【摘要】數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)初期機柜密度的不確定性，造成數(shù)據(jù)中心供配電難以預(yù)估，為應(yīng)對這種情況，可采用靈活小母線配電系統(tǒng)。本文通過對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)與小母線配電系統(tǒng)的特點和優(yōu)劣勢進行比對，從系統(tǒng)組成以及擴展性、節(jié)能性等各方面分析，并結(jié)合實際案例，論證了小母線系統(tǒng)技術(shù)的可行性和經(jīng)濟實用性 

【關(guān)鍵詞】小母線：數(shù)據(jù)中心；供配電；母線槽

0 引言 

當前云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)也進入了快速發(fā)展的階段，數(shù)據(jù)中心正朝著大型化、密度、綠色環(huán)保、模塊化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)中心的重要性在各行業(yè)日趨明顯，其中配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在某種程度上決定了數(shù)據(jù)中心運營的安全性和可用性。 伴隨IT技術(shù)的發(fā)展，機房租賃等商業(yè)模式的興起，機房建設(shè)初期對機柜密度不確定大為增加，數(shù)據(jù)中心效運營的需求，對數(shù)據(jù)中心末端供配電系統(tǒng)在經(jīng)濟型、持續(xù)性、靈活性、可靠性上提出新的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的列頭柜加電纜的末端配電方式因其局限性而難以適應(yīng)當今技術(shù)的發(fā)展。使用靈活的小母線來替代列頭柜及電纜的配電方式，成為解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電發(fā)展的一種新方式。

1傳統(tǒng)配電方案 

如圖1所示，機房傳統(tǒng)配電方式一般采用兩回路10kV市電接入至大樓配電房，經(jīng)過變壓器、低壓配電柜后輸入2路雙回路市電進入機房雙電源切換箱，雙電源切換箱再引出電纜至UPS電源設(shè)備，再經(jīng)過UPS輸出柜連接至各列機柜配電列頭柜，列頭柜再敷設(shè)電纜至機柜內(nèi)PDU。傳統(tǒng)配電方式技術(shù)成熟可靠，單點故障率低。但配電列頭柜占用機柜空間、電纜傳輸損耗 大、施工復(fù)雜、可擴展性和靈活性不大。

圖1傳統(tǒng)機柜配電方式

2 智能小母線配電方案 

智能小母線配電系統(tǒng)是一種取代傳統(tǒng)電纜的數(shù)據(jù)中心末端配電解決方案，它由始端模塊、功能模塊、末端母線干線、干線連接模塊、分接配電模塊、干線防護模塊、干線端封等組成，它具備模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷，浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測，承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸?shù)裙δ?。?/span>圖2和圖3所示。

圖2智能小母線配電方式

圖3智能小母線組成部件

（1）始端模塊：負責UPS配電柜與小母線的連接，包含電纜進線模塊、塑殼斷路器和600mm母線直線段，電纜在始端模塊中通過塑殼斷路器后接入對應(yīng)的母線端子排上。通過實現(xiàn)模塊外側(cè)接線、線路保護或控制通斷功能，其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

（2）功能模塊：集成了浪涌保護、干線電氣參數(shù)監(jiān)測和保護控制模塊的狀態(tài)監(jiān)測等功能。

（3）末端母線干線：承載電能的主體，實現(xiàn)電能傳輸，內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)為4根銅排（L1、L2、L3、N）或5根銅排（L1、L2、L3、N、PE），其規(guī)格包括160/250/320/400/500/630/800A等。

（4）干線連接：包括可實現(xiàn)干線擴展的連接件和用于改變母線走向的各種彎頭等。 

（5）分接配電模塊：雙觸點取電，采用微型斷路器作為保護元件，是插于母線槽主體上的小型配電模塊，用于為每一個用電設(shè)備提供精準的電力，電流為6~100A。

（6）干線保護模塊：防護蓋板可以提干線的防護等級并有效地防止人員接觸帶電導(dǎo)體。 

（7）干線端封：保護干線末端的封蓋，提防護等級。 

（8）配電方式為： 從前端UPS配電柜引出電纜連接至母線槽前端的始端模塊，通過母線槽進行電力傳輸，再根據(jù)每個機柜的功率密度選擇相應(yīng)規(guī)格的分接配電模塊，與機柜內(nèi)PDU連接后即完成對一個機柜配電工作。

3 兩種配電方式的比較 

列頭柜+電纜與智能小母線配電方式的對比如表1所示。

表1傳統(tǒng)列頭柜與智能小母線性對比表

4某數(shù)據(jù)中心配電方案介紹 

本項目為某數(shù)據(jù)中心新建項目，平面圖如圖4所示，主機房面積約為320m2，普通機房設(shè)計128個IT機柜和32臺精密空調(diào)，每列機柜端頭設(shè)置始端模塊，從現(xiàn)有樓層配電間UPS配電柜引出WDZA-YJY-4×70mm2+1×35mm2電纜連接至每列機柜的始端模塊，再由始端模塊引至末端母線干線，在母線干線上采用分接配電模塊（插接箱）引出至機柜PDU插座，在干線功能模塊和分接配電模塊（插接箱）都設(shè)置智能電量儀監(jiān)測，同時還設(shè)置防浪涌保護器，其選擇參照GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第4.3.8條相關(guān)要求。 

