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电力行业数据中心机柜端智能母线槽配电方案

文章更新时间:2023-03-23 点击量:126

摘要:从数据中心终端供配电系统的安全性和可行性出发,分析了当前电力数据中心机柜终端供配电系统的设计方案,以及各种设计方案的优缺点。重点分析研究智能母线槽配电方案,深入探讨其可靠性、灵活性和经济性,为关键电力负荷提供可靠的用电保障。


关键词:数据中心;头柜配电;智能母线槽;模块化头柜;可靠性

前言

 电力数据中心是电力企业通信、调度、信息、营销、运营、综合管理和分析决策服务的公共信息平台,是业务应用系统的数据交换和共享平台,是电力企业跨业务、跨流程高级应用的重要支持平台¨1。电力数据中心不仅包括信息系统应用服务,还包括综合数据通信链路和综合环境控制基础设施,其中配电系统是支持电力数据中心正常运行的关键设施之一。低可靠性供电是数据中心服务中断的主要原因。如何优化和提高配电系统的可用性和安全性,提高设备更换和扩展的灵活性,提高操作和维护的便利性,确保供电系统的连续运行,是电力数据中心经理面临的主要问题之一。本文将从电力数据中心的终端供电可靠性出发,以南方电网信息业务数据中心(以下简称“数据中心")实施案例为研究对象,对几种主要数据中心柜供电方案进行比较研究,分析其优缺点和应用场景,为电力数据中心的关键负荷提供可靠用电保障的参考方案。

一数据中心末端配电范围界定

 数据中心按照现行国家标准《数据中心设计规范》(GB50174).2017年[41、电力调度通信中心工程设计规范(GB/T50980-2014)要求施工,采用A、B双路系统供电。数据中心末端的配电范围是指从UPS输出配电柜输出端引出到机柜PDU插座端的IT设备和服务器。相关配电系统拓扑图如图1所示。

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图1数据中心配电系统拓扑图

二机柜端列头柜配电方案

1传统的排头柜供电方式

 传统数据中心机柜端配电采用配电头柜和电缆配电方式。同时,每个机柜配备两个PDU插座,通过电缆从头柜取电。头柜和机柜之间通常有两种供电方式。

(1)模式一

 每个列头柜同时配备A、B主输送开关和相应的馈线开关,每个机柜从1个列头柜取电。如图2所示。

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图2单列头柜供电模式

(2)模式二

 每个列头柜配有A或B主输入开关和相应的馈线开关,每个机柜从2个列头柜取电。如图3所示。

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图3双列头柜供电模式

(3)模式一与模式二的比较

 可靠性和可用性比较:供配电系统的结构和配置直接决定了数据中心的可用性和可靠性。如果一个系统由子系统组成,任何子系统的故障都将直接影响系统的正常运行。

 一种模式采用一个列头柜为终端设备提供A、B路电源,模式2分布在两个列头柜中,为终端设备提供A路或B路电源。按照国家标准,A机房供配电系统结构正常运行时,模式1和模式2均满足容错要求,即A、B路任何一路故障都不影响终端设备的运行。从运维管理的角度来看,当模式1中的一路出现故障时,由于A、B两个电源均在一个头柜内,因此需要停电维护,增加了运行维护的难度和可操作性。当头柜配置较低时,一路故障可能导致另一路故障。因此,从可靠性和可用性的比较来看,模型二相对较高。

 成本比较:模式1和模式2两种头柜配置相同时,头柜进线电缆长度相同,头柜与机柜之间的电缆(WDZB).YJV3×6mm:以配置为例),每个机柜模式的二比模式超过3米,差别不大。因此,与两种供电模式相比,每个机柜从两个机柜取电的可用性高于从同一机柜取电的可用性,成本差别不大。

2传统的排头柜配置

 比较机柜作为数据中心机房终端配电管理的核心设备,需要满足配电、监控、测量、保护、报警等功能。随着信息设备的进一步集中,数据中心对供电可靠性和可管理性的要求越来越高。同时,随着电力电子技术的发展和计算机技术的整合,机柜的高智能技术也逐渐成熟,从第一代简单的智能机柜逐渐演变为高智能第四代技术。

列头柜的发展大致分为四代,如下:

