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電力數(shù)據(jù)機(jī)柜端智能母線槽配電的研究

瀏覽次數(shù):660更新時(shí)間:2023-12-07

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0前言

  電力數(shù)據(jù)中心是電力企業(yè)通信、調(diào)度、信息、營(yíng)銷、經(jīng)營(yíng)、綜合管理及分析決策等服務(wù)的公共信息平臺(tái),是各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享平臺(tái),是電力企業(yè)跨業(yè)務(wù)、跨流程高*應(yīng)用的重要支持平臺(tái)¨1。電力數(shù)據(jù)中心既包含信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù),還包括綜合數(shù)據(jù)通信鏈路、綜合環(huán)境控制基礎(chǔ)設(shè)施,其中配電系統(tǒng)是支撐電力數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行*為關(guān)鍵的設(shè)施之一。低可靠性供電是造成數(shù)據(jù)中心服務(wù)中斷*主要原因。如何優(yōu)化提高配電系統(tǒng)的可用性和安全性,增加設(shè)備更換擴(kuò)容的靈*性,提高運(yùn)維便利性,確保供電系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行,是電力數(shù)據(jù)中心管理者所面臨的重大課題之一。本文將從電力數(shù)據(jù)中心的末端供電可靠性出發(fā),以南方電網(wǎng)某信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心(以下簡(jiǎn)稱“本數(shù)據(jù)中心”)實(shí)施案例為研究對(duì)象,對(duì)幾種主要的數(shù)據(jù)中心機(jī)柜供電方案進(jìn)行對(duì)比研究,分6R析其優(yōu)缺點(diǎn),以及應(yīng)用場(chǎng)景,提出為電力數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供可靠性用電保障的參考方案。

1數(shù)據(jù)中心末端配電范圍界定

  本數(shù)據(jù)中心按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174.2017)【41和《電力調(diào)度通信中心工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50980—2014)的要求建設(shè),采用A、B雙路系統(tǒng)進(jìn)行供電。數(shù)據(jù)中心末端配電的范圍指從UPS輸出配電柜輸出端引出至機(jī)柜PDU插座端,供電對(duì)象為機(jī)柜承載的IT設(shè)備和服務(wù)器,相關(guān)配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2機(jī)柜端列頭柜配電方案

2.1傳統(tǒng)列頭柜供電方式

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電采用配電列頭柜加電纜的配電方式,同時(shí)每個(gè)機(jī)柜配置兩條PDU插座,通過電纜從列頭柜取電。列頭柜與機(jī)柜之間的供電一般有兩種模式。

2.1.1模式一

每個(gè)列頭柜同時(shí)配置A和B兩路主輸人開關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開關(guān),每個(gè)機(jī)柜從1個(gè)列頭柜取電。如圖2所示。

圖2單列頭柜供電模式

2.1.2模式二

每個(gè)列頭柜配置A或B兩路主輸入開關(guān)及對(duì)應(yīng)饋線開關(guān),每個(gè)機(jī)柜從2個(gè)列頭柜取電。如圖3所示。

圖3雙列頭柜供電模式

2.1.3模式一和模式二比較

1)可靠性和可用性比較:供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及配置直接決定了數(shù)據(jù)中心的可用性和可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組成的,則任何一個(gè)子系統(tǒng)的故障將直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

模式一采用1個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A、B路電源,模式二分布在兩個(gè)列頭柜向末端設(shè)備提供A路或B路電源。按照標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí),正常運(yùn)行情況下,模式一和模式二均滿足容錯(cuò)要求,即當(dāng)A、B路任何一路出現(xiàn)故障時(shí)均不影響末端設(shè)備運(yùn)行。從運(yùn)維管理角度考慮,模式一中的一路出現(xiàn)故障時(shí),因A、B兩路供電均在一個(gè)列頭柜內(nèi),因此需停電維護(hù),增加了運(yùn)維的難度和可操作性。當(dāng)列頭柜內(nèi)配置較低時(shí),存在任何一路故障時(shí)有可能對(duì)另外一路造成故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此,從可靠性和可用性比較,模式二相對(duì)較高。

2)成本比較:模式一和模式二兩種列頭柜同等配置情況下,列頭柜進(jìn)線電纜長(zhǎng)度相同,列頭柜與機(jī)柜之間電纜(以WDZB.YJV3×6mm:配置為例),每面機(jī)柜模式二比模式一多3米,相差不大。因此,對(duì)于列頭柜兩種供電模式比較,每個(gè)機(jī)柜從兩個(gè)列頭柜取電可用性比從同一個(gè)列頭柜取電可用性高,而成本差異不大。

