數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電技術(shù)與應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：隨著云計算、虛擬化信息技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)也得到了快速發(fā)展，海量數(shù)據(jù)爆發(fā)，作為數(shù)據(jù)中心的載體，機(jī)房末端配電的可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性直接關(guān)系到IT設(shè)備的安全供電。數(shù)據(jù)中心的末端配電技術(shù)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。列頭柜的需求也在不斷增加。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；末端配電；列頭柜

1、概述

數(shù)據(jù)中心是國家確定的“新基建”七大領(lǐng)域之一。數(shù)據(jù)中心在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中所起的作用越來越重要，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為了各行各業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級提供了重要支撐。數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運行，前提是其供電系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠、不間斷。當(dāng)前，重要程度較高的數(shù)據(jù)中心一般采用2N架構(gòu)的UPS供電方式，以實現(xiàn)容錯要求，供電系統(tǒng)包括高低壓配電、后備發(fā)電機(jī)組、不間斷電源、后備蓄電池、配電等子系統(tǒng)，典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)如圖1所示。從圖1可以看出，終的用電設(shè)備實現(xiàn)了全程雙路由容錯供電。

圖1 典型數(shù)據(jù)中心2N供電系統(tǒng)圖

2、末端配電

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的末端配電一般是指從不間斷電源輸出柜到終用電設(shè)備的配電部分，終用電設(shè)備包括IT設(shè)備、動力設(shè)備和照明等。數(shù)據(jù)中心的末端配電較接近用電設(shè)備，是整個供配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的安全可靠十分重要。傳統(tǒng)的末端配電技術(shù)一般采用列頭柜加電纜配電，典型的配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心典型配電系統(tǒng)圖

注：系統(tǒng)圖中的方框部分即為末端配電部分。

3、列頭柜配電技術(shù)探討

按照國家規(guī)范的要求，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施宜按容錯系統(tǒng)配置。當(dāng)數(shù)據(jù)中心的末端配電采用列頭柜加電纜配電時，存在多種方案。以數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較多的封閉冷通道為例，配電方案主要有如下4種方案。

3.1 方案一

方案一如圖3所示。

每個封閉冷通道設(shè)置兩個列頭柜，分別位于每列的頭部，每個列頭柜由不同的UPS系統(tǒng)引出，即列頭柜A由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出，列頭柜B由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)B引出。IT機(jī)柜的供電方式為：每個IT機(jī) 柜 內(nèi) 包 括 兩路PDU，PDU(A)和PDU(B)，其中PDU（A）通過 電纜由列頭柜A取電，PDU(B)通過電纜由列頭柜B取電。本供電方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了全程雙回路供電，無單點故障點，供電架構(gòu)清晰。缺點是IT機(jī)柜的供電需要跨列引電，布線有一定難度。

圖3 列頭柜雙柜配電方案

注：圖中僅示出了其中一列機(jī)柜的配電電纜，另一列機(jī)柜同理。

3.1 方案二

方案二的機(jī)柜布置和方案一相同，如圖3所示，但列頭柜的內(nèi)部配置和配電電纜的敷設(shè)不同。具體方案是：每個封閉冷通道也設(shè)置兩個列頭柜，列頭柜A和列頭柜 B，但每個列頭柜內(nèi)部又分為 A、B 兩路，每路由不同的 UPS系統(tǒng)引出，即列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的A路由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出，列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的 B路由2N雙母線系統(tǒng)的 UPS系統(tǒng)B引出。IT機(jī)柜的供電方式是IT機(jī)柜的兩路PDU均來自于本列的列頭柜，其中PDU（A）來自于本列列頭柜中的 A路，PDU（B）來自于本列列頭柜中的B路；這種供電方式結(jié)構(gòu)清晰，但當(dāng)列頭柜需要擴(kuò)容、更換或移位時，后端IT機(jī)柜的割接難度和工作量較大。

3.3 方案三

方案三和方案二的不同之處僅在于IT機(jī)柜的取電方式不同，即IT機(jī)柜的兩路PDU分別來自于不同的列頭柜，且不同路，第①列的IT機(jī)柜的PDU（A）來自于列頭柜A 內(nèi)的A路，PDU（B）來自于列頭柜B內(nèi)的B路；第2列的IT機(jī)柜的PDU（A）來自于列頭柜B內(nèi)的A路，PDU（B）來自于列頭柜A內(nèi)的B路；這種供電方式保證了IT機(jī)柜的供電為全程雙路由，且不存在單點故障點，但布線比較復(fù)雜，現(xiàn)場接線容易發(fā)生錯誤，可能導(dǎo)致IT機(jī)柜由假雙路電源供電。

3.4 方案四

方案四如圖4所示。

圖 4 列頭柜單柜供電方案

每個封閉冷通道只設(shè)置1個列頭柜，位于其中一列的頭部，列頭柜內(nèi)部分為A、B兩路，分別由不同的UPS系統(tǒng)引出。IT機(jī)柜的兩路PDU分別由列頭柜內(nèi)的A路和B路取電。這種方案的優(yōu)點是只占用了一個機(jī)柜位置，節(jié)約了寶貴的機(jī)房空間資源。缺點是電纜需要跨列敷設(shè)，且當(dāng)列頭柜需要維修、擴(kuò)容、更換或移位時，將造成后端所有 IT機(jī)柜斷電。

3.5 列頭柜配電方案對比

對上述4種列頭柜配電方案進(jìn)行對比，如表1所示。

綜合列頭柜的上述4種列頭柜配電方案的優(yōu)、缺點，建議采用配電方案一。

4、安科瑞提供的末端交直流監(jiān)控方案

針對數(shù)據(jù)中心配電柜的IT負(fù)載的不斷變化和快速發(fā)展，也提高了對于配電柜中監(jiān)測裝置要求，一套可集成各項參數(shù)測量監(jiān)控、且可充分滿足不斷增加的負(fù)載要求的監(jiān)控裝置，成了現(xiàn)代配電柜中的重要指標(biāo)。安科瑞AMC配電監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個數(shù)據(jù)中心的電流分布和功率分布進(jìn)行全方面的實時管理，多可實現(xiàn)4路進(jìn)線、192路出線的電參數(shù)、進(jìn)出線開關(guān)狀態(tài)、溫度、漏電流等全方面的監(jiān)測。且可根據(jù)用戶需求靈活增加、減少出線測量回路數(shù)。AMC配電系統(tǒng)采用了多回路監(jiān)控裝置，既可以測量進(jìn)線側(cè)三相電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率，還可同時檢測出線的電流、有功功率、功率因數(shù)、電能數(shù)據(jù)等。

這樣合理地對整個配電單元的電氣參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控和記錄，尤其對其電力消耗有實時的了解。可以滿足用戶對于電能計量的要求，為全方面的能耗管理提供了硬件基礎(chǔ)，AMC配電監(jiān)控系統(tǒng)支持RS485和TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

5、產(chǎn)品證書

6、結(jié)束語

安科瑞列頭柜為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等重要設(shè)備提供電力分配、安全保護(hù)、計量、運行管理與提供數(shù)據(jù)級接地等服務(wù)，用于供電可靠性要求較高的不間斷供電領(lǐng)域，以可靠合理的方式，計算每個用電負(fù)載的用電量，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能提供合理的依據(jù)。