一代:普通开关水平安装,配备机械表和指示灯,只有配电功能,无检测和通信功能。

二代:多采用开关垂直安装,在进线端增加数字电表或触摸屏和通信接口,只监控主路,不监控分路。

三代:在二代的基础上增加分路监控,实现电源监控和能源管理。

四代:在三代的基础上,完善智能技术,集中开关模块化、二次元件模块化、调整、监控和集成。

其中,一代和二代是传统配电柜,三代是数据中心常用的精密配电柜,四代是模块化精密配电柜口,从柜集成、监控、

三机柜配电智能母线槽方案

1智能母线槽概算

 机柜端配电采用智能母线槽作为机柜端配电的成熟技术之一,应用于国内外大型数据中心。目前国内大型数据中心的应用案例很多,数据中心也采用智能母线槽供电方案。如图4所示:

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图4智能母线槽供电方案

2智能母线槽要求

(1)总体方案

 本数据中心实施的机柜母线槽供电方案满足A机房要求,采用2N供电方式15、6jo],如图5所示。

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图5智能母线槽供电方案图

 主机房区各自从UPS室I和UPS室2输出APS系统、B路主线槽(IP544).1250A密集母线)连接到机房每个机柜的前通道,每个机柜端母线槽的开始箱通过电缆与主母线槽上的插入箱连接。

(2)设计要点

 机柜端智能母线槽主要包括“进线箱、直线段、插接箱",如图6所示。

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图6智能母线槽构成图

进线箱:用于整个母线供电,通过UPS主母线插入箱断路器连接电源,配备测量单元和通信单元,监测电流、电压、功率因数等数据。

直线段:用于承载电流,通过插接口和插接箱为机柜供电。根据插接箱的安装方式,可分为轨道滑动母线槽和固定母线槽两种类型。两者的最大区别在于轨道母线槽内置滑动导轨,其插接箱可以直接在母线上滑动,以灵活满足机柜的位置需求。固定母线槽直段标准化设计密集插接口,间距一般为0.6米和1.2米,基本能满足高密度多变机柜摆放的需要。轨道滑动触摸母线槽更适合当前数据中心设备机柜布局和变化调整的要求。

插件箱:插件箱用于从母线直段取电,支持热插件、拔出和调节,配备测量单元、通信单元、防雷单元和工业连接器单元,监控柜端电流、电压、功率因数等数据。

安装方式:

 母线槽安装方便快捷,可采用机柜顶部安装和地板底部安装两种方式。机柜顶部安装一般需要预留1米左右的垂直空间,应考虑强弱电桥、风管、照明等因素;地板安装一般需要预留0.垂直空间约6米,应考虑地板下送风气流的组织因素。如图7所示。本案数据中心机房梁底4米。考虑到机柜上方的综合管道和下送风,机柜端的母线槽采用机柜上的安装方式和A、B垂直上下安装。

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图7智能母线槽安装示意图

(3)监控管理

 机柜端智能母线槽通过配置电能仪表、开关状态监控单元、通信接口单元等部件,实时监控电流、电压、功率和功率,实时显示各机柜PDU的运行状态,实现机柜的精确监控和能效管理。可实现故障报警,实时监控电能质量,包括负载系数、谐波含量等,所有监控参数最终集成到母线系统监控单元模块,通过开放通信协议接口与机房综合监控系统对接,可实时检查数据中心机房运行情况,任何监控点故障,可在系统显示界面找到相应号码,使维护人员快速响应,大大降低维护工作量。如图8所示。

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图8智能母线槽监控图

四智能小母线监控解决方案

 数据中心IT服务器传统配电采用精密配电柜,占用空间大,配电电缆多,新设备不方便。为了节省面积,智能小母线方案受到许多数据中心的青睐,因为它不占用机房面积,可以根据需要灵活插拔。

 安科瑞智能母线监控产品分为沟通和DC母线监控两类,包括开始箱监控模块、插入箱监控模块和触摸屏。此外,还可与母线槽连接器红外温度测量模块配合,监测母线槽的运行温度,确保母线槽配电的安全。通过标准网线手拉手,可以实现任何插入箱的数据上传和通信,不影响其他在线运行。

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1智能母线监控

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五结束语

可靠性、可维护性、经济性、可扩展性、节能环保是电力数据建设和运行维护的几个关键要素,供配电系统是数据中心基础设施的关键环节。随着电网IT信息系统的快速发展,数据中心的终端配电应采用更高的可用性、更高的安全性和灵活性的配电结构。智能母线槽是电力数据中心终端配电的方案之一。



【参考文献】

【l】吴劲松,李光泰,李舒涛,王玉庭,张学昶.电力数据中心机柜端配电设计探讨[J].云南电力技术,2019(47):68-72.

【2】李峰.数据中心供配电系统设计[J].通信技术,2010,43(6):47-47.

【3】段俊城.供配电系统的可靠性和连续性[J].建筑电气,2008,27(8):10-13.

【4】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版