2.2傳統(tǒng)列頭柜配置

比較列頭柜作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電管理的核心設(shè)備,需滿足配電、監(jiān)控、測(cè)量、保護(hù)、告警等作用。由于信息化設(shè)備進(jìn)一步集中,數(shù)據(jù)中心對(duì)供電可靠性和可管理性要要求越來越高,同時(shí),隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的*合,列頭柜高度智能化的技術(shù)也逐步成熟,從一代簡(jiǎn)單智能列頭柜逐步演進(jìn)到高度智能四代的技術(shù)。

列頭柜的發(fā)展大致分為四代,如下:

一代:普通開關(guān)水平安裝,配置機(jī)械表和指示燈,只有配電功能,無任何檢測(cè)及通訊功能。

二代:多數(shù)采用開關(guān)豎直安裝,在進(jìn)線端加人數(shù)字電表或觸摸屏和通訊接口,只監(jiān)控主路,未監(jiān)控分路。

三代:在二代基礎(chǔ)上增加分路監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控和能源管理。

四代:在三代基礎(chǔ)上提高了智能化技術(shù),集中開關(guān)模塊化、二次元件模塊化、調(diào)相、監(jiān)控與一體。

3 智能母線槽

3.1智能母線槽概算

  機(jī)柜端配電采用智能化母線槽作為機(jī)柜端配電成熟技術(shù)之一,為國(guó)內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心所應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心已有多個(gè)應(yīng)用案例,本數(shù)據(jù)中心也采用智能母線槽供電方案,

如圖4所示。

圖4智能母線槽供電方案

3.2智能母線槽要求

3.2.1整體方案

本數(shù)據(jù)中心實(shí)施的機(jī)柜母線槽供電方案滿足機(jī)房要求,采用2N供電方式15,6jo],如圖5所示。

圖5智能母線槽供電方案

主機(jī)房區(qū)各自從UPS室I和UPS室2中UPS系統(tǒng)輸出A、B路主干母線槽(本案采用IP54.1250A密集母線)接人至機(jī)房每列機(jī)柜前段通道,每列機(jī)柜端母線槽始端箱通過電纜與主干母線槽上的插接箱進(jìn)行連接。

3.2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.2.1

主要構(gòu)成機(jī)柜端智能母線槽包含“進(jìn)線箱、直線段、插接箱”,如圖6所示。

圖6智能母線槽構(gòu)成圖

1)進(jìn)線箱:用作整條母線供電,通過電纜從UPS主干母線插接箱斷路器連接取電,并在箱體內(nèi)配置測(cè)量單元和通訊單元,監(jiān)測(cè)電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

2)直線段:用于承載電流、通過插接口和插接箱為機(jī)柜供電。根據(jù)插接箱安裝方式分兩種類型,為軌道滑觸式母線槽和固定式母線槽,兩者*大區(qū)別在于軌道式母線槽內(nèi)置滑觸導(dǎo)軌,其插接箱可以直接在母線上滑動(dòng),以靈活適應(yīng)機(jī)柜的位置擺放需求。而固定式母線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)密集插接口,間距一般為0.6米和1.2米,基本能滿足高密度多變化的機(jī)柜擺放需求。軌道滑觸式母線槽更適合當(dāng)前數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜布置和變化調(diào)整需求。

3)插接箱:插接箱用于從母線直身段取電,支持熱插拔和調(diào)相,內(nèi)部配置測(cè)量單元、通訊單元、防雷單元及工業(yè)連接器單元等,可監(jiān)測(cè)機(jī)柜端電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

3.2.2.2安裝方式

母線槽安裝方便快捷,可采用機(jī)柜上方安裝和地板下安裝兩種方式。機(jī)柜上方安裝一般需要預(yù)留1米左右垂直空間,需考慮強(qiáng)弱電橋架、風(fēng)管、照明等因素;地板下安裝一般需要預(yù)留0.6米左右垂直空間,需考慮地板下送風(fēng)氣流組織因素。如圖7所示。本案數(shù)據(jù)中心機(jī)房梁底4米,考慮機(jī)柜上方綜合管線和下送風(fēng)等因素,機(jī)柜端母線槽采用機(jī)柜上安裝方式并A、B垂直上下安裝。