機房共規(guī)劃8列設(shè)備，組成4個封閉冷通道，不設(shè)置配電列頭柜，在每列機柜后門上方水平布置雙列母線，每條小母線分別來自不同UPS輸出回路，用于該列機柜AB路供電，本次設(shè)計采用單列母線長度為2.4m、1.8m、1.2m三種規(guī)格的單條母線槽和長度為815mm的始端模塊（進線箱215mm+母線槽600mm）拼接而成，設(shè)計母線長度的原則優(yōu)先選擇多條2.4m拼接，余量選用1.8m或1.2m。 

單列母線槽的長度不超過該列機柜總長度的長度，本機房每列機柜為12m，母線槽的長度=0.815+2.4×4+1.2=11.615m。每列機柜16臺，按每臺功率4kW計算，單列機柜總功率為64kW，選擇160A母線槽與160A始端模塊。本次機柜設(shè)備考慮單相供電，選用單相插接箱，選擇32A插接箱，插接箱的數(shù)量根據(jù)16臺機柜計算為6個（每3口配電模塊為1個）。通過智能小母線方案配電設(shè)計，每列省去1個配電列頭柜空間，更多地為IT設(shè)備的擴展預(yù)留條件。

配電通過插接箱實現(xiàn)，支持在線熱插拔，用電需求可以隨時隨需增減，而不涉及大的工程改動，在不影響其他正在運行的機柜設(shè)備的前提下，可在同一條母線槽上實現(xiàn)單相、三相轉(zhuǎn)換。正因為這些優(yōu)點，隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機房不斷更新送代，智能小母線因其擴展性、重復(fù)利用性、全生命周期長、防電磁干擾、組裝靈活等優(yōu)點，更適用于新型數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)。

5安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問題也越來越突出，有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計已經(jīng)成為熱門問題，效可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負載，而數(shù)據(jù)中心負載回路非常的多，傳統(tǒng)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(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。

5.2應(yīng)用場所

適用于運營商、金融、、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）交流

5.4系統(tǒng)功能

1）主頁

開機進入主頁，包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、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(shù)監(jiān)測

監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，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(shù)監(jiān)測

分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設(shè)置、各相電流值；

負載百分比；大需量。

4）開關(guān)狀態(tài)

左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點狀態(tài)，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài)；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(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6安科瑞智能母線監(jiān)控解決方案

6.1概述

數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設(shè)備不便，為了節(jié)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(shù)據(jù)中心的青睞，被越來越多的應(yīng)用。

安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線監(jiān)控兩類，包括始端箱監(jiān)測模塊、插接箱監(jiān)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(jiān)測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng)，可以實現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

6.2應(yīng)用場所

適用于運營商、金融、、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

1）       實時監(jiān)測

在主頁點擊數(shù)據(jù)采集按鈕后，進入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

2）       基本參數(shù)界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)數(shù)據(jù)，在設(shè)備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應(yīng)的儀表地址，即可實現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

3）       諧波數(shù)據(jù)

通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

4）       大需量

顯示電壓、電流、功率的大需量的數(shù)值及發(fā)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(jù)選擇不同時間查詢電能值。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7 結(jié)束語 

近些年，智能小母線配電方案還沒得到大規(guī)模的普及和應(yīng)用，但是隨著目前IDC大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)項目逐年增多，傳統(tǒng)列頭柜配電方式會更加復(fù)雜，不利于工程管理和運營維護，智能小母線配電方案不僅靈活地解決了客戶不斷變化的需求，同時節(jié)約了列頭柜面積，大大提了數(shù)據(jù)中心的空間利用率，便于維護，實現(xiàn)綠色節(jié)能機房，這與國家“十四五"規(guī)劃中碳達峰、碳中和的戰(zhàn)略定位也是一致的。相信在不久的將來，智能小母線配電方式會得到大規(guī)模的應(yīng)用，也會隨著設(shè)計的不斷完善成為一種主流。

參考文獻

【1】何鑫.《某數(shù)據(jù)中心小母線配電系統(tǒng)的應(yīng)用》

【2】中國電子工程設(shè)計院.GB 50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范[S].北京中國計劃出版社2017.

【3】AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本

【4】數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

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1.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠程預(yù)付費管控云平臺、宿舍預(yù)付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

2.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達保護與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

3.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

4.       電力監(jiān)控與保護：弧光保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

5.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

6.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發(fā)生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關(guān)、功率因數(shù)補償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

7.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機構(gòu)絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護器；

8.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

9.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

10.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

11.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

12.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；