图8安科瑞智能小母线监控系统部分界面
5.2.5最大需量显示电压、电流、功率的最大需量的数值及发生时间；
图9安科瑞智能小母线监控系统部分界面
5.2.6电能查询电能情况可以查询上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。图10安科瑞智能小母线监控系统部分界面5.3配置方案
6案例分享6.1项目背景晶澳太阳能是全球领先的高性能光伏产品制造商，其产品应用于住宅、商业和地面光伏电站发电系统。晶澳成立于年5月，年2月在美国纳斯达克证券交易所挂牌上市。自年以来，晶澳一直是全球顶级的光伏电池生产商，并确立了一流光伏组件供应商的地位。晶澳利用已有光伏电池技术的优势，致力于提供卓越的高转换效率、高发电效率和高可靠性的光伏组件，使客户在光伏项目上的效益最大化。晶澳已发展成为覆盖硅片、电池、组件及电站业务的垂直一体化全球光伏领军企业。6.2项目需求
我司在晶澳太阳能项目中的密集型母线监控方案，根据客户的要求，针对密集型母线的母线槽始端箱、分线箱内部的电参量监控,测量密集型母线槽连接处的温度。我实现对现场母线系统的全面监控和报警记录，实现可就地显示全电力参数显示，最终满足了客户需求、完善了用户体验、实现了项目目标。6.3现场实际安装图片7结束语
数据中心建设和运维注重可靠性、可维护性、灵活性、经济性、可扩展性和节能环保等要求。通过对“列头柜+电缆”配电方式和“灵活母线”配电方式的综合分析，以及国际上数据中心配电方式的发展趋势，证明采用灵活母线配电方式更有利于数据中心今后发展。
参考文献：
[1]安科瑞企业微电网设计与应用手册..7月版
[2]数据中心能效监测系统..1月版
[3]数据中心末端配电方式探讨..10