 

圖7智能母線槽安裝示意圖

3.2.3監(jiān)控管理

機(jī)柜端智能母線槽通過在進(jìn)線箱、插接箱配置電能儀表、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控單元、通訊接口單元等元件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流,電壓,功率和電量,實(shí)時(shí)顯示每個(gè)機(jī)柜PDU的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)柜的*密監(jiān)控和能效管理??蓪?shí)現(xiàn)故障報(bào)警,實(shí)時(shí)監(jiān)控電能質(zhì)量,包括負(fù)載系數(shù),諧波含量等,所有監(jiān)測(cè)參數(shù)將*終匯集到母線系統(tǒng)的監(jiān)控總單元模塊,通過開放通訊協(xié)議接口可與機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接,可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)狀況,任何監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)故障,均可在系統(tǒng)顯示界面找到其對(duì)應(yīng)編號(hào),以便維護(hù)人員迅速作出響應(yīng),大大減少檢修工作量。如圖8所示。

圖8智能母線槽監(jiān)控圖

4智能母線槽配電方案優(yōu)勢(shì)

4.1可靠性對(duì)比

1)智能化插接母線相對(duì)傳統(tǒng)的“列頭柜+電纜”,既避免電纜所帶來的諸如電纜接頭容易氧化、松動(dòng)和接觸不良等施工工藝問題,將傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電工程安裝*大程度轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)制產(chǎn)品拼接,提升整體系統(tǒng)成品質(zhì)量可靠性。

2)相對(duì)傳統(tǒng)列頭柜集中配電管理,當(dāng)任意一個(gè)機(jī)柜端供電故障時(shí),采用智能化插接母線方案可減少供電故障影響范圍。

4.2靈*性對(duì)比

1)智能化插接母線不需要敷設(shè)橋架和電纜,供電架構(gòu)清晰明朗,提高機(jī)房整潔度。

2)智能化插接母線可根據(jù)機(jī)柜數(shù)量、位置、功率密度的變化靈活地調(diào)整母線的長(zhǎng)度、走向、機(jī)柜端開關(guān)容量或相位。

3)智能化插接母線在進(jìn)行巡檢或故障維護(hù)時(shí),可降低系統(tǒng)維護(hù)影響范圍和檢修工作量。

4)系統(tǒng)支持部件級(jí)在線熱插拔擴(kuò)展,可實(shí)現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求分期投資擴(kuò)容。

4.3成本對(duì)

1)智能化插接母線降低了空間占用率,采用智能母線槽可省去配電列頭柜,并且不占用任何地面面積,節(jié)省的地板空間可用于擺放IT機(jī)柜,可降低機(jī)柜容積比,提升機(jī)房?jī)?nèi)部地面空間利用率。本信息中心機(jī)房采用智能化插接母線大約可降低大約6%的容積比,按機(jī)房面積單位造價(jià)可創(chuàng)造約800萬元 空間價(jià)值。

2)采用智能化插接母線可降低運(yùn)行維護(hù)成本,規(guī)避了傳統(tǒng)方式所帶來的后期運(yùn)維工作量大、運(yùn)維周期不可控以及人為干預(yù)帶來的安全性降低等問題。

3)比可隨時(shí)根據(jù)客戶需要調(diào)整配置,減少技改投資。

5智能小母線監(jiān)控解決方案

數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用*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(jī)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(cè)模塊、插接箱監(jiān)測(cè)模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線槽連接器紅外測(cè)溫模塊用于監(jiān)測(cè)母線槽的運(yùn)行溫度,確保母線槽配電安全。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡(jiǎn)單組網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

 

5.1 智能母線監(jiān)測(cè)

6結(jié)束語

可靠性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性和節(jié)能環(huán)保是電力數(shù)據(jù)建設(shè)和運(yùn)維的幾大關(guān)鍵要素,供配電系統(tǒng)更是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)IT信息系統(tǒng)快速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心末端配電應(yīng)采用具備更高可用性、更高安全性和靈*性的配電結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。本文通過對(duì)不同種機(jī)柜端配電方式的對(duì)比分析,以及結(jié)合實(shí)際案例應(yīng)用分析智能母線槽設(shè)計(jì)要求、安裝方式、對(duì)比優(yōu)勢(shì),智能母線槽是電力數(shù)據(jù)中心末端配電的優(yōu)選方案之一。

 

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