淺談數據中心新型末端母線配電系統研究與應用

簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0 引言

      隨著云計算、大數據、人工智能領域的快速發展，我國數據中心行業也進入了快速發展階段，而數據中心也正朝著大型化、高密度、綠色環保、模塊化方向發展。為適應數據中心行業的迅猛發展，滿足數據中心高效運營的需求，對數據中心末端供配電系統在經濟型、持續性、靈活性、可靠性上提出了挑戰。數據中心末端母線系統逐步演變為末端供配電的主流產品。能夠極大地規避了強電列頭柜加電纜早期數據中心末端供配電形式的不足，實現了模塊化，硬連接，可重復利用保護投資、供配電設計分離的新型高安全性末端供配電目的。數據中心末端母線系統已經成為解決數據中心內供配電發展的一種新方式。

關鍵詞：數據中心；末端母線系統；供配電；穩定性

1 數據中心末端母線介紹

    數據中末端母線是指0.69KV，800A以下應用于數據中心內部的末端供配電系統，應用電纜或密集型母排自上級配電柜出線測饋入供電始端單元，通過母線導體實現供電，再由配電單元饋電至機柜測用電設備。

1.1數據中心末端配電結構

     傳統數據中心根據負荷容量選用35KV或10KV作為進線，根據不同等級配置單路或者雙路變壓器及UPS，為IT設備供電，而制冷和輔助設備一般會有單獨的配電回路。UPS配電后端的設備，稱之為數據中心末端配電。

      傳統末端配電設備包括：列頭柜，精密配電柜，PDU等。隨著數據中心進一步發展，對大功率，高可靠，模塊化的需求日益加劇，機房末端母線產品，逐漸成為一種替代列頭柜的優勢方案，為更多客戶所接受。

      機房末端母線系統方案很好地解決了傳統列頭柜施工困難、增容困難、壽命短等問題，特備是對于大容量、高壓直流的配電方案和面對機柜使用客戶需要經常變化配置的機房應用中具有更大的優勢。

1.2末端母線供電模式

      末端母線配電的工作形式可以分為雙路熱備份和一主一備的冷備份方式，目前采用的主流方案是雙路熱備份的配電方案。

1.2.1雙路熱備份

       采用兩路母線供電，兩路母線分別來自不同的UPS和變壓器。平時各占50%負荷，一旦一路失電需要一路帶100%的負荷。此種方式可以在發生斷電故障時候進行快速切換，是目前比較常用的一種母線配電形式。

1.2.2一主一備（冷備份）

      采用兩路母線供電，兩路母線分別來自不同的UPS和變壓器。分為主備回路，平時主回路承載100%負荷容量，備用回路不帶電，主回路失電后，備用回路自動切換。此種配電形式比較直觀，一路設備相對線路損耗比較少。但是主路負荷即是全部負荷，對設備要求比較高，對母線溫升需要進行特殊規范，需要比雙路熱備份要求更低才不會由于母線溫升導致對己方環境產生影響。冷備份的方案適合對供電可靠性要求比相對比較低的場景。

1.3母線部署方案

1.3.1吊桿安裝

      母線傳統部署方式，吊桿安裝，母線的安裝路徑需要提前設計，以避開弱電和其他管道，一般母線的部署需要在弱點和橋架之前。另外，對于層高受限，天花板不具備吊裝環境的情況，則需要考慮其他方式。

1.3.2解耦合安裝

      微模塊安裝的母線方案，往往需要整體與環境解耦合，不依賴于環境部署，母線直接在機柜后上部用支架架設。這種方式可以減少縱向架設空間。解耦合方案中還有兩種形式，一種是支架吊裝方案，一種是托舉架空方案。

1.3.3分層架設

      分層架設，為了對雙路母線進行維護和操作，母線可進行分層架設設計，對于一些固定安裝的母線方案，由于產品的插接箱在側面，更多采用雙層架設的方案，可以減小末端母線安裝的空間需求，也為弱點光纖橋架等留出了更大的部署空間。騰訊T-Block方案采用的就是這種架設方式。

2 機房母線的組成

2.1始端箱

      作為機房母線的進線端口，和母線智能化插接箱所有信號的收集端口。始端箱以按照客戶要求上進或者側進，可以根據客戶具體需求配置塑殼斷路器和浪涌保護器。對于同側布置的始端箱，需要考慮后期如何方便維護，可以錯開或者上下兩層布置，也可以將始端箱柜門開在側面方便維護。始端箱進線口需用電纜法蘭進行絕緣保護，始端箱內銅排布置應滿足絕緣和爬電距離要求。上進或側進線(左進線或右進線)需要提前考慮，采用不同結構的產品。始端箱電流一般在160A-630A之間。

2.2插接箱

      滑軌式母線的配電單元多采用插接箱形式，插接箱負責機房母線的出線，目前大多數標準要求可以滿足100A出線，實際使用中32A居多。一般一個插接箱3路出線，分別分配到3臺機柜，每個回路采用1P斷路器，取自母線上A、B、C三相電源，可以保證三相配電平衡。插接箱分為單相和三相配置，具體配置和客戶負載容量相關。插接箱可以配置智能表計，采用485接口，串聯連接，測量整條母線所有出線的電氣參量。采用集中在始端箱或者一塊HMI屏幕上顯示，方便后期的集中管理和操作。

2.3直線段

      作為機房母線，直線段承擔了輸送電流的主要任務，其母排應充分考慮到母線運行溫升。目前，機房母線直線段結構大多采用空氣絕緣，部分采用密集型母線，少數廠家采用固體絕緣。空氣絕緣母線產品支持滑軌式結構，多點位插接，更適用于機房的情況。密集型母線接近傳統動力母線結構，經濟實惠，但是溫升較高。固體絕緣母線可以做的更加小巧，但是整體成本較高。母線的導體結構目前市面上以U型和一字型排較多。在結構設計時，滑軌式母線槽還需注意在插接箱布置時有更大的接觸面積，以便控制溫升。

3 安科瑞智能小母線解決方案

圖1、母線監控裝置技術參數

圖2、母線監控裝置實物圖片

圖3、母線監控裝置通訊組網示意圖

圖4、母線監控裝置系統架構圖

4 結語

      使用末端母線系統，很大的提高資金的回報率，分期投資，避免浪費，增加了機房的有效出租面積，快速交付，增加租金收益;減少發熱，降低機房制冷量，節能。符合國際T-3，T-4機房的建設規范。但是目前機房末端母線還處于發展初期，設備廠商大多剛剛進入市場，價格還高于列頭方案30%左右，所以直觀上客戶還是感覺投資過高。但是隨著新型末端母線的出現，技術的進步，市場的不斷成熟，末端母線將會逐漸成為機房末端配電的主流方案。

參考文獻

[1]數據中心新型末端母線.開放數據中心標準推進委員會.ODCC-2019-02001

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.5版.

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關產品的研發及應